Алюминий (Al) относится к группе борной подгруппы (группа 13) и обладает рядом характерных свойств, отличающих его от других металлов. В природе алюминий встречается преимущественно в виде оксидов и силикатов, чистый металл редко образуется. Плотность алюминия составляет 2,70 г/см³, температура плавления — 660,3 °C, температура кипения — 2519 °C. Характерной особенностью является его высокая химическая активность при высокой коррозионной стойкости за счёт образования прочной пассивной оксидной плёнки Al₂O₃ на поверхности.
Алюминий проявляет амфотерные свойства, реагируя как с кислотами, так и с щелочами, образуя соответствующие соли и комплексные соединения. Металл легко восстанавливается из соединений электролизом и применяется как легирующий компонент в сплавах благодаря малой плотности и высокой прочности.
Основной промышленный способ получения алюминия — электролиз расплава глинозёма (Al₂O₃), растворённого в криолите (Na₃AlF₆). Электролиз проводится при температуре около 950 °C. На катоде происходит восстановление алюминия:
Al3+ + 3e− → Al
На аноде выделяется кислород, который реагирует с угольными анодами с образованием CO и CO₂. Этот метод позволяет получать металл высокой степени чистоты.
В лабораторной практике алюминий может быть получен восстановлением его соединений более активными металлами (например, натрием) или водородом при повышенной температуре. Такие методы позволяют исследовать свойства металла в чистом виде.
Алюминий активно взаимодействует с кислородом при нагревании, образуя оксид Al₂O₃:
4Al + 3O2 → 2Al2O3
Оксидная плёнка на поверхности металла предотвращает дальнейшее окисление в обычных условиях.
Металл растворяется в кислотах с выделением водорода:
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
В щелочах алюминий образует тетрагидроксоалюминат натрия:
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2
Эти реакции демонстрируют амфотерные свойства алюминия.
Алюминий легко реагирует с галогенами при нагревании, образуя галогениды:
2Al + 3Cl2 → 2AlCl3
Галогениды алюминия являются сильными Льюисовыми кислотами и активно участвуют в органических синтезах (например, катализируют реакции Фриделя–Крафтса).
Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O
Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4]
Алюминий образует разнообразные комплексы с анионами гидроксидов, фторидов, оксоанионов:
Al3+ + 6H2O → [Al(H2O)6]3+
Al3+ + 6F− → [AlF6]3−
Комплексообразование алюминия широко используется в аналитической химии для обнаружения и разделения ионов металлов.
Алюминий и его соединения занимают ключевое место в современной науке и технике благодаря уникальному сочетанию лёгкости, устойчивости к коррозии и химической активности.