Шаои Металл Технолоджидің Франциядағы EQUIP'AUTO көрмесіне қатысуы – онда бізбен келіңіз және инновациялық автомобиль металды шешімдерін зерттеңіз! —
EN
Al тобының заряды қандай? Нақты мысалдар келтіріп түсіндіру арқылы Al3+
-highlighted-on-the-periodic-table-illustrating-its-+3-ion-formation.jpg)
Неліктен алюминий +3 ион түзеді
Al заряды қандай?
Химиялық есептер мен өнеркәсіптік формулаларда алюминий неліктен сенімді екенін ойладыңыз ба? Жауап al зарядымен немесе нақтырақ айтсақ, алюминий атомының реакциядан кейінгі зарядымен басталады. Ең кең тараған түрінде алюминий (таңбасы: Al) катион – оң зарядталған ион түзеді, электрондарды жоғалтады. Сондықтан қосылыстардағы алюминий заряды жалпы алғанда, ол +3. Бұл алюминий ионға айналған кезде, онда электрондарға қарағанда үш протон артық болады, соған сәйкес белгіленеді АЛ 3+ (LibreTexts) .
Химияда термин қолданба атом бір немесе бірнеше электрондарды жоғалтқан кезде түзілетін жалпы оң заряды бар кез келген ионды білдіреді. Алюминий үшін бұл процесс болжанатын және суды тазалаудан бастап ғарыштық қорытпаларға дейінгі барлық нәрседе кеңінен қолданылады.
Алюминий иондық қосылыстарда көбінесе Al 3+ катион ретінде кездеседі.
Алюминий неліктен катион түзетіні
Оны әрі қарай бөліп алайық. Бейтарап алюминий атомында 13 протон мен 13 электрон бар. Бірақ олар әрекеттескен кезде үш электронды жоғалтады — оларды қосып алмайды. Бұл жоғалту процесін сыртқы қабаттағы үш электрон валенттілік электрондары басқарып отырады, олар ішкі электрондармен салыстырғанда алынып тасталуы оңайырақ. Осы электрондардан құтылып алған алюминий электрондық конфигурацияны тұрақтандырып, неон инертті газының конфигурациясымен сәйкестендіреді. Нәтижесінде? Тұрақты, +3 зарядталған ион, яғни алюминий ионының заряды .
Күрделі болып көрінеді ме? Алюминийдің үш валентті электрондарын «тұрақты күйге» жету үшін құтқарылуға дайын ақшаны ретінде елестетіңіз. Сол себепті химиялық әр түрлі жағдайда Al-ді Al ретінде көресіз 3+ иондық қосылыстарда.
Электр заряды периодтық заңдылықтармен қалай байланысатыны
Бірақ неге алюминий әрдайым дәл үш электронды жоғалтады? Жауап периодтық кестеде жатыр. Алюминий орналасқан 13-топ , бұл топтағы барлық элементтердің ортақ қасиеті бар: олардың үш валентті электрондары болады және +3 заряд түзетін үш электронды әрқашан жоғалтады. Бұл заңдылық химиктерге алюминийдің зарядын барлық жағдайды жаттап білмей-ақ болжауға көмектеседі. Бұл тек қана ақпарат емес — бұл химиялық формулаларды құру, қосылыстарды атау, ерітінділігін немесе электрхимиялық қасиеттерін болжау үшін ыңғайлы құрал.
Мысалы, алюминийдің заряды білу арқылы сіз Al-ге сәйкес келетін қосылыстардың формулаларын тез жаза аласыз 2O 3(алюминий оксиді) немесе AlCl 3(алюминий хлориді), сонымен қатар алюминий неге берік, тұрақты қосылыстар түзуге қабілетті екенін түсіну керек
- Алюминийдің заряды қосылыстарда жиі +3 болады
- Ол түзеді қолданба (оң ион) үш валентті электрондарды жоғалтып
- Бұл мінез-құлық периодтық кестенің 13-топ орналасуымен болжанады
- Al зарядының білімі формула жазуға, қосылыстарды атауға және зертханалық дайындыққа көмектеседі
- АЛ 3+ өнеркәсіпте және материалдар ғылымында алюминийдің рөлін түсіну негізі болып табылады
Бұл үлкен суретке қалай сәйкес келетініне сенімді емессіз бе? al зарядымен химиялық формулаларды меңгеру және алюминий неге кеңінен қолданылатынын түсіну үшін сіздің есігіңіз. Келесі тарауларда Al-дың артындағы электрондық конфигурацияны тереңірек қарастырамыз 3+ және осы шарядың сенімділігін қамтамасыз ететін энергетика. Атомдық құрылымның нақты химияны қалай пішіндейтінін көруге дайын ба? Жалғастырайық.
Электрондық конфигурациядан Al-ға дейін 3+
Бейтарап алюминийдің электрондық конфигурациясы
Периодтық кестені қарағанда алюминийді (Al) байқап, оның атом нөмірі 13 екенін байқайсыз. Бұл бейтарап алюминий атомында 13 электрон бар дегенді білдіреді. Бірақ ол электрондар қай жерде? Оны талдап көрейік:
- Алғашқы екі электрон 1s орбитальын толтырады
- Келесі екеуі 2s орбитальын толтырады
- Содан кейін алтыуы 2p орбитальын толтырады
- Қалған үшеуі 3s және 3p орбитальдарына орналасады
Бұл алюминийдің негізгі күйіндегі электрондық конфигурациясын 1S 22S 22P 63S 23б 1, немесе инертті газ өркінін пайдаланып қысқартылған түрде, [Ne] 3s 23б 1.
