Aluminiul, Al

Stare naturală

Aluminiul urmeaza in randul al treilea dupa oxigen si siliciu printre elementele cele

mai raspandite in natura. In cele mai mari cantitati, aluminiul este continut in numerosi

silicati, printre care se pot mentiona feldspatii, mica si hornblendele, apoi argilele, provenite

din felspatii prin degradare sub influenta agentilor atmosferici.

Aluminiul metalic

Aluminiul a fost obtinut intaia oara, in 1825, de Oersted prin reducerea clorurii de

aluminiu anhidre, cu amalfam de potasiu. Doi ani mai tarziu, Woehler a perfectionat metoda

folosind potasiu metalic, inlocuit mai tarziu prin sodiu.

In 1854, Bunsen si independent Sainte-Claire Deville au obtinut aluminiul prin

electroliza clorurii mixte de sodiu si aluminiu topite.

Aluminiul este un metal alb ca argintul. Reteaua aluminiului este compusa, la fel ca

aceea a multor altor metale, din cuburi cu fete centrate. Conductibilitatea termica este de doua

ori mai mare decat a fierului si jumatate cat cea a cuprului. Rezistenta la tractiune este mult

mai mica decat a metalelor uzuale. Aluminiul este maleabil; el poate fi tras in sarme sau

lamilat in foi foarte subtiri. La circa 600°C aluminiul devine casant si da, cand este pulverizat,

gris de aluminiu.

La aer, aluminiul se conserva uimitor de bine. Aceasta rezistenta se datoreaza formarii

unei pojghite subtiri, aproape monoatomica, dar compacta de oxid, care apara restul

metalului de oxidare. De asemenea, aluminiul nu este atacat de apa, chiar la temperatura mai

ridicata.

Acizii minerali dizolva aluminiul, formand saruri. Fata de azicii organici, aluminiul

rezista bine la rece, nu insa la cald.

Intrebuintari

Aluminiul curat serveste la fabricarea de vase pentru uz casnic si industrial si in foi

subtiri pentru ambalaje. Cantitati mari se utilizeaza ca adaos (0,02-0,5%) in fierul topit, pentru

reducerea oxizilor care impiedica o buna turnare. Dintre aliajele aluminiului, duraluminiul, cu

o mare rezistenta mecanica, se utilizeaza mai ales in construirea avioanelor si a pieselor

solicitate mult (pistoane) in motoare cu explozie. Siluminul este apt mai ales pentru piese

turnate. Magnaliul se lucreaza deosebit de bine la strung. Un alt aliaj, cu cantitati mici de Mg,

Mn și Sb, este rezistent fata de apa sarata si poate servi pentru construirea de vase marine.

Compusi ai aluminiului

Compusi cu hidrogenul

Hidrura de aluminiu, AlH3 ia nastere la descompunerea trimetil-aluminiului sub

actiunea descarcarilor electrice. In solutie eterica, compusul acesta se obtine prin tratarea

clorurii de aluminiu cu exces de hidrura de litiu:

3Li(AlH4) + AlCl3 → 3LiCl + 4AlH3

Se mai obtine prin reducerea clorurii de aluminiu cu hidrura de litiu:

AlCl3 + 3LiH → AlH3 + 3LiCl3

Hidrura de aluminiu este extraordinar de sensibila fata de oxigen si de apa. Se aprinde

spontan la aer si se descompune, la 100° in vid, in aluminiu si hidrogen. Acest compus este

solubil in eter, unde polimerizeaza usor (AlH3)n; apare un produs alb, solid, putin stabil.

Compusi cu oxigenul

Oxidul de aluminiu,Al2O3 sau trioxidul de aluminiu, numit si alumina, se gaseste

cristalizat in sistemul hexagonal (forma α) si in sistemul cubic (forma γ). Se obtine din

hidroxid prin calcinare slaba (300°) si cristalizeaza in sistemul cubic. Apare colorat diferit:

rosu se numeste rubin, albastru-safir, galben-topaz, violet-ametist.

Forma α se numeste corindon, are duritatea 9 si se topeste la 2050°C; este insolubila in

apa si rezistenta la atacul acizilor diluați.

Modificatia δ este higroscopica si relativ solubila in alcalii si acizi. La 900°C forma γ

trece in forma α. Oxidul de aluminiu are caracter amfoter; poate forma aluminati. Se foloseste

ca materie prima pentru obtinerea aluminiului, ca abraziv, la confectionarea de materiale

refractare, ca absorbant, ca suport catalitic.

Hidroxidul de aluminiu, Al(OH)3 se ontine prin tratarea sarurilor de aluminiu cu

hidroxizi alcalini sau prin simpla hidroliza a sarurilor solubile de aluminiu.

Preparat proaspat, hidroxidul de aluminiu apare ca o masa alba gelatinoasa, imbibata

cu apa. In acest gel, moleculele de Al(OH)3 sunt unite prin punti de hidrogen.

In natura hidroxidul de luminiu se gaseste sub forma de cristale monoclinice, forma

numita hidrargilit, produs alb sau slab colorat in nuante cenusii, verzui sau roscate, luciu

sidefat.

Prin incalzirea hidrargilitei la 150°C se obtine boemita, componenta a bauxitelor; este

un oxihidroxid de aluminiu. Forma α a oxihidroxidului de aluminiu se numeste diaspor,

cristale incolore; apare de asemenea in componenta bauxitelor.

Hidroxidul de aluminiu serveste pentru obtinerea sarurilor de aluminiu, in industria

lacurilor, prepararea unor cerneluri, in vopsitorie, pentru obtinerea unor materiale refractare,

cat si pentru extragerea aluminiului.

Compusi cu halogeni

Fluorura de aluminiu, AlF3 sau trifluorura de aluminiu este un compus ionic care se

obtine prin actiunea acidului fluorhidric asupra aluminiului metalic la 400-700°C. Corp solid,

cristalizeaza in retea cubica, se topeste la 1290°C si fierbe la 1291°C, cand sublima; nu se

dizolva in apa si nici in acizi sau hidroxizi alcalini.

Al + 3HF → AlF3 + 3/2H2

Cu fluorura de sodiu, fluorura de aluminiu formeaza hoxafluoroaluminatul de sodiu,

produs natural cunoscut sub numele de criolita.

3NaF + AlF3 → Na3(AlF6)

Criolita se foloseste la obtinerea electrolitica a aluminiului; se fabrica industrial prin

dizolvarea hidroxidului de aluminiu in HF (solutie apoasa) si adaos de Na2CO3:

2Al(OH)3 + 12HF + 3Na2CO3 → 2NaAlF6 + 3CO2 + 9H2O

Clorura de aluminiu, AlCl3 sau triclorura de aluminiu este o sare a acidului clorhidric.

Se obtine din clor și Al2O3 in prezenya carbonului:

Al2O3 + 3C + 3Cl2 → 2AlCl3 + 3CO

Se obtine prin actiunea directa a clorulului asupra aluminiului incalzit la 500-550°C.

Clorura de aluminiu anhidra este o substanta incoloră, fumega la aer si sublimeaza la

130°C; se topeste la 192°C la 2,2 atm. Este un acid de tip Lewis si se foloseste drept

catalizator in sinteze organice, mai ales in reactii Friedel-Crafts.

Dizolvarea clorurii de aluminiu este, ca si topirea, un proces chimic. Este insolubila in

lichide ca sulfura de carbon si hidrocarburi. Ea se dizolva numai in dizolvanti ale caror

molecule poseda perechi de electroni neparticipanti.

Aruncata in apa, clorura de aluminiu reactioneaza cu mare degajare de caldura,

sfaraind ca un fier rosu si dizolvandu-se repede.

Bromura de aluminiu, AlBr3, se prepara prin actiunea vaporilor de brom asupra

strjiturii de aluminiu, in atmosfera de azot. Se prezinta sub forma de cristale romboedrice,

incolore, stralucitoare. Este higroscopica si fumega la aer. Reactionează violent cu apa. Se

foloseste ca agent de bromurare si in reactii Friedel-Crafts.

Iodura de aluminiu, AlI3, se prepara incalzind pulbere de aluminiu cu o solutie de iod

in sulfura de carbon. Este un produs cristalin, higroscopic, fumega la aer umed. Se dizolva in

solventi organici.

Sarurile aluminiului cu oxiacizii

Acestea sunt usor solubile in apa (cu exceptia fosfatului). Solutiile apoase sunt acide

din cauza hidrolizei si au un gust astringent.

Sulfatul de aluminiu, Al2(SO4)3 · 18H2O, serveste pe scara mare la fabricarea si anume

la incleierea hartiei, prin formare unei sari coloide de aluminiu cu acizii organici din

colofoniul adaugat in pasta.

Alti compsi ai aluminiului

Sulfura de aluminiu, Al2S3, obtinuta prin incalzirea aluminiului metalic topit cu vapori

de sulf, nu poate exista in mediu pos, hidrolizandu-se in Al(OH)3 si H2S.

Galiul, Ga, Indiul, In, Taliul, Tl

Desi sunt raspandite pe intreg globul, nu apar nicaieri in cantitati mari; galiul si indiul

se pot socoti printre elementele rare. La descoperirea lor a jucat un rol important analiza

spectrala. In natura, galiul, indiul si taliul insotesc uneori zincul, in unele blende; taliul se

gaseste si in unele pirite. Bauxitele conttin adeseori putin galiu. Taliul apare si in silicati.

In concordanta cu pozitia lor pe sistemul periodic, galiul, indiul si taliul sunt trivalente.

Spre deosebire de bor si aluminiu, galiul mai poate fi bivalent, indiul mono- si bivalent, iar

taliul si monovalent.

Aceste elemente se obtin usor in stare metalica, prin reducerea oxizilor, de exemplu cu

hidrogen, sau prin electroliza sarurilor in solutie apoasa. Metalele au puncte de topire deosebit

de scazute (galiul 30°C, indiul 156° si taliul 303°C) si duritatea mica. Taliul se aseamana mult

cu plumbul, este insa mai moale si prezinta o rezistenta la tractiune mai mica decat acesta.

Taiat proaspat, taliul apare alb lucios; conservat la aer, se acopera insa cu un strat subtire,

cenusiu, de oxizi.

Compusii Galiului

Compusi cu oxigenul

Galiul formeaza cu oxigenul suboxid de galiu Ga2O, oxid de galiu GaO si trioxid de

galiu Ga2O3.

Primul se obține prin reducerea Ga2O3 cu hidrogen sau încălzind la 500°C în vid un

amestec de Ga2O3 și galiu metalic: Ga2O3 + 4Ga ↔ 3Ga2O.

Ga2O, numir și protoxid de galiu, este o pulbere brun-neagră, amorfă, stabilă, se

topește la 660°C; la 700°C se descompune.

Trioxidul de galiu se obține prin arderea galiului în aer; apare în cinci ramificații: α, β,

δ, γ si ε. Mai stabila este modificația β. Aceste modificatii apar in functie de conditiile de

preparare.

Modificatia β este un compus solid care se topeste la 1725-1740°C, poate fi redusa cu

hidrogen sau CO. Se dizolva in HF 50%, formand GaF·3H2O.

Hidroxidul de galiu, Ga(OH)3, se obtine prin interactiunea bazelor cu saruri de galiu in

solutie. Poaspat preparat, hidroxidul de galiu se dizolva in solutii de hidroxizi alcalini sau in

amoniac. Are caracter amfoter, el dizolvandu-se si in acizi diluati.

Compusi cu halogeni

Trifluorura de galiu, GaF3, se obtine prin actiunea fluorului asupra oxidului sau sulfurii

de galiu. Este un produs solid, cristalizeaza in sistemul rombic, sublimeaza la 800°C. Este

foarte putin solubil in apa si in acizi.

Monoclorura de galiu, GaCl, se formeaza prin incalzirea diclorurii la 100°C sau a

triclorurii de galiu la 1100°C. Dificultatile de obtinere in stare pura, face ca acest compus sa

nu fie bine caracterizat.

Diclorura de galiu, Ga2Cl4, este un produs care raspunde mai bine formulei Ga[GaCl]4,

unde apare galiu cu starea de oxidare 1+ și 3+. Se poate prepara prin incalzirea galiului in

curent de clor sau HCl si galiu prin incalzirea tricloruii de galiu cu galiu metalic la 175°C:

2Ga + 2Cl2 → Ga[GaCl4]

4GaCl3 + 2Ga → 3Ga[GaCl4]

Este o substanta alba, cristale transparente, se topeste la 170°C. Are proprietati

higroscopice, fumega la aer umed si este reducatoare.

Triclorura de galiu,GaCl3 se obtine prin incalzirea galiului intr-un curent de clor sau de

HCl, prin tratarea oxidului de galiu la 800° C cu clor si CCl4 etc. Se purifica prin sublimare

repetata in curent de clor. Este o substanta solida, incolora,sub forma de cristale aciculare.

Fumega la aer, este higroscopica, se dizolva in apa cu degajare cu caldura; are molecula

dimerizata, deci Ga2Cl6, care se disociaza prin cresterea temperaturii

Monobromura de galiu, GaBr se obtine incalzind tribromura sau dibromura de galiu cu

galiu metalic, la 500° C.

Dibromura de galiu Ga2Br4 se obtine prin trecerea vaporilor de brom in curent de CO2

peste galiu metalic, la temperatura ridicata. Este o substanta incolora, cristalina,care apare in

doua modificatii: forma α mai putin stabile si forma β, stabila.

Tribromura de galiu, Ga2Br6 se prepara tratand galiul cu brom, la rece sau din bromura

de argint si galiu metalic la 30° C. Este un produs solid, se topeste la 122-124° C si fierbe la

279° C.In stare de vapori apare sub forma monomera de GaBr3. Este solubila in apa; prin

dizolvare hidrolizeaza partial. Manifesta caracter slab acid.

Iodura de Galiu. Galiul formeaza cu iodul mono-,di-,triiodura: GaI, Ga2I4, GaI3. Se

obtin asemanator bromurilor, respective din galiu si iod in diferite conditii.

Compusi ai Indiului

In majoritatea compusilor sai, indiul este trivalent; fac exceptie halogenurile sale si

unii compusi cu oxigenul.

Compusi cu oxigenul

Monoxidul de indiu, In2O se prepara prin reducerea In2O3 cu hydrogen.este o substanta

cristalina,neagra,in aer se aprinde (prin incalzire) formand In2O3.

Oxidul de indiu,In2O3 se obtine prin incalzirea indiului in oxygen sau numai in aer.

Este o substanta galbena,care prin incalzire devine roscata; se topeste foarte greu.

Hidroxidul de indiu,In(OH)3 sau oxidul hidratat de indiu In2O3·3H2O,se obtine din

saruri de indiu si hidroxizi alcalini sau hidroxid de amoniu. Este un precipitat alb-

gelatinos,solubil in acizi diluati. La cald,pierde apa si se transforma in In2O3.

Compusi cu halogenii

Trifluorura de indiu,InF3 se obtine tratand In2O3 cu fluor.este un produs incolor,

cristalin,foarte putin solubil in apa care se topeste la 1170° C.

Monoclorura de indiu,InCl se obtine tratand la cald indiu metallic cu produsul

complex In3(InCl3). Este un produs galben-roscat,care se topeste la 225°C; este un

delicvescent si se descompune in prezenta apei.

Triclorura de indiu,InCl3 se obtine incalzind elementele componente in mediu uscat.

Este un produs cristalin,stralucitor,sublima la circa 550° C,solubil in apa.

Monobromura de indiu, InBr se obtine incalzind indiu metalic cu vapori de brom in

exces, in curent de CO2. Este un produs cristalin, rosu-carmin,se descompune cu apa calda.

Tribromura de indiu,InBr3 se prepara trecand un curent de vapori de brom in mediu de

azot, peste indiu cald. Este un produs alb, cristalin, usor volatile.

Monoiodura de indiu InI se prepara tratand la cald iod cu indiu in exces.este un

compus solid,rosu-brun.

Triiodura de indiu, se obtine prin trecerea vaporilor de iod in curent de CO2 pur peste

indiu incalzit.Este un produs galben,cristalin, higroscopic, solubil in apa.

Compusi ai Taliului

Compusii in care taliul este monovalent sunt mai stabili comparative cu cei care contin

acest element cu valenta 3. Se cunosc multi compusi cu taliul, inclusive compusi complecsi.

Compusi cu oxigenul

` Protoxidul de taliu,Tl2O se prepara prin oxidarea taliului metallic la 140° C sau prin

deshidratarea hidroxidului de taliu:

2Tl+½O2 → Tl2O

2TlOH → Tl2O+H2O

Este o pulbere cristalina neagra,higroscopica. Se dizolva in apa rezultand o solutie

bazica, datorita formarii hidroxidului. Incalzit in prezenta de oxigen sau aer formeaza trioxide

de de taliu sau trioxidul de ditaliu:

Tl2 + O2 → Tl2O3

Trioxidul de taliu,se obtine prin oxidarea taliului metallic cu aer sau oxygen, la 500°

C:

2Tl + 3/2O2 → Tl2O3

Este o pulbere neagra cristalina, stabila pana la 800°C cand trece in Tl2O. Nu se

dizolva in apa.

Hidroxidul de taliu,TlOH se formeaza prin introducerea protoxidului de taliu in apa.

Este o substanta cristalina galbena, solubila in apa formand solutii puternic bazice,care absorb

CO2 din atmosfera,

Compusi cu Halogenii

Monofluorura de taliu, TlF se obtine prin tatarea unor combinatii ale taliului

monovalent (hidroxid,sulfura,carbonat) cu acid fluorhidric. Este o substanta

solida,cristalina,solubila in apa unde hidrolizeaza, rezultand o solutie bazica.

Trifluorura de taliu,TlF3 se obtine prin actiunea fluorului asupra trioxidului de taliu, la

300° C.este o pulbere alba, higroscopica,se topeste la 550° C. Hidrolizeaza,rezultand o solutie

acida.

Monoclodura de taliu,TlCl se obtine prin combinarea elementelor componente, la cald

sau prin tratarea unor compusi cu taliu monovalent si HCl. Este o pulbere cristalina,alba care

se topeste la 430° C si fierbe la 806° C.

Triclorura de taliu TlCl3 se prepara prin actiunea clorului asupra trioxidului. Este o

substanta incolora,cristalina,Higroscopica,care se descompune la 40°C, rezultand TlCl si

Cl.este solubila in apa, rezultand solutii cu character acid,datorita hidrolizei.

Monobromura de taliu,TlBr se obtine prin tratarea unor solutii apoase de taliu

monovalent (TlClO4,Tl2SO4) cu HBr sau cu solutii de bromuri alcaline. Se poate obtine si prin

combinarea directa a elementelor. Se prezinta si sub forma de cristale cubice, galbene.

Tribromura de taliu,TlBr3 se obtine numai sub forma hidratata:TlBr3·4H2O, prin

actiunea bromului asupra unei suspensii apoase de TlBr.

Monoiodura de taliu,TlI, se obtine prin tratarea solutiilor apoase de taliu (TlClO4) cu

HI sau cu KI. Se poate sintetiza si direct din elemente. Este un produs greu solubil in

apa,insolubil in alcool sau acetona.

Triiodura de taliu,TlI3 se prepara prin tratarea solutiilor de taliu trivalent cu KI sau prin

actiunea Iodului asupra monoiodurii de taliu, in solutie alcoolica.

Tl2(SO4)3 + 6KI → 2TlI3 + 3K2SO4

Concluzii

Elementele din aceasta grupa apar in natura doar sub forma de combinatii.

Dintre aceste elemente, cel mai ridicat punct de topire il prezinta borul.

Aluminiul este unul dintre cele mai raspandite elemente din natura.

Galiul este foarte dispersat in natura.

Indiul si taliul sunt elemente rare in natura.

Borul formeaza cristale cenusii, iar celelalte elemente sunt metale alb-argintii.