1. Alumīnijs

III A grupas elementi - bors, alumīnijs, gallijs, indijs - veido vienkāršas vielas, kuru metāliskās īpašības pieaug virzienā B --> Tl. Bors ir nemetāls, alumīnija un gallija hidroksīdiem ir amfotēras īpašības, bet indijam un tallijam ir izteiktas metāliskas īpašības.

III A grupas elementiem stabilākā oksidēšanas pakāpe savienojumos ir +3. Izņēmums ir tallijs - šī elementa stabilākā oksidēšanas pakāpe ir +1.

III A grupas nozīmīgākais elements ir alumīnijs.

Pēc ķīmisko elementu izplatības Zemes garozā alumīnijs ieņem trešo vietu (aiz skābekļa un silīcija). Alumīnijs ir izplatītākais metāliskais elements uz Zemes, taču dabā brīvā veidā tas nav sastopams. Alumīnijs ietilpst daudzu minerālu sastāvā. Pazīstamākie no tiem ir alumosilikāti - laukšpats jeb ortoklazs${\mathit{Na}}_{2}O\cdot {\mathit{Al}}_2{O}_3\cdot 6\mathit{Si}{O}_2$, kaolinīts${\mathit{Al}}_2{O}_3\cdot 2\mathit{Si}{O}_2\cdot 2H_{2}O$, nefelīns${\mathit{Na}}_{2}O\cdot {\mathit{Al}}_2{O}_3\cdot 2{\mathit{SiO}}_2$, vizla$K_{2}O\cdot 3{\mathit{Al}}_2{O}_3\cdot 6\mathit{Si}{O}_2\cdot 2H_{2}O$, kā arī silīciju nesaturoši minerāli, piemēram, dažāda sastāva boksīti${\mathit{Al}}_2{O}_3\cdot n{H}_{2}O$, $\mathit{Al}{(\mathit{OH})}_3$, $\mathit{AlO}(\mathit{OH})$, kriolīts${\mathit{Na}}_3[{\mathit{AlF}}_6]$, korunds${\mathit{Al}}_2{O}_3$.

 

Alumīniju iegūst, elektrolizējot alumīnija oksīda šķīdumu izkausētā kriolītā ${\mathit{Na}}_3[{\mathit{AlF}}_6]$ $950\mathrm{°}C$ temperatūrā. Kausējumā alumīnija oksīds ${\mathit{Al}}_2{O}_3$ jeb $\mathit{AlAl}{O}_3$ disociē:

 

Alumīnijs ir viegls, plastisks metāls ar labu elektrovadītspēju un siltumvadītspēju. Tas ir viegli stiepjams un velmējams. No alumīnija var izveidot ļoti plānas loksnes - folijas.

Alumīnijs pieder pie ķīmiski aktīviem metāliem, taču atmosfērā tas maz izmainās, jo pārklājas ar blīvu oksīda aizsargkārtiņu, kura momentāni atjaunojas, ja to noberzē.. Ja šīs aizsargkārtiņas veidošanos novērš, tad alumīnijs strauji oksidējas un sairst arī parastos apstākļos.

Ja alumīnija pulveri vai foliju stipri sakarsē, tad tie gaisā uzliesmo un sadeg ar spožu liesmu, radot baltus dūmus - alumīnija oksīdu.

Parastajos apstākļos alumīnijs reaģē ar halogēniem, bet sakarsēts tas savienojas ar sēru, slāpekli, oglekli.

$2\mathit{Al}+3{\mathit{Br}}_2\to 2\mathit{Al}{\mathit{Br}}_3$

Alumīnija izstrādājumi ar ūdeni nereaģē, taču amalgamēts alumīnijs, uz kura virsmas nav oksīda kārtiņas samērā enerģiski reaģē pat ar aukstu ūdeni:

 

Alumīnijs reaģē ar atšķaidītu sālsskābi un sērskābi, izdalot ūdeņradi:

 

Alumīnijs reaģē ar sārmu šķīdumiem:

 

Alumīnijs reaģē ar sāļu ūdensšķīdumiem, kuriem ir augsta hidrolīzes pakāpe:

 

Alumīniju izmanto dažādās saimniecības nozarēs, taču visbiežāk to lieto elektrotehnikā elektrisko vadu un kabeļu izgatavošanai, metalurģijā - vieglu un izturīgu sakausējumu iegūšanai, kā arī metālu reducēšanai no to oksīdiem alumotermiskos procesos.