Валентті электрондардың сатылы түрде жоғалуы
Сонымен, бейтарап алюминий қалай Al болып табылады 3+ ? Бұл барлығы алюминийдің сыртқы қабатындағы электрондары туралы. Процесті қадамдап өтейік:
- Бейтарап Al-мен бастаңыз: [Ne] 3s 23б 1
- Бір 3p электронды алып тастаңыз: [Ne] 3s 2
- Екі 3s электронды алып тастаңыз: [Ne]
Жоғалтылған әрбір электрон тұрақты инертті газ конфигурациясына жақындайды. Үш электрон жоғалтылғандықтан, атом заряды бар катионға айналады +3 заряд — бұл сипаттама алюминий иондық формуласы (Al 3+ ).
Нәтижеде Al 3+ конфигурация
Үш валентті электрондарын жоғалтқаннан кейін al3+ электрондық конфигурациясы тек қана [Ne] , толық түрде 1S 22S 22P 6 Study.com . Бұл инертті газ болып табылатын неон конфигурациясымен сәйкес келеді, сондықтан Al 3+ иондық қосылыстарда ерекше тұрақты болып табылады.
Al → Al 3+ + 3 e − ; Al 3+ неонның электрондық конфигурациясына ие.
Бұл процессті алюминийдің тұрақты ядросын ашу үшін өзінің сыртқы электрондарынан арылуы ретінде елестетіңіз — пішінің сыртындағы қабаттарды аршып, ортасына дейін жеткенше.
- Бейтарап Al: [Ne] 3s 23б 1
- АЛ 3+ ион: [Ne] (валентті электрондар қалмайды)
Көрнекі түрде оқитындар үшін Al атомдық орбитальдық қорап диаграммасы 3+ 2p орбиталіне дейінгі барлық қораптар толып, 3s және 3p қораптары бос болып көрінетін болады. Al үшін Льюис құрылымы 3+ тек қана 3+ зарядпен белгіленіп көрсетіледі — нүктелер болмайды, себебі валентті электрондар қалмайды.
Бұл кезеңді тәсіл тек түсіндіріп қана қоймайды, сонымен қатар басқа иондар үшін конфигурацияларды болжауға және салуға дайындайды. Бұл процессті меңгеру дұрыс формулаларды жазу, реакцияларды түсіну және Al зарядын қамтитын химиялық есептерді шешу үшін маңызды. алюминийдің 3 электрондық конфигурациясы бірақ сонымен қатар басқа иондар үшін конфигурацияларды болжауға және салуға дайындайды. Бұл процессті меңгеру дұрыс формулаларды жазу, реакцияларды түсіну және Al зарядын қамтитын химиялық есептерді шешу үшін маңызды.
Енді сіз алюминийдің электрондарын қалай шашып жіберетінін және Al болып табылатынын білесіз 3+ енді сіз осы +3 зарядтың иондық қосылыстарда неге қолайлы екенін және энергетикалық тұрғыдан неліктен орын алатынын зерттеуге дайынсыз. Әрі қарай жалғастырайық!
Неліктен алюминий +3 иондық зарядты құпия көреді
Ионизацияны тор және гидратациялық энергиялармен теңгеру
Сіз химиялық формулада алюминийді көргенде—ойлаңыз Al 2O 3немесе AlCl 3—сіз оның неліктен жиі Al ретінде кездесетінін ойладыңыз ба 3+ оның себебі иондық қосылыстардың түзілуі кезіндегі энергиялық өзгерістердің ұқыпты теңдігіне байланысты иондық алюминий қосылыстарын алу үшін бейтарап атомнан үш электронды алып тастау қажет. Бұл процесс энергияны талап етеді, оның аты иондалу энергиясы . Шындығында, алюминийдің бірінші, екінші және үшінші электрондарының иондалу энергиясы өте үлкен: сәйкесінше 577,54, 1816,68 және 2744,78 кДж/моль (WebElements) . Бұл үлкен шығын!
Сонымен қатар, неліктен алюминий үш электронды жою үшін қажетті шығынға кірісуде? Жауап мынада: жаңадан түзілген Al 3+ иондары жоғары зарядталған аниондармен (мысалы, O 2− немесе F − ) әрекеттесіп, кристалдық тор құрайтын кезде энергияның шығыннан артық болып қайтарылуында тор энергиясы . Иондардың заряды неғұрлым жоғары болса, электростатикалық тартылыс соғұрлым күштірек болып, тор энергиясының босауы да соғұрлым көп болады. Мысалы, AlF үшін тор энергиясы 3naF немесе MgF-қа қарағанда анағұрлым жоғары 2+3 зарядтың қаншалықты тұрақтандыратынын көрсетіп тұр (Oklahoma мемлекеттік университеті) .
- Алюминийден үш электронды алып тастау үшін маңызды энергия қажет
- Алюминийдегідей қатты торды құру 2O 3) тіпті көбірек энергия бөліп шығарады
- Бұл энергиялық өтімділік Al үшін +3 күйін ерекше тұрақты етіп жасайды алюминий ионы
Көптеген иондық торлар мен суды орталарда Al стабилизациясы 3+ үш электронды алып тастаудың құнынан асып түседі.
Неліктен иондық қатты заттарда +1 немесе +2-ге қарағанда +3?
Неліктен бір немесе екі электронды ғана жоғалтпау керек? Al-мен тұрақты тұз құруға тырысыңыз + немесе Al 2+ . Соңғы тор күші әлсіз болар еді, өйткені иондар арасындағы электростатикалық тартылыс күші аз. алюминийдің иондық заряды тікелей кристалдық құрылымда бөлінетін энергияның көлемін анықтайды. Заряд неғұрлым жоғары болса, байланыс соғұрлым берік, қосылыс соғұрлым тұрақты болады.
Сондықтан қарапайым тұздарда алюминий +1 немесе +2 иондарын түзетіні сирек кездеседі. Al-мен жоғары зарядталған тор құру нәтижесінде бөлінетін энергия 3+ үшінші электронды алып тастау үшін қажетті иондалу энергиясын асырып түсуге жеткілікті. Басқаша айтқанда, бұл процесстің барлығы энергетикалық тұрғыдан тиімді, әсіресе бастапқы қадам қымбатқа түседі. Бұл классикалық мысал алюминий электрондарды жоғалтуы немесе қосуы атомның өзіне ғана емес, сонымен қатар оның орналасқан ортасына – әсіресе түзілетін қосылыстың түріне байланысты екенін көрсетеді.
Нақты мысалдарға назар аударайық. Егер сіз Al 3+ -пен O 2− -ні қоссаңыз, сіз Al аласыз 2O 3. Cl-пен қосылыста − , бұл AlCl 3. SO 42− -ні қоссаңыз, сіз Al аласыз 2(SO 4)3-пен қосылыста. Барлық бұл формулалар электр зарядтарын теңестіру қажеттілігін бейнелейді және алюминийдің +3 заряды осындай стехиометрияның жұмыс істеуіне әкеледі.
Ковалентті қосылыстардағы тұрақты шектеулер
Әрине, алюминий қосылыстарының барлығы таза иондық емес. Кейбір жағдайларда — мысалы, белгілі бір органоалюминий қосылыстарында немесе алюминий өте поляризацияланған серіктестерге байланысқан болса — алюминий ионының заряды нақты анықталмаған. Ковалентті байланыс, электрондарды ортақ пайдалану және тіпті бөлшекті заряд тасымалдау алюминийдің көрінер зарядына әсер етуі мүмкін. Бірақ көпшілік қарапайым тұздар мен суды ерітінділерде Al 3+ иондары басым болып табылады, оның себебі иондалу, кеңістік торлық және гидратациялық энергиялардың әрекеттесуі.
Сонымен қатар, бұл тұжырымдаманың басқа да алюминийдің электрондық тартылысы оң, яғни ол электрондарды оңай алмайды және аниондар түзбейді. Бұл неге алюминий электрондарды жоғалтуы немесе қосуы катион түзілуіне әкеледі, анион түзілуіне емес.
- +3 тұздар мен ерітінділердегі алюминийдің ең тұрақты иондық заряды
- +1 және +2 күйлері торлы тұрақтандырудың төмендігіне байланысты сирек кездеседі
- Ковалентті қосылыстар көрінер шамалы зарядты өзгерте алады, бірақ бұл шегінен шығу
Келесі кезекте сіз қалай қосылыстардың формулаларын жазуға және атауға көмектесетінін көріп, Al заряды тек қана теориялық емес, сонымен қатар химиялық есептер шешуге қажетті құрал екенін көресіз.
Al-дан құрылған формулалар мен атаулар 3+
Al-мен құрылатын формулалар 3+ және кең таралған аниондар
Химия есебін шешуге тырысқанда – мысалы, «алюминий сульфатының формуласы қандай?» деген сұрақ туындаса, бірінші қадамыңыз – al зарядымен – бұл сіздің бірінші қадамыңыз. Өйткені алюминий +3 катион түзеді ( алюминий катионы ), сіз әрқашан осы оң зарядты кездейсоқ аниондардың теріс зарядымен теңгеруіңіз керек. Күрделі болып көрінеді? Әрқашан жұмыс істейтін түсінікті әдіспен оны ықшамдайық.
- Al-дың зарядын ( +3) және анионның зарядын (мысалы, O 2− , Cl − , сондақтан 42− , NO 3− , OH − ).
- Зарядтарды теңгеру үшін көбейтіп алу (қиылыстыру) әдісін немесе ең кіші ортақ еселікті қолданыңыз.
- Соңғы формула үшін қатынасты ең қарапайым бүтін сандарға дейін қысқартыңыз.
Осыны іс-әрекетте Al-ды 3+ келесі аниондармен қосып көрейік:
| Анион | Формуласы | Атауы |
|---|---|---|
| O 2− (оксид) | АЛ 2O 3 | Алюминий оксиді |
| CL − (хлорид) | AlCl 3 | Алюминий хлориді |
| 3 42− (сульфат) | АЛ 2(SO 4)3 | Алюминий сульфат |
| Жоқ 3− (нитрат) | Al(NO 3)3 | Алюминий нитраты |
| Ж − (гидроксид) | Al(OH) 3 | Алюминий гидроксиді |
Қалай екенін байқаңыз алюминий ион формуласы (Al 3+ ) әр қосылыстағы индекстерді анықтайды, сондықтан оң және теріс зарядтар жойылады. Мысалы, AlCl 3заряд жалпы алғанда бейтарап, себебі үш Cl − иондар (жалпы −3) бір Al 3+ (+3).
Тұздар мен координациялық қосылыстарды атау ережелері
Егер сізде мына сұрақ туындаса: “ Алюминий ионның атауы қандай ?” Бұл қарапайым: екінші алюминий ионының атауы тек қана алюминий ионы . Al сияқты біратомды катиондар үшін элементтің атауын қолданыңыз, содан кейін «ион» деген сөз тіркесін қосыңыз. Қосылысты атау үшін де осы ереже сақталады: бірінші катион, сосын анион аталады. Қарапайым иондар үшін анионның түбіріне «-ид» жұрнағы (мысалы, хлорид, оксид) немесе күрделі полиядролы ионның толық атауы (мысалы, сульфат, нитрат) қолданылады 3+ қосылысты атау үшін де осы ереже сақталады: бірінші катион, сосын анион аталады. Қарапайым иондар үшін анионның түбіріне «-ид» жұрнағы (мысалы, хлорид, оксид) немесе күрделі полиядролы ионның толық атауы (мысалы, сульфат, нитрат) қолданылады.
Координациялық немесе күрделірек қосылыстар үшін де сол қағида орындалады: оң ионның атауы бірінші келеді, сосын теріс бөлік. Алюминий әдетте тек бір ғана кездесетін зарядты (+3) түзетіндіктен, рим сандарын қолдану қажет емес.
- АЛ 3+ деп аталады алюминий ионы
- АЛ 2O 3: алюминий оксиді
- AlCl 3: Алюминий хлорид
- Al(OH) 3: алюминий гидроксиді
- Al(NO 3)3: алюминий нитраты
Шешілген иондық теңдеу мысалдары
Тез мысал қарастырайық. Алға дейін жазу керек болсын делік 3+ және SO 42− (сульфат):
- АЛ 3+ (заряд +3), SO 42− (заряд −2)
- Зарядтардың ең кіші ортақ еселігін табыңыз (6): екі Al 3+ (барлығы +6), үш SO 42− (барлығы −6)
- Формула: Al 2(SO 4)3
Формулаларды жазу бойынша тізім үшін:
- Әр ионның зарядын анықтаңыз
- Жалпы оң және теріс зарядтарды теңестіріңіз
- Қатынасты көрсететін индекстері бар формуланы жазыңыз
- Қосылыстың соңғы атауы үшін IUPAC ережелерін қолданыңыз
Бұл ережелер иондық қосылыстардың көпшілігін қамтитын болса да, шынайы материалдар күрделірек болуы мүмкін – су молекулаларын (гидраттар), полимерлік құрылымдар немесе ковалентті сипаттамалар болуы мүмкін екенін есте сақтаңыз. Біз келесі бөлімде сол ауытқулар мен шеткі жағдайларды қарастырамыз, сондықтан сіз классикалық ережелер қалай бүгіліп тұрғанын және неліктен екенін көре аласыз.
Суда алюминий иондары қалай әрекет ететіні
Гексааква Al 3+ бастау үшін
Алюминий тұздары суда ерігенде шын мәнінде не болып жатқанын ойладың ба? Сіз алюминий нитраты сияқты затты стақанға салған кезде, оның қарапайым ғана бөлінетінін күтіп тұруыңыз мүмкін алюминий иондары (Al 3+ ) ерітіндіге түседі. Бірақ бұл қаншалықты қарапайым емес. Әр алюминий 3+ ионы тез арада алты су молекуласын тартып алып, түзілген кешенге байланысады, оны гексааква алюминий(III) , немесе [Al(H 2O) 6]3+ . Бұл тек қана қызық әрекет емес - бұл кешен алюминий ионының зарядының ерітіндіде кездесетін нақты түрі болып табылады.
Сондықтан сіз сұрасаңыз, алюминий атомы суда қалай ионға айналады жұмыртқаның жауабы: ол үш электронды жоғалтып, Al болып табылады 3+ , содан кейін тез сумен координацияланып [Al(H 2O) 6]3+ . Бұл әрі қарай қызық химияның бастауы болып табылады.
Гидролиз және Al(OH) түзілуі 3
Мұнда нәрселер қызықты болып шығады. алюминий ионы кіші және жоғары зарядталған, сондықтан ол байланысқан су молекулаларындағы электрондарды тартады, соның нәтижесінде сол O–H байланыстары полярлы болып келеді. Бұл сутектердің протондар (H + ). Нәтиже? Комплекс қышқыл ретінде әрекет ете алады, ерітіндіге протондарды босатып, оны қышқылдық қасиетке ие етеді гидролиз :
- [Al(H 2O) 6]3+ + H 2O ⇌ [Al(H 2O) 5(OH)] 2+ + H 3O +
- [Al(H 2O) 5(OH)] 2+ + H 2O ⇌ [Al(H 2O) 4(OH) 2]+ + H 3O +
- [Al(H 2O) 4(OH) 2]+ + H 2O ⇌ [Al(H 2O) 3(OH) 3] + H 3O +
Бұл қадамдардан өткен сайын ерітінді соғұрлым қышқылдық қасиет көрсетеді. Егер сіз негізді қосып тұрсаңыз немесе pH деңгейі бейтарапқа жақындаса, ақ, желатинді тұнба түзіле бастайтынын байқайсыз. Бұл алюминий гидроксиді , Al(OH) 3, белгісі алюминий иондары сулы ортада бейтарап pH жағдайында.
Амфотерлік және алюминатты сілтілі ортада
Бірақ тұнбаның түзілуімен ғана аяқталмайды бұл оқиға. Алюминий(III) woodfield әмфотерлік , қышқыл, сондай-ақ негіз ретінде де әрекет ете алатынын білдіреді. Егер сіз артық мөлшерде негіз қоссаңыз (ерітінді күшейіп сілтілі болса), Al(OH) 3еріп кетеді, бұл ретте еритін алюминат иондары (мысалы, [Al(OH) 4]− ):
- Al(OH) 3(s) + OH − (aq) → [Al(OH) 4]− (aq)
Бұл амфотерлік әрекет – алюминий заряды химиясының негізгі қасиеті. Бұл алюминий гидроксидінің рН деңгейіне байланысты тұнба түсіріп және қайта ерітіп алу қабілетіне ие екенін білдіреді.
Алюминий (III) амфотерлік: ол Al(OH) түрінде тұнба түседі 3бейтарап рН-та және күшті негізде алюминат ретінде ериді.
Әр Түрлі рН деңгейлерінде Қандай Түрлер Кездеседі?
Сіз зертханалық жұмысты дайындағанда немесе үй тапсырмасындағы есепті шешкенде, рН спектрінің әр түрлі деңгейлерінде кездесетін заттар туралы тез нұсқаулық:
- Қышқылдық (төмен рН): [Al(H 2O) 6]3+ басымдылық танытады
- Жақын-бейтарап pH: Al(OH) 3тұнба ретінде түзіледі
- Негіздік (жоғары pH): [Al(OH) 4]− (алюминат) – басым түр
Алюминий гидроксидін еріту үшін қышқыл қосуды, немесе қайтадан пайда болуы үшін сілтіні қолдануды елестетіңіз – бұл амфотеризмнің классикалық мысалы және алюминий ионының заряды қандай әртүрлі ортада.
Бұл неліктен маңызды: аналитикалық химия және су өңдеу
Бұл гидролиз және амфотерлік әрекет етудің тек оқулықтағы ақпараттан артық. Аналитикалық химияда Al(OH) түзілуі 3тестілерге кедергі келтіруі немесе қажетсіз тұнбалар түсіруі мүмкін. Су тазалауда коагуляция үшін алюминий тұздары қолданылады, бұл қоспаларды ұстап алу үшін осы реакцияларға сүйенеді. Бұл нәтижелерді болжап, басқару үшін судағы алюминий иондары түсіну маңызды.
Онда егер сізді 10 электронды алюминий ионы сияқты күрделі сұрақтар қызықтырса, есіңізде болсын: Al 3+ түзілгенде ол үш электронды жоғалтты (яғни онда он электрон қалды, бұл неонмен бірдей). Бұл лабораторияда көріп жатқан сулы химияны алюминий атомы суда қалай ионға айналады электрондарды жоғалту және ерітіндіде болу арқылы байланыстырады.
Келесі тақырыпта осындай шегінен шыққан жағдайлар мен шеткі жағдайлар – ковалентті байланыс немесе арнайы алюминий комплекстері – классикалық ережелерді қалай өзгертетінін көрсетеміз. Бұл жерде қарапайым иондық химияның шегі тағы да асырылады.
Алюминий химиясы ережелерді бұзған кезде
Ковалентті байланыс және поляризациялық әсерлер
Сіз химиядағы алюминий туралы ойлағанда, әсіресе оны классикалық алюминий катионы —Al 3+ — таза ионды кристалдарда теріс иондармен жұптастырып көрсетесіз. Бірақ жағдайлар өзгеріп немесе серіктестер ауысқанда не болады? Дәл осы жерде жағдай қызықты болып шығады. Кейбір қосылыстарда Al-дің кіші өлшемі мен жоғары заряды жанындағы анионның электрон бұлтын күшті тартып, оны 3+ поляризациялауға поляризация мүмкіндік береді. Бұл "алюминий электрон бұлтын поляризациялау" әсері қаншалықты күшті, соншалықты иондық және ковалентті байланыс арасындағы шекара жойылып кетеді. Бұны Фаянс ережесі түсіндіреді: Al сияқты кіші, жоғары зарядталған катион мен Cl сияқты үлкен, оңай бұрмаланғыш анион 3+ —Cl − — ковалентті сипатты қолдайды.
Взять алюминий хлориді (AlCl 3)мысалы. Сіз оны түсінікті иондық қосылыс деп күтіп тұруыңыз мүмкін, шын мәнінде оның байланыстары шын мәнінде ковалентті, әсіресе бу фазасында немесе полюссіз еріткіштерде. Неліктен? Al 3+ ионы хлорид иондарынан электрон тығыздығын тартып алады, нәтижесінде орбитальдардың беттесуі мен электрондарды бөлісу пайда болады. Нәтижесінде, AlCl 3классикалық иондық торға қарағанда қарапайым молекула ретінде болады. Шынында да, газ тәрізді фазада немесе балқыған кезде AlCl 3димерлі молекулаларды (Al 2CL 6) ортақ хлор көпірлерімен құрайды - бұл коваленттіліктің басым екенінің тағы бір белгісі.
- Галогенидті димерлер (мысалы, Al 2CL 6) газ фазасында немесе балқытқан кезде
- Органоалюминий реагенттері (триалкилалюминий қосылыстары сияқты)
- Күшті поляризацияланатын немесе үлкен лигандтары бар кешендер
Алюминийдің жоғары зарядты тығыздығы жақын аниондарды поляризациялауға мүмкіндік береді, бұрын қарапайым иондық қосылыстар болып көрінетін заттарда ковалентті сипатты арттырады.
Төменгі тотығу дәрежелері: Al(I) және Al(II)
Is Al 3+ бірден-ақ жалғыз ойын алаңы ма? Әрқашан емес. Арнайы зерттеу ортасында химиктер алюминий тотығуының төменгі күйінде, мысалы, Al(I) және Al(II) болатын қосылыстарды бөліп алды. Бұл түрлер күнделікті тұздарда немесе өнеркәсіптік процесстерде кездеспейді, бірақ олар күрделі материалдар мен катализде маңызды рөл атқарады. Мысалы, Al(I) орталықтары бар кластерлер мен кешендер синтезделіп, олардың ерекше реакциялық қабілеті мен күшті химиялық байланыстарды белсендіру қабілеті зерттелді. Бұл түрлер, әдетте, үлкен органикалық лигандтардың немесе басқа металдармен кластерлер құру арқылы тұрақтандырылады, бұлардың нәтижесінде олар көбірек тұрақты Al 3+ форма (RSC Advances) .
Сонымен, егер сізде сілтеме келтірілсе al 3 немесе al ion экзотикалық кластерлер немесе зерттеу мақалаларының контекстінде, есте сақтаңыз: алюминий химиясының әлемі тек классикалық +3 катионмен шектелмейді.
Органоалюминий химиясы: Қарапайым иондардан тыс
Органикалық синтезде және полимер химиясында алюминийдің рөлі қандай? Әлемге еніңіз органоалюминийлі қосылыстар . Бұл молекулаларда алюминий тікелей көміртегіге байланысады, Al–C байланыстарын түзеді, бұл байланыстар өте поляризацияланған, бірақ негізінен ковалентті болып табылады. Мысалы триалкилалюминий (мысалы, Al(C 2H 5)3) және триарил-алюминий түрлері. Бұл қосылыстар полимерленген олефиндерді алу үшін Циглер–Натта процесі сияқты өнеркәсіптік катализде және лабораториялық синтезде басқа молекулаларға алкил топтарын қосу үшін кеңінен қолданылады (Wikipedia) .
Органоалюминий химиясында қарапайым ал шар заряды қолданылмайды. Оның орнына алюминий атомы ковалентті негізгі тізбектің бөлігі болып табылады, жиі динамикалық байланыс және ерекше реакцияға бейімділік байқалады. Кейбір органоалюминий қосылыстарында Al–Al байланыстары немесе шоғыр құрылымдары болуы мүмкін, бұл алюминийдің байланысының «катион заряды қандай» деген әдеттегі түсіндіруден тыс икемділігін көрсетеді.
- Триалкилалюминий және триарил-алюминий реагенттері (катализаторлар, алкилдеуші агенттер)
- Ковалентті негізгі тізбектері бар алюминий гидридтері мен галогенидтерінің шоғырлары
- Төмен тотығу дәрежесіндегі алюминий шоғырлары мен кешендер
Қорытындылай келе, алайда алюминий катионы АЛ 3+ тұздар мен ерітінділердегі ең танымал пішін болып табылады, алюминий химиясы әр түрлі ерекшеліктермен бай. Егер сіз кездейсоқ ерекше байланыс әріпкерлерін, төмен тотығу дәрежесін немесе органометаллдық негізгі тізбектерді кездестірсеңіз, әдеттегі ережелердің өзгеріске ұшырауына дайын болыңыз. Осы күрделілік алюминийді зерттеу мен өнеркәсіпте өте қызықты және көпқырлы элементке айналдырады.
Түсінігіңізді тексеруге дайын ба? Келесі кезекте алюминийдің зарядын болжау үшін сенімді әдісті қарастырамыз және оны шынайы әлем формулалары мен практикалық есептерге қолданамыз.
Алюминийдің зарядын болжауға арналған сенімді әдіс
Кәдімгі иондар зарядын болжау үшін топтық тенденцияларды пайдалану
Периодтық кестеге алғаш рет қарағанда, ионның зарядын болжау қиын болып көрінуі мүмкін. Бірақ қысқа жол бар ма? Бар — топтық тенденциялар! Негізгі топ элементтері үшін периодтық кестеде белгілі бір үлгілер бар, сіз атомның электрондарды жоғалтатынын немесе қосып алатынын және оның ионы қандай заряд алатынын тез арада анықтай алады. Бұл үй жұмысын, зертханалық дайындықты немесе шынайы әлемнің есептерін шешуге өте қолайлы.
Осындай жұмыс істейді: бір топта (тік жол) орналасқан элементтер жиі бірдей зарядты иондар түзеді. Сол жақтағы металдар үшін (1-топ, 2-топ және 13-топ) тәулелі иондық заряд топ нөміріне сәйкес келеді – 1-топ +1, 2-топ +2, 13-топ (+3 зарядты алюминий орналасқан) түзеді. Оң жақтағы бейметалдар үшін заряд әдетте теріс және топ нөмірін 18-ден алып тастау арқылы болжанады.
- Топ нөмірін табыңыз: Бұл атомның қаншалықты валентті (сыртқы) электрондары бар екенін көрсетеді.
- Шешіңіз: электрондарды жоғалту немесе алу? Металдар электрондарды жоғалтып, катиондар (оң иондар) түзу арқылы инертті газ конфигурациясына жетеді. Бейметалдар валентті қабықшасын толтыру үшін электрондарды алып, аниондар (теріс иондар) түзеді.
- Ең қарапайым жолды таңдаңыз: Атомдар энергиясы төмен жолмен – мүмкіндігінше аз электрондарды жоғалтып немесе алып – тұрақты, инертті газ тәрізді күйге жетеді.
- Таныс анионмен тексеріңіз: Болжанған катионды кең таралған анионмен (мысалы, O 2− , Cl − , немесе SO 42− ) және формула жалпы алғанда бейтарап екенін тексеріңіз.
Бұл тәсіл әсіресе негізгі топ элементтері үшін сенімді, оның құрылымында LibreTexts .
Әдісті алюминийге қолдану
Осы әдісті алюминиймен сынақтан өткізейік. Сіздерге тапсырма берілсін деп елестетіңіз, алюминий ион заряды қандай ? Оны қалай анықтау керектігі төменде көрсетілген:
- Алюминий (Al) тұр 13-топ периодтық кестенің
- Бар үш валентті электрондар .
- Металл болып саналатын электрондарды жоғалтады алдыңғы благородті газдың (неон) электрондық конфигурациясына жету үшін.
- Сондықтан, алюминий қанша электрон алады немесе жоғалтады ? Ол үш электронды жоғалтады .
- Бұл түзеді +3 катион : Al 3+ .
Жауабы al заряды қандай көбінесе қосылыстарда +3 тең. Сондықтан Al 3+ al сияқты формулаларда кездесетінін көресіз 2O 3, AlCl 3, және Al 2(SO 4)3. Бұл логика басқа негізгі топ металдары үшін де орындалады, бірақ +3 заряды 13-топ элементтерінің, әсіресе алюминийдің ерекшелігі болып табылады.
Иондық қосылыстардағы 13-топ металдары үшін +3 катионды болжаңыз; қарапайым тұздардағы зарядтарды теңестіру арқылы тексеріңіз.
Формула бейтараптығын тексеру
Болжауыңыздың дұрыстығын қалай білуге болады? Оны тез арада зарядты теңестіру арқылы тексерейік. Алюминий мен хлорид (Cl − ):
- АЛ 3+ cl-пен жұптасады − . Зарядтарды теңестіру үшін үш Cl қажет − әрбір Al үшін 3+ (барлығы +3 және −3).
- Формула былай: AlCl 3.
Тағы біреуін сынап көріңіз: алюминий және сульфат (SO 42− ):
- АЛ 3+ (+3) және SO 42− (−2). Ең кіші ортақ еселік 6: екі Al 3+ (+6) және үш SO 42− (−6).
- Формула былай: АЛ 2(SO 4)3.
Егер сізде сұрақ туындаса: алюминий түзген ионның заряды қандай? , тек топ бойынша тенденцияны пайдаланыңыз және бейтараптық үшін формуланы тексеріңіз. Бұл сізге зарядты болжауға көмектеседі және әр рет химиялық формулалар дұрыс болатынына кепілдік береді.
- Топ нөмірі иондық зарядтың мүмкіндігін көрсетеді (Al үшін: 13-топ → +3)
- Металдар электрондарды жоғалтады, ал бейметалдар благородты газ конфигурациясына жету үшін электрондарды алады
- Формулаларды әрқашан жалпы бейтараптық үшін тексеріңіз
Басқа элементтермен осы әдісті қолданыңыз, сонда тез арада сіз алюминий ионының болатын зарядын болжай аласыз —немесе кез келген негізгі топ ионы— әр жағдайды жаттап алу қажетсіз.
Енді зарядтарды болжау үшін сізде сенімді стратегия бар, келесі бөлімде осы түсініктің шынайы қолданыстар мен өнеркәсіптің қажеттіліктеріне қалай байланысты екенін көрейік.
Алюминийдің заряды қалай шынайы шешімдерді қалыптастырады
Al түсінуінің қай жерде 3+ өнеркәсіптегі мәселелер
Сіз өндіріс, құрылыс немесе автомобиль дизайны әлеміне бас салған кезде, al зарядымен бұл оқулық ұғым емес—бұл сандық технологиялар үшін практикалық негіз екенін байқайсыз. Неліктен? Себебі алюминийдің заряды қаншалықты оның қоршаған ортамен әрекеттесуін, әсіресе химиялық реакциялар мен процесстердің көбісі жүретін бетінде әсер ететінін анық көрсетеді. Сіз конструкциялық беріктік үшін қорытпаларды немесе коррозияға тұрақтылық үшін қаптаманы таңдаған кезде, алюминийдің заряды қандай жұмыс істеу нәтижесін болжап, басқару мен тиімділігін арттыруға көмектеседі.
Коррозияға, анодтауға және экструзияға арналған дизайн ескертпелері
Сіз автомобиль компоненті немесе ғимараттық рама үшін материалдарды таңдау жауапкершілігін атқарып жатыр деп елестетіңіз. Сізге мыналарды білу қажет: алюминийдің тұрақты заряды бар ма ? Көптеген өнеркәсіптік жағдайларда алюминийдің +3 заряды оның болжануы мен әрекетінде маңызды рөл атқарады. Оның қолданылуы практикада қалай іске асады:
- Анодтық жабындар: Al-дың +3 заряды анодтау кезінде тұрақты тотық қабатының түзілуіне әкеліп соғады, бұл металлдың коррозиядан қорғалуына және бояу немесе герметикпен өңдеуге мүмкіндік береді.
- Жабыстыру үшін дайындық: Алюминий заряд күйін басқару үшін беттік өңдеулер бояу, желім немесе ламинаттар үшін жабыстыру қасиетін жақсарту үшін тотық пленкасында реакциялық орындар жасайды.
- Электролиттік орталар: Аккумуляторларда, электролизерлерде немесе салқындату жүйелерінде алюминий заряды қандай коррозиялануын, еріп кетуін немесе жиналуын болжау үшін маңызды – бұл ұзақ мерзімділік пен қауіпсіздік үшін маңызды ( Алюминий ассоциациясы ).
- Экструзиялық дизайн: Al зарядының әсері қоспаны таңдауға, бетін пассивтендіруге және қосу мен өңдеу процесстерімен үйлесімділігіне әсер етеді, экструзия беріктігінен бастап соңғы сапаға дейінгі барлық нәрсеге әсер етеді.
Барлық осындай жағдайларда алюминийдің электрондарды жоғалту немесе алу — жиі үш электрон жоғалтып, Al түзетіні 3+ — сенімді және қайталанатын нәтижелер алу кілті болып табылады. Беттік химиялық талдау, FTIR немесе XRF сияқты әдістерді қолданып, алюминийдің заряды мен тотығу дәрежесін бақылау өнеркәсіптік стандарттарға сай келуі мен өнімнің ұзақ қызмет етуін қамтамасыз ететінін анық көрсетеді.
Автомобиль экструзия шешімдерінің сенімді көзі
Сонымен, автомобиль, әуе-космостық немесе дәл өндірістік салаларда жұмыс істейтін болсаңыз, қоспалар, өңдеулер және әктеру тақырыптары бойынша сауатты кеңес алу үшін қайда баруға болады? Қоспаның сапасы мен өндіріс процесстерінің тиімділігіне алюминийдің заряды қалай әсер ететінін түсінетін сенімді серіктес іздейтін мамандар үшін, Shaoyi Metal Parts Supplier ерекшеленеді. Қытайдағы алдыңғы қатарлы дәл автомобиль металды бөлшектерін шешу бойынша кешенді ұсыныс жасаушы ретінде Shaoyi машина жасау саласындағы қатаң стандарттарға сәйкес келетін алюминий профилін жасаумен айналысады. Олардың тәсілі басқарудың жоғары сапалы жүйелерін және терең техникалық біліктілікті ұштастырады, әрбір профильдің бастапқы құймадан бастап дайын бөлшекке дейінгі сәйкестігін қамтамасыз етеді.
Shaoyi-дің алюминий профильдеу бөлшектеріндегі біліктілігі сіздің Al зарядының қасиеттері мен бетінің өңделуін сәйкестендіруге қалай көмектесетіні туралы қосымша ақпарат алу үшін олардың ақпараттық бетіне барыңыз: алюминий экструзия бөлшектері . Бұл ақпарат инженерлер мен сатып алушылар үшін ерекше пайдалы, олар өз бөлшектерінің механикалық және өлшемдік талаптарға сәйкес келуімен қатар, алюминий зарядының химиялық қасиеті маңызды болып табылатын ортада сенімді жұмыс істеуін қамтамасыз етуі керек.
- Анодты жабындыларды және коррозияға тұрақтылықты тиімділендіру
- Жабыстырғыш байланысты және бетті дайындауды жақсарту
- Қатты ортада электрхимиялық әрекетті болжау және бақылау
- Беріктік пен ұзақ мерзімділік үшін дұрыс қорытпа мен экструзия процесін таңдаңыз
Түсіну алюминийдің заряды қандай бұл тек академиялық ғана емес — бұл алюминий қолданылатын әрбір саладағы дұрысырақ материалдық шешімдер, жақсырақ өнім дизайны мен ұзақ мерзімді сенімділіктің негізі болып табылады. Осы білімді іс жүзінде қолдануға дайын адамдар үшін Шаои тарапынан ұсынылған ресурстар сенімді нүкте ретінде табылады
Алюминий (Al) заряды туралы жиі қойылатын сұрақтар
1. Алюминий ионының заряды қандай және ол қалай түзіледі?
Алюминий ионы әдетте +3 зарядқа ие болады, Al3+ ретінде жазылады. Бұл нейтралды алюминий атомы үш валентті электрондарын жоғалтқан кезде пайда болады, соның нәтижесінде неонға ұқсас тұрақты электрондық конфигурация пайда болады. Бұл процесстің негізінде периодтық кестенің 13-топшасында орналасқан атомның орны жатыр, онда үш электронды жоғалту энергетикалық тұрғыдан ыңғайлы.
2. Неліктен алюминий басқа санды электрондарды жоғалтуға немесе қосуға қарағанда үш электронды жоғалтуды қалайды?
Алюминий үш электроннан арылып кетуге ұмтылады, өйткені бұл оған тұрақты инертті газ электрондық конфигурациясын қол жеткізуге көмектеседі. Al3+ катионы аниондармен күшті иондық торлар түзіп бөлінетін энергия электрондарды алып тастау үшін қажетті энергиядан асып түседі, сондықтан +3 күйі қосылыстарда ең тұрақты және кең таралған болып табылады.
3. Al заряды алюминий қосылыстарының формулалары мен атауларына қалай әсер етеді?
+3 заряды алюминий аниондармен қалай қосылып нейтралды қосылыстар түзетінін анықтайды. Мысалы, Al3+ -ті оксидпен (O2-) жұптасу үшін әрбір үш O2- ионына екі Al3+ ионы қажет, нәтижесінде Al2O3 түзіледі. Атау стандартты ережелерге сәйкес жүргізіледі: бірінші катион (алюминий ионы), сосын анион аталады.
4. Суға алюминий иондары қандай әсер етеді және амфотерлік дегеніміз не?
Суда Al3+ гексааквакешенін түзеді, [Al(Н2О)6]3+, бұл нейтралды рН-да гидролизге ұшырап Al(OH)3 түзуге болады. Алюминий гидроксиді амфотерлі болып табылады, яғни ол қышқылдар мен негіздерде де еріп, рН-ға байланысты әртүрлі түрлер түзеді.
5. Алюминийдің зарядын түсіну автомобиль және өнеркәсіптік қолдануларға қалай пайдалы?
Алюминий +3 ион түзетінін білу оның анодтау, коррозиядан қорғау және қорытпаларды таңдау сияқты процесстердегі әрекетін болжау үшін маңызды. Shaoyi Metal Parts сияқты сенімді тапсырыс берушілер автомобиль алюминий экструзиялары үшін дұрыс зарядты күйі мен материал сапасын қамтамасыз етіп, сенімді компоненттің жұмыс істеуіне ықпал етеді.