 

Alumīnija oksīds ${\mathit{Al}}_2{O}_3$ ir bezkrāsaina kristāliska vai balta pulverveida viela ar augstu kušanas temperatūru un lielu cietību (9,0 pēc Mosa skalas), jo alumīnija oksīda kristāliem ir blīva struktūra un stipras ķīmiskās saites.

Alumīnija oksīds Zemes garozā sastopams minerāla korunda veidā. Sārtie rubīna kristāli un zilganais safīrs ir korunda paveidi, kuriem krāsu piešķir citu metālu jonu piemaisījumi.

 

Rubīns

 

Alumīnija oksīds ir amfotērais oksīds, taču savas stabilās kristāliskās modifikācijas dēļ nereaģē ne ar ūdeni, ne ar skābēm. Ja alumīnija oksīdu sakausē ar sārmiem, veidojas metaalumināti:

 

Alumīnija hidroksīdu $\mathit{Al}{(\mathit{OH})}_3$ iegūst no alumīnija sāļu ūdens šķīdumiem vai no alumīnija hidroksoaluminātiem, tiem reaģējot ar oglekļa dioksīdu. Reakcijā rodas baltas recekļveida nogulsnes, kas var veidot koloidālu šķīdumu, jo izgulsnētais hidroksīds satur lielu daudzumu ķīmiski saistīta ūdens, tāpēc pareizāk to attēlot ar formulu $\mathit{Al}{(\mathit{OH})}_3\cdot n{H}_{2}O$. Ja alumīnija hidroksīdu karsē, tas pārvēršas dehidratētās formās un alumīnija oksīdā. Alumīnija hidroksīdu un tā dehidratētās formas lieto par adsorbentiem tehnikā un medicīnā, piemēram, dzeramā ūdens attīrīšanai, kuņģa slimību ārstēšanai.

Alumīnija hidroksīds ir tipisks amfotērs savienojums.

 

Stipru skābju alumīnija sāļi ir baltas kristāliskas vielas, kuras labi šķīst ūdenī. Tur šie sāļi vienlaikus hidratējas un hidrolizējas, tāpēc alumīnija halogenīdu šķelšanas procesā izdalās liels siltuma daudzums un veidojas skābes migla, bet bezūdens alumīnija bromīds, ievietots ūdenī, eksplodē.

 

No alumīnija halogenīdiem visvairāk izmanto alumīnija hlorīdu $\mathit{Al}{\mathit{Cl}}_3$. To lieto par katalizatoru organiskajā sintēzē un naftas pārstrādes procesos, kā arī par kodni audumu krāsošanā.

 

Alumīnija sulfāts veido kristālhidrātu, kura formula ir ${\mathit{Al}}_2{({\mathit{SO}}_4)}_3\cdot 18H_{2}O$. To lieto par saistvielu papīra rūpniecībā un par koagulantu dzeramā ūdens attīrīšanas procesā. Stiprā atšķaidījumā noris alumīnija sulfāta hidrolīze, veidojas recekļveida alumīnija hidroksīda nogulsnes, kas ūdenī saista cietu vielu daļiņas:

 

Kālija alumīnija sulfāta kristālhidrātu jeb kālija alumīnija alaunu $\mathit{KAl}{({\mathit{SO}}_4)}_2\cdot 12H_{2}O$ izmanto tekstilrūpniecībā, papīra un fotomateriālu ražošanā, ādu miecēšanā, arī medicīnā nelielas asiņošanas pārtraukšanai.

 

Vājo skābju alumīnija sāļi ūdens klātbūtnē pilnīgi hidrolizējas: