Nega alyuminiy +3 ion hosil qiladi

Al zaryadi nima?

Kimyo masalalari va sanoat formulalarda alyuminiy nima uchun shunchalik ishonchli ekanligini o'ylab ko'rdingizmi? Javob buni bilan boshlanadi al zaryadi aniroq aytganda, alyuminiy atom reaksiyaga kirishganda olgan zaryadi. Odatda alyuminiy (belgi: Al) elektronlarni yo'qotish orqali kation — musbat elektr zaryadli ion hosil qiladi. Shunday qilib, birikmalarda alyuminiy zaryadi nima deyarki doim +3. Bu alyuminiy ionga aylanganda, unda elektronlardan uchta proton ortiqcha bo'ladi, natijada belgi AL ³⁺ (LibreTexts) .

Kimyoda kation yuklab beruvchi elektronlarni yo'qotganda hosil bo'lgan, umumiy musbat elektr zaryadga ega bo'lgan ionga nisbatan ishlatiladi. Alyuminiy uchun bu jarayon juda bashorat qilinadigan bo'lib, u suvni tozalashdan boshlab kosmik qotishmalargacha bo'lgan hamma narsada keng qo'llaniladi.

Alyuminiy ayniqsa Al sifatida uchraydi ³⁺ ion birikmalarda.

Nima uchun alyuminiy kation hosil qiladi

Buni yanada chuqurroq tahlil qilaylik. Neytral alyuminiy atomida 13 ta proton va 13 ta elektron bor. Lekin u reaksiyaga kirishganda, u uchta elektronni yo'qotadi — balki ularni qo'lga kiritmaydi. Bu yo'qotish tashabbusi tashabbusi bilan amalga oshiriladi valent elektronlari (tashabbusi elektronlarining tashabbusi), ularni ichki elektronlarga qaraganda nisbatan oson olib tashlash mumkin. Ular tashlab ketish orqali alyuminiy neon gaziga mos keluvchi barqaror elektron konfiguratsiyasini qo'lga kiritadi. Natija? Barqaror, +3 zaryadli ion yoki alyuminiy ion zaryadi .

Murakkab tuyuladimi? Alyuminiyning uchta valent elektronini ko'z oldingizga keltiring, chunki u yanada barqaror holatga erishish uchun ularni berishga tayyor. Shuning uchun ham, deyarli har bir kimyoviy kontekstda Alni Al deb ko'rasiz. ³⁺ ion birikmalarida.

Qanday qilib narxlar davriy tendentsiyalarga bogʻliq

Ammo nima uchun alyuminiy har doim uchta elektronini yo'qotadi? Javob davriy jadvalda joylashgan. Alyuminiy 13-guruh , unda barcha elementlar bir xil shaklni oʻz ichiga oladi: ular uchta valent elektronga ega va ularning barchasini yoʻqotish tendentsiyasiga ega boʻlib, +3 zaryad hosil qiladi. Bu tendentsiya kimyochilarga tezda al toʻlov har bir holatni yodlab o'tirmasdan. Bu shunchaki oddiy fakt emas, bu kimyoviy formulalarni yaratish, birikmalarga nom berish va hatto eruvchanlikni yoki elektrokimyoviy xatti-harakatlarni bashorat qilish uchun qisqacha yo'l.

Masalan, elektr zaryadi al kabi umumiy birikmalar uchun formulalarni darhol yozishga yordam beradi ₂O ₃(alyuminiy oksid) yoki AlCl ₃(alyuminiy xlorid) va alyuminiyni mustahkam, barqaror birikmalar hosil qilishda qanchalik samarali ekanligini tushunish kerak.

• Alyuminiyning zaryadi birikmalarda deyarli doim +3 bo'ladi
• U kation (musbat ion) uchta valent elektronlarini yo'qotish orqali
• Bu xatti-harakat Davriy jadvalning 13-guruhida joylashganligi asosida bashorat qilinadi
• Al zaryadini bilish formulani yozish, birikma nomini qo'yish va laboratoriya tayyorgarligi uchun muhimdir
• AL ³⁺ sanoatda va materialshunoslikda alyuminiyni o'ynaydigan rolini tushunishning kalitidir

Hali ham bu katta rasmda qanday joylashganligini tushunmayapsizmi? al zaryadi kimyoviy formulalarni mukammal o'rganish va alyuminiyni keng qo'llash sabablarini tushunish uchun kirish nuqtangizdir. Keyingi bo'limlarda Al uchun elektron konfiguratsiya atrofida chuqurroq tushunchaga ega bo'lamiz ³⁺ va ushbu zaryadni qanchalik ishonchli ekanligini tashkil qiluvchi energiya. Atom tuzilishi haqiqiy dunyo kimyosini qanday shakllantirishini ko'rishga tayyormisiz? Davom etaylik.

Elektron konfiguratsiyadan Al gacha ³⁺

Neytral alyuminiyning elektron konfiguratsiyasi

Agar siz davriy jadvalga qarasangiz va alyuminiy (Al) ni topsangiz, uning atom raqami 13 ekanligini sezasiz. Bu esa neytral alyuminiy atomida 13 ta elektron borligini anglatadi. Lekin shu elektronlar qayerga ketadi? Keling, buni tushuntirib beraylik:

• Birinchi ikkita elektron 1s orbitalni to'ldiradi
• Keyingi ikkitasi 2s orbitalni to'ldiradi
• So'nggisi oltitasi 2p orbitalni to'ldiradi
• Qolgan uchtasi 3s va 3p orbitalarga kiradi

Bu alyuminiyning asosiy holatdagi elektron konfiguratsiyasini beradi 1S ²2S ²2P ⁶3S ²3P ¹, yoki nobel gaz yadrosidan foydalangan holda qisqartirilganda, [Ne] 3s ²3P ¹.

Valent elektronlarni bosqichma-bosqich yo'qotish

Demak, nolga teng bo'lgan aluminiy qanday qilib Al bo'lib qoladi ³⁺ ? Barchasi aluminiyning tashqi qavatidagi elektronlari bilan bog'liq. Jarayonni qadam qilib ko'rib chiqaylik:

1. Neytral Al bilan boshlang: [Ne] 3s ²3P ¹
2. Bitta 3p elektronni olib tashlang: [Ne] 3s ²
3. Ikita 3s elektronni olib tashlang: [Ne]

Yo'qotilgan har bir elektron nobel gaz konfiguratsiyasiga bir qadam yaqinroq bo'ladi. Uchta elektron olib tashlangani uchun atom kationga aylanadi va uning elektr zaryadi +3 zaryad —buning belgisi alyumot ioni formulasining (Al ³⁺ ).

Hosil bo'lgan Al ³⁺ konfiguratsiya

Uchta valent elektronini yo'qotgandan keyin, al3+ elektron konfiguratsiyasi oddiy [Ne] , yoki to'liq holda, 1S ²2S ²2P ⁶ Study.com . Bu neonga mos keladi, u inert gaz bo'lib, Al ³⁺ ion birikmalarda ayniqsa barqaror bo'ladi.

Al → Al ³⁺ + 3 e ⁻ al ³⁺ neonning elektron konfiguratsiyasiga ega.

Ushbu jarayonni alyuminiydan tashqi elektronlarini ajratib, barqaror yadrni paydo bo'lishi bilan tasavvur qiling. Bu soyaqning qatlamlarini yurakka yetguncha soylash kabi.

• Neytral Al: [Ne] 3s ²3P ¹
• AL ³⁺ ion: [Ne] (valent elektronlar qolmadi)

Koʻrish qobiliyatiga ega boʻlganlar uchun Al uchun orbital diagramma ³⁺ 2p gacha bo'lgan barcha qutilar to'ldirilgan, 3s va 3p qutilari bo'sh ko'rsatiladi. Al uchun Lyuis tuzilmasi ³⁺ 3+ zaryad bilan belgini ko'rsatadi, nuqtalar yo'q, chunki valent elektronlari qolmagan.

Ushbu bosqichma-bosqich yondashuv faqatgina al 3 elektron konfiguratsiyasi boshqa ionlar uchun konfiguratsiyalarni bashorat qilish va chizishni ham o'rgatadi. Shu jarayonni mukammal o'zlashtirish Al ning zaryadiga oid masalalarni yechish, reaktivlikni tushunish va to'g'ri formulalarni yozish uchun muhimdir.

Endi siz aluminin elektronlarini qanday yo'qotishini bilgan holda u Al ³⁺ ga aylanadi, endi bu +3 zaryad nima uchun ion birikmalarda qanchalik afzal ko'rilishini va ionlar tuzilishida energiya almashinuvlari qanday sodir bo'lishini tushunishga tayyorgarlik ko'ring. Keling, davom etamiz!

+3 ion zaryadli aluminiyning afzalliklari

Ionlashish energiyasini panjara va gidratatsiya energiyalari bilan muvozanatlash

Siz kimyo formulasida alumin uchrasangiz—Al ₂O ₃yoki AlCl ₃deb o'ylang—siz hech qachon Al doim Al ³⁺ sifatida paydo bo'lishiga nima sabab bo'lishini o'ylab ko'rdingizmi? Bu ionlar hosil bo'lishidagi energiya o'zgarishlarini ehtimom muvozanatlashga bog'liq. ionli alyuminiy aluminiy ion hosil qilish uchun neytral atomdan uchta elektron olib tashlanishi kerak. Bu jarayon energiya talab qiladi, bu esa ionlanish energiyasi . Haqiqatan ham, aluminiyning dastlabki, ikkinchi va uchinchi elektronlari uchun ionlashtirish energiyasi katta: mos ravishda 577,54, 1816,68 va 2744,78 kJ/mol (WebElements) . Bu juda katta investitsiya!

Demak, nega aluminiy uchta elektron yo'qotishga harakat qiladi? Javob shundaki, yangi hosil bo'lgan Al ³⁺ ionlari yuqori zaryadli anionlar (masalan, O ²⁻ yoki F ⁻ ) bilan birlashib kristall panjara hosil qilganda energiya sarfi qoplanadi. Bu jarayon katta miqdordagi energiyani, ya'ni panjara energiyasini bo'shatadi. Ionlarning zaryadi qancha yuqori bo'lsa, elektrostatik tortishish kuchi ham shuncha kuchli bo'ladi va ajralib chiqqan panjara energiyasi ham shuncha katta bo'ladi. Masalan, AlF uchun panjara energiyasi ₃naF yoki MgF uchun bo'lganidan ancha yuqori ₂— +3 zaryadning qanchalik barqaror bo'lishi mumkinligini ko'rsatadi (Oklahoma State University) .

• Aluminiydan uchta elektron olib tashlash uchun katta energiya talab qilinadi
• Al kabi mustahkam panjara hosil qilish ₂O ₃) yana ko'proq energiya ajratib beradi
• Bu energiya oqilona foydalanish Al uchun +3 holatni ayniqsa barqaror qiladi alyuminiy ion

Ko'pgina ionli panjaralarda va suvli muhitlarda Al ning barqarorligi ³⁺ uchta elektron olib tashlash narxidan ortiqcha bo'ladi.

Nima uchun +1 yoki +2 o'rniga +3 ionli qattiq jismda

Nega shunchaki bitta yoki ikkita elektron yo'qotib yuborish kifoya emas? Al bilan barqaror tuz hosil qilishga harakat qiling-da ko'ring. ⁺ yoki Al ²⁺ hosil bo'lgan panjara ancha zaif bo'lardi, chunki ionlar o'rtasidagi elektrostatik tortishish kuchidan kamroq. alyuminiy uchun ion zaryadi to'g'ridan-to'g'ri kristall tuzilishda ajralib chiqadigan energiyani belgilab beradi. Zaryad qancha yuqori bo'lsa, bog' shuncha mustahkam, modda esa barqaror bo'ladi.

Shu sababli oddiy tuzlarda aluminiy +1 yoki +2 ionlarini hosil qilishni kamdan-kam hollarda uchratishingiz mumkin. Al bilan hosil qilingan yuqori zaryadli panjaradan ajralib chiqadigan energiya shunchalik katta bo'ndiki, u uchunchi elektronni olib tashlash uchun kerak bo'lgan ionlanish energiyasini ham qoplaydi. ³⁺ boshqacha qilib aytganda, jarayonning umumiy natijasi energiya jihatdan foydali bo'ladi, hatto dastlabki qadam xavfli bo'lsa ham. Bu klassik misol sifatida keltiriladigan narsa shundaki, aluminiyning elektronlarni yo'qotishi yoki qo'lga kiritish jarayoni faqat atomning o'ziga bog'liq emas, balki u qaysi muhitda ekanligi, ayniqsa qanday birikma hosil bo'layotgani ham muhim ekanligini ko'rsatadi.

Haqiqiy hayotdan misollar ko'raylik. Al ni O bilan ³⁺ birlashtirsak, Al hosil bo'ladi ²⁻ , siz Al hosil qilasiz ₂O ₃. Cl билан ⁻ , бу AlCl ₃. SO билан ₄²⁻ , siz Al hosil qilasiz ₂(SO ₄)₃. Бу формулаляр барчаси зарядларни мувоозанатлаш кераклигини акс эттиради ва алюминийнинг +3 заряди бу стехиометрияларни ишлашини таъминлайди.

Ковалент бирикмалардаги контекстуал чегаралар

Албатта, барча алюминий бирикмалари чиста ионли эмас. Байъи ҳолларда — масалан, байъи органоалюминий бирикмаларида ёки алюминий юқори поляризацияланувчи ҳамроҳларга боғланганида — алюминий ион заряди аниқ эмас. Ковалент боғланиш, электронларни улаштириш ва хатто қisman заряд узатиш ҳам ижодкор зарядга таъсир қилиши мумкин. Шундай ҳам бўлса, кўпчилик оддий тузларда ва эритмаларда Al ³⁺ ионлаштириш, панинг ва гидратация энергиялари ўзаро таъсир қилиши натижасида ҳукмронлик қилади.

Шунингдек, энг муҳими ҳисобланадики, alyuminiyning elektron affiniteti musbat, ya'ni u anion hosil qilish uchun elektronlarni osongina qabul qilmaydi. Bu nima uchun aluminiyning elektronlarni yo'qotishi yoki qo'lga kiritish jarayoni deyarli doim kation hosil qilishga olib keladi, anion hosil qilishga emas.

• +3 tuzlarda va eritmalarda alyuminiy uchun eng barqaror ion zaryadidir
• +1 va +2 zaryadlar keng tarqalgan emas, chunki panjara stabilizatsiyasi past
• Kovalent birikmalar zaharli zaryadni o'zgartirishi mumkin, lekin ular istisnolar hisoblanadi

Keyin, siz bu zaryad tushunchalari formulalarni yozishda va birikmalar nomini qo'yishda qanday yordam berishini ko'rasiz, shu bilan birga Al zaryadi faqat nazariy emas, balki kimyo masalalarini yechishda amaliy vosita ekanligini tushunasiz.

Al dan tuzilgan formulalar va nomlar ³⁺

Al bilan formulalar tuzish ³⁺ va keng tarqalgan anionlar

Kimyo muammosi bilan duch kelganingizda, sizdan aluminiy sulfatning formulasi nima deb so'rashlari mumkin. al zaryadi bu sizning birinchi qadamingiz. Alyuminiy +3 kationini hosil qiladi ( alyuminiy kation ), siz har doim bu zaryadni oddiy anionlarning manfiy zaryadi bilan muvozanatlashingiz kerak. Murakkab tuyuladimi? Keling, har safar ishlaydigan aniq yondashuv bilan uni qisqartirishga harakat qilaylik.

• Al (ning toʻlovini aniqlang +3) va aniondagi zaryad (masalan, O ²⁻ , Cl ⁻ , shuning uchun ₄²⁻ , yoʻq ₃⁻ oh, ⁻ ).
• Umumiy ijobiy va manfiy yuklarni muvozanatlash uchun kesishish (kris-kris) usuli yoki eng kam umumiy koʻpaytmani ishlatish.
• Oxirgi formula uchun nisbatni eng oddiy butun sonlarga kamaytiring.

Buning uchun Al ni quyidagi anionlar bilan birlashtiramiz: ³⁺ ko'proq tarqalgan anionlar bilan:

Qanday e'tibor bering alyuminiy ion formulasi (Al ³⁺ ) har bir birikma uchun indekslarni shunday belgilaydiki, umumiy musbat va manfiy zaryadlar bir-birini bekor qiladi. Masalan, AlCl ₃muammaloq umuman olganda neytral, chunki uchta Cl ⁻ ionlar (jami −3) bir Al ³⁺ (+3).

Tuzlar va koordinatsiya birikmalari uchun nomlash qoidasi

Hech qachon o'ylab ko'rdingizmi, “ Alyuminiy ionining nomi nima ?” Juda sodda:uning nomi quyidagicha: alyuminiy uchun ion nomi shunchaki alyuminiy ion al kabi monatomik katyonlar uchun ³⁺ , element nomidan keyin “ion” so'zi qo'shilib ishlatiladi. Birikma nomini berishda ham xuddi shunday qilinadi: avval kation, so'ng anion, oddiy ionlar uchun anion ildiziga “-id” qo'shimchasi (masalan, xlorid, oksid), yoki butun poliatomik ion nomi (masalan, sulfat, nitrat) qo'shiladi.

Koordinatsiya yoki murakkabroq birikmalar uchun ham xuddi shu mantiq qo'llaniladi: dastlab musbat zaryadli ion nomi, keyin esa manfiy qism keltiriladi. Bu yerda esa rim raqamlarini ishlatish shart emas, chunki alyuminiy deyarli doim bitta keng tarqalgan zaryadga (+3) ega bo'ladi.

• AL ³⁺ quyidagicha ataladi alyuminiy ion
• AL ₂O ₃: alyuminiy oksidi
• AlCl ₃: alyuminiy xloridi
• Al(OH) ₃: alyuminiy gidroksidi
• Al(NO ₃)₃: alyuminiy nitрати

Ional muvozanat misollarini ishlash

Tez misol orqali o'tamiz. Al uchun bir birikma formulasini yozish so'ralgan deb tasavvur qiling ³⁺ va SO ₄²⁻ (sulfat):

• AL ³⁺ (+3 zaryad), SO ₄²⁻ (-2 zaryad)
• Zaryadlarning eng past umumiy karralisini toping (6): ikkita Al ³⁺ (jami +6), uchta SO ₄²⁻ (jami -6)
• Formula: Al ₂(SO ₄)₃

Ushbu formulalarni yozish bo'yicha nazorat ro'yxatini olish uchun:

• Har bir ionning zaryadini aniqlang
• Umumiy musbat va manfiy zaryadlarni muvozanatlang
• Nisbatga mos ravishda indekslar bilan formulani yozing
• Yakuniy birikma nomi uchun IUPAC nomlanish qoidalarini qo'llang

Ushbu qoidalar aksariyat ionli birikmalarni qamrab oladi, lekin amaliyotda materiallar yanada murakkab bo'lishi mumkinligini unutmang — masalan, suv molekulalari (gidratlar), polimer strukturalari yoki kovalent xususiyatlar bilan ta'minlangan bo'lishi hamda keyingi bo'limda biz ushbu istisnolar va chegaraviy hollarni ko'rib chiqamiz, shunda klassik qoidalar qayerda egilishini va nima uchun ekanligini tushunishingiz mumkin bo'ladi.

Suvda Alyuminiy ionlari qanday xatti-harakat qiladi

Gexaaqua Al ³⁺ boshlang'ich nuqta sifatida

Siz alyuminiy tuzlari suvga eriganda nima sodir bo'lishini o'ylab ko'rdingizmi? Siz alyuminiy nitrat kabi narsani stakan suvga tashlaganda, u oddiygina chiqarib berishini kutishingiz mumkin bo'lsa ham alyuminiy ionlari (Al ³⁺ ) eritma ichiga. Lekin bu shunchaki shunday oddiy emas. Har bir Al ³⁺ ion bir martada oltita suv molekulasini jalb qiladi va ular bilan bog'lanadi, shu bilan birga tuzilgan kompleksga olib keladi, bu esa gexaaqua alyuminiy(III) , yoki [Al(H ₂O) ₆]³⁺ . Bu faqatgina chiroyli dona emas—bu kompleks shunday holda alyuminiy ion zaryadi suvli eritmada uchratishingiz mumkin.

Shunday qilib, siz savol beringda, alyuminiy atomi qanday qilib ionga aylanadi suvda javob: u Al bo'lib uch elektron yo'qotadi ³⁺ , so'ngra tezda [Al(H bo'lish uchun suv bilan bog'lanadi ₂O) ₆]³⁺ bu keyingi barcha qiziq kimyoning boshlang'ich nuqtasi.

Gidroliz va Al(OH) hosil bo'lishi ₃

Mana bu yerda ishlar qiziqarli tomonini oladi. alyuminiy ion kichik va yuqori zaryadlangan, shu sababli u bog'langan suv molekulalaridagi elektronlarni tortadi, shu bilan birga O–H bog'larini yanada polar qiladi. Bu esa vodorodlarni proton (H sifatida yo'qotishni osonlashtiradi ⁺ ). Natija? Murakkab eritma ichida protonlarni chiqarish orqali kislota sifatida xatti-harakat qiladi — bu jarayon 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 ⁺

Ushbu bosqichlardan o'tishda eritma shiddatli kislotali bo'lib boradi. Agar siz yana ham asos qo'shib ketaversangiz yoki pH neytralga yaqinlashayotgan bo'lsa, oq, jelatinsimon cho'kma hosil bo'layotganini kuzatishingiz mumkin. Bu aluminiy gidroksid dan tasavvur qilganda, Al(OH) ₃, belgisi alyuminiy ionlari suvda neytral pH ga yaqin eritmada.

Ikki tomonlama turli muhitda amfoterizm va aluminat

Lekin oddiy cho'kma bilan hikoya tugamaydi. Alyuminiy(III) bo'ladi amfoter , ya'ni u kislota ham, asos ham sifatida reaksiyaga kirisha oladi. Agar siz ortiqcha asos qo'shsangiz (eritmani mustahkam asosli qilsangiz), Al(OH) ₃yana eriydi, bu safar eriydigan hosil bo'ladi aluminat ionlari (Al (OH) kabi) ₄]⁻ ):

• Al(OH) ₃(s) + OH ⁻ (aq) → [Al(OH) ₄]⁻ (aq)

Bu amfoterik xatti-harakatlar alyuminiy zaryadlangan kimyo. Bu alyuminiy gidroksid pH darajasiga qarab yo'naltirilib, qayta eritilishi mumkinligini anglatadi.

Alyuminiy ((III) amfotorik: Al ((OH) shaklida oqadi ₃pH nisbati neytral bo'lgan joyda va aluminat shaklida kuchli asosda eriydi.

Turli xil pH darajasida qanday turlar paydo boʻladi?

Agar siz laboratoriyaga tayyorgarlik ko'rmoqchi bo'lsangiz yoki uy vazifasini bajarmoqchi bo'lsangiz, pH spektrida nima topishingiz mumkinligi haqida qisqa yo'l ko'rsatuv:

• Kislotali (past pH): [Al(H ₂O) ₆]³⁺ hukmronlik qiladi
• Yaqin noyobt naytral pH: Al(OH) ₃cho'kma sifatida hosil bo'ladi
• Asosiy (yuqori pH): [Al(OH) ₄]⁻ (alyuminat) — asosiy turlar

Ko'rsatilayotgan kislota qo'shish orqali alyuminiy gidroksidni eritish yoki uning qayta paydo bo'lishi uchun asos qo'shish — bu amfoterizmning klassik namoyishi va alyuminiy ionining zaryadi qanday turli muhitlarda.

Nima uchun muhim: Analitik kimyo va suvni tozalash

Bu gidroliz va amfoter xususiyatlar faqatgina kitobdagi tafsilotlardan iborat emas. Analitik kimyoda Al(OH) hosil bo'lishi ₃sinovlarni buzishi yoki keraksiz cho'kma hosil qilishi mumkin. Suvni tozalashda aluminiy tuzlarini tozalash uchun qo'llash amfoter reaktsiyalarga tayanadi. Suvda alyuminiy ionlari bilish orqali siz bu natijalarni bashorat qilishingiz va nazorat qilishingiz mumkin.

Agar sizni yana qiziqtruvchi murakkab savollar, masalan, 10 ta elektronli aluminiy ionlari haqida esangizda: Al ³⁺ ion hosil qilganda u uchta elektron yo'qotadi (shu sababli 10 tagina elektronga ega bo'ladi, bu neonga teng). Bu laboratoriyada kuzatiladigan gidratlangan kimyoviy reaktsiyalarni elektron yo'qotish va solvatatsiya haqidagi chuqur tushunchalarga bog'laydi. alyuminiy atomi qanday qilib ionga aylanadi orqali elektron yo'qotish va eritish jarayonlari.

Kovalent bog'lanish yoki maxsus aluminiy komplekslari kabi bunday istisnolar va chegaraviy hollar klassik qoidalarni qanday o'zgartirishini ko'rishga tayyormisiz? Keyingi bo'limda oddiy ion kimyoning chegaralari yanada kengaytiriladi.

Aluminiy kimyosi qoidani buzganda

Kovalent bog'lanish va polyarlanish effektlari

Kimyoda aluminiyni tasavvur qilganda, ehtimol, siz uni klassik sifatida tasavvur qilasiz aluminiy kationi —Al ³⁺ —manfiy ionlar bilan toza ion kristallarida juftlashgan. Lekin shartlar o'zgarsa yoki sheriklar almashtirilsa nima bo'ladi? Shu yerda narsalar qiziqarli bo'lib ketadi. Ba'zi bir birikmalarda Al ning kichik o'lchami va yuqori zaryadi tufayli u yaqin anionning elektron bulutini kuchli tortadi yoki ³⁺ polyarlaydi , . Bu "aluminiy qutisining polyarlanish" effekti shunchalik kuchliki, ionli va kovalent bog'lanish o'rtasidagi chegaralar noaniq bo'lib ketadi. Fajans qoidalari buni tushintiradi: kichik, yuqori zaryadli kation (masalan, Al ³⁺ ) va katta, oson buziladigan anion (masalan, Cl ⁻ ) kovalent xususiyatga e'tibor qaratadi.

Foydalanamiz alyuminiy xlorid (AlCl ₃)masalan. Siz bunday birikma oddiy ionli birikma bo'lishini kutishingiz mumkin, lekin haqiqatda uning bog'lanishlari chuqur kovalent xarakterga ega, ayniqsa bug' fazasida yoki noqutbli erituvchilarda. Nima uchun? Al ³⁺ ion xlorid ionlaridan elektron zichligini tortadi, orbitallarning qoplanishiga va elektronlarni ulashga olib keladi. Natijada, AlCl ₃klassik ionli panjara sifatida emas, balki oddiy molekula sifatida mavjud. Haqiqatdan ham, gaz fazasida yoki suyuqlantirilganda, AlCl ₃dimer molekulalarni hosil qiladi (Al ₂CL ₆) ulardagi umumiy xlor bog'lar — yana bir ishora sifatida kovalentlik ustunlik qiladi.

• Galogenid dimerlari (masalan, Al ₂CL ₆) gaz fazasida yoki suyuqlantirilganda
• Organalyuminiy reaktivlar (masalan, trialkilalyuminiy birikmalari)
• Yuqori polaryan yoki katta ligandlar bilan komplekslar

Shpritsning yuqori zaryad zichligi uning yaqin atrofidagi anionlarni polaryatsiyalash qobiliyatiga ega ekanligini anglatadi, bu esa oddiy ionli birikmalar kabi ko'rinadiganlarning kovalent xususiyatlarini oshiradi.

Past oksidlanish darajasi: Al(I) va Al(II)

Al ³⁺ yagona o'yin maydonmi? Doim emas. Maxsus tadqiqot sozlamalarida kimyogarlar, masalan, Al(I) va Al(II) kabi past oksidlanish darajasida mavjud bo'lgan birikmalarni izolyatsiya qilishgan. Bu shakllar kundalik tuzlarda yoki sanoat jarayonlarida uchramaydi, lekin ilg'or materiallar va katalizda muhim rol o'ynaydi. Masalan, Al(I) markazlarini o'z ichiga olgan klasterlar va komplekslar sintez qilingan va ularning noodd talqin qilish qobiliyati hamda kuchli kimyoviy bog'lanishlarni faollashtirish qobiliyati o'rganilgan. Bu turdagi moddalar, odatda, ularni oddiygina barqaror Al ³⁺ forma (RSC Advances) .

Shunday qilib, agar sizga havolalar ko'rsatilayotgan bo'lsa al 3 yoki al ion ekzotik kластерлар ёки тадқиқот мақолалари контекстида эслаб қолинг: алюминийнинг кимёси классик +3 катионидан кенгроқ.

Органоалюминий кимёси: Содда ионлардан ортиқ

Органик синтез ва полимер кимёсида алюминийнинг ўрни ҳақида ёмонга келсак, органоалюминий бирикмалар га киришингиз керак. Бу алуминий бевосита углеродга боғланган молекулалар бўлиб, уларда кучли поляризацияланган, лекин асосан ковалент боғли Al–C боғлар мавжуд. Масалан, триалкилалюминий (масалан, Al(C ₂H ₅)₃) ва триарил-алюминий турлари. Бу бирикмалар полеолефинларни олиш учун Циглер–Натта жараёнини ўз ичига олган сифат ошириш катализаторларида ва бошқа молекулаларга алкил гуруҳларини қўшиш учун лаборатория синтезида кенг қўлланади. (Vikipediya) .

Organoalyuminiy kimyosida oddiy al zaryadli ion tushunchasi qo'llanilmaydi. Buning o'rniga, alyuminiy atom kovalent tuzilmaning qismi bo'lib, ko'pincha dinamik bog'lanish va noyob reaktivlikka ega. Ba'zi organoalyuminiy birikmalarda Al–Al bog'lar yoki klaster tuzilmalar ham uchraydi, bu alyuminiyning bog'lanishidagi moslashuvchanlikni "kation zaryadi nima" degan tarixdan tashqari ko'rsatadi.

• Trialkilalyuminiy va trialil-alyuminiy reagentlar (katalizatorlar, alkilirovchi agentlar)
• Gidrid va galoid klasterlar bilan kovalent tuzilmalar
• Past oksidlanish darajadagi alyuminiy klasterlari va komplekslar

Xulosa qilib aytganda, aluminiy kationi AL ³⁺ tuzlar va eritmalarda eng tanish shakl bo'lsa ham, alyuminiy kimyosi istisnolar bilan boy. Siz g'alati bog'lanish sheriklarini, past oksidlanish darajasini yoki organometallik tuzilmalarni uchratganingizda klassik qoidalar egilishiga tayyor bo'ling. Shunday murakkablik alyuminiyni ham tadqiq qilishda, ham sanoatda qiziqarli va ko'p tomonlama foydali element qiladi.

Tushunishingizni sinab ko'rishga tayyormisiz? Keyin, aluminiyning zaryadini bashorat qilishga ishonchli usulni ko'rib chiqamiz va uni amaliyotdagi formulalar va masalalarga qo'llaymiz.

Aluminiyning zaryadini bashorat qilishga ishonchli usul

Oddiy ion zaryadlarini bashorat qilish uchun guruh tendentsiyalaridan foydalanish

Siz davriy jadvalga birinchi marta qaraganda, ion zaryadini bashorat qilish qiyin ko'rinishi mumkin. Lekin agar qisqa yo'l bo'lsa-chi? Bunday usul mavjud—guruh tendentsiyalari! Asosiy guruh elementlari uchun davriy jadvalda atom elektronlarni yo'qotishi yoki olishi hamda uning ion qanday zaryadga ega bo'lishi kerakligini tezda aniqlash mumkin bo'lgan namunalar mavjud. Bu vazifani bajarishda, laboratoriya ishlarini tayyorlashda yoki hatto amaliyotda muammolarni hal etishda foydalidir.

Qanday ishlashini quyidagicha: bir xil guruhdagi (vertikal ustun) elementlar ko'pincha bir xil zaryadli ionlarni hosil qiladi. Chapdagi metallar uchun (1, 2 va 13-guruhlar), tipik ion zaryadi guruh raqamiga mos keladi — 1-guruh +1, 2-guruh +2, 13-guruh (alyuminiyning joylashgan joyi) +3 hosil qiladi. O'ngdagi metallmaslar uchun zaryad odatda manfiy bo'ladi va guruh raqamini 18 dan ayirish orqali bashorat qilinadi.

1. Guruh raqamini toping: Bu atomning nechta valent (tashqi) elektronlarga ega ekanligini ko'rsatadi.
2. Yo'qotish yoki elektronlarni qo'shish kerakligini hal qiling: Metallar nobel gaziga o'tish uchun elektronlarni yo'qotadi va kationlarni (musbat ionlar) hosil qiladi. Metallmaslar valent qobig'ini to'ldirish uchun elektronlarni qo'shadi va anionlarni (manfiy ionlar) hosil qiladi.
3. Eng oddiy yo'lni tanlang: Atomlar eng past energiyali yo'l — imkon qadar kamroq elektronlarni yo'qotish yoki qo'shish orqali barqaror nobel gaziga o'xshash holatga yetib boradi.
4. Taniqli anion bilan tekshiring: Bashorat qilingan kationni keng tarqalgan anion (masalan, O ²⁻ , Cl ⁻ , yoki SO ₄²⁻ ) va formulaning umumiy jihatdan neytral ekanligini tekshiring.

Bu yondashuv asosan asosiy guruh elementlari uchun ishonchli, quyida tavsiflanganidek LibreTexts .

Aluminiyga usulni qo'llash

Keling, ushbu usulni aluminiy bilan sinab ko'ramiz. Siz so'ralayotganini tasavvur qiling, aluminiy ion zaryadi nima ? Buni aniqlash uchun quyidagicha bo'ladi:

• Aluminiy (Al) joylashgan 13-guruh davriy jadvalning.
• Uning uchta valent elektronlar .
• Metal sifatida u elektronlarni yo'qotadi oldingi inert gaz (neon) elektron konfiguratsiyasiga yetib borish uchun.
• Shuningdek, alyuminiy qancha elektron olish yoki yo'qotishini qanday aniqlash mumkin ? U uchta elektronini yo'qotadi .
• Bu quyidagini hosil qiladi +3 kation : Al ³⁺ .

Quyidagi savolga javob al zaryadi nima ko'p birikmalarda +3 ga teng. Shu sababli Al ³⁺ alCl ₂O ₃alCl ₃al ₂(SO ₄)₃formulalar bilan tanishing. Xuddi shu mantiq boshqa asosiy guruh metallari uchun ham o'rinli, lekin +3 zaryad ayniqsa 13-guruh elementlariga, xususan, aluminiyga xosdir.

13-guruh metallari uchun ionli birikmalarda +3 li kation hosil bo'lishini bashorat qiling; oddiy tuzlarning zaryadlarini muvozanatlash bilan tekshiring.

Formulaning neytralligini tekshirish

Bashoratingiz to'g'ri ekanligini qanday bilasiz? Tez orada zaryadlarni muvozanatlab tekshiraylik. Faraz qiling, siz aluminiy va xlorid (Cl ⁻ ):

• AL ³⁺ cl bilan juftlashadi ⁻ zaryadlarni muvozanatlash uchun uchta Cl kerak ⁻ har bir Al uchun ³⁺ (jami +3 va −3).
• Formula shunday: AlCl ₃.

Boshqa variantni sinab ko'ring: alyuminiy va sulfat (SO ₄²⁻ ):

• AL ³⁺ (+3) va SO ₄²⁻ (−2). Eng kichik umumiy karrali 6 ga teng: ikkita Al ³⁺ (+6) va uchta SO ₄²⁻ (−6).
• Formula shunday: AL ₂(SO ₄)₃.

Agar siz hech qachon tashvishlanayotgan bo'lsangizki, alyuminiy hosil qilgan ionning zaryadi qanday? , faqat guruh tendentsiyasidan foydalaning va neytrallik uchun formulani tekshiring. Bu sizga zaryadni bashorat qilishga yordam beradi va kimyoviy formulalarning har doim to'g'ri ekanligini kafolatlaydi.

• Guruh raqami ehtimoliy ion zaryadini ko'rsatadi (Al uchun: 13-guruh → +3)
• Metallar elektronlarni yo'qotadi, metallmaslar esa nobel gaz konfiguratsiyasiga erishish uchun elektronlarni qabul qiladi
• Formulalarning umumiy naytralligini doim tekshiring

Boshqa elementlar bilan ham ushbu usulni mashq qiling va tez orada alyuminiy ionining qanday zaryadga ega bo'lishini bashorat qilishingiz mumkin bo'ladi —yoki boshqa bosh guruh ionlari— har bir holatni yodlab qo'ymasdan ham.

Endi siz zaryadlarni bashorat qilish uchun ishonchli strategiyaga egasiz, keling, ushbu tushunchaning keyingi bo'limda haqiqiy dunyo dasturlari va sanoat ehtiyojlari bilan qanday bog'liq ekanligini ko'raylik.

Alyuminiyni zaryad qanday shakllantirishini amaliy yechimlarda qo'llash

Al tushunchasi qayerda qo'llaniladi ³⁺ sanoatdagi masalalar

Agar siz ishlab chiqarish, qurilish yoki avtomobil dizayni sohasiga kirib borsangiz, shuni sezgan bo'lasizki, al zaryadi bular faqatgina darslikdagi tushuncha emas—bu juda ko'p texnologiyalar uchun amaliy asos bo'lib xizmat qiladi. Nima uchun? Chunki alyuminiy uchun zaryad qancha asosan kimyoviy reaktsiyalar va jarayonlar ro'y beradigan sirtida muhit bilan qanday o'zaro ta'sir qilishini belgilaydi. Konstruktsiya qilish uchun qotishmalarni belgilash yoki korroziyaga chidamli qoplamalarni tanlashda, alyuminiyni zaryadi qanday ishlatilishini bilish sizga natijani bashorat qilish, nazorat qilish va unumdallikni oshirish imkonini beradi.

Korroziyaga, anodlanishga va profilaktikaga oid loyihalash eslatmalari

Aytaylik, siz avtomobil komponenti yoki arxitektura ramkasi uchun materiallarni tanlash javobgarligini o'z zimmasiga olgansiz. Sizga quyidagilarni bilish kerak bo'ladi: alyuminiyni zaryadi doimiymi ? Deyarli barcha sanoat sohalarida aluminiyning +3 zaryadi bashorat qilish mumkin va uning xatti-harakatlarida muhim rol o'ynaydi. Amalda bu qanday namoyon bo'ladi:

• Anodlangan qoplamalar: +3 zaryadli Al anodlanish jarayonida chidamli oksid qatlamining hosil bo'lishiga olib keladi, bu metallni korroziyadan himoya qiladi va bo'yoqlash yoki sig'imi uchun imkon yaratadi.
• Yopishtiruvchi birikma tayyorgarligi: Aluminiy zaryad holatini o'zgartiruvchi sirt qavatlari bo'yoqlar, yopishtiruvchi moddalar yoki laminatlar uchun reaktiv joylarni oksidli plenka yuzasida hosil qilish orqali yopishtirishni yaxshilaydi.
• Elektrolit muhitlari: Batareyalar, elektrolizatorlar yoki sovutish tizimlarida bilish aluminiyning elektr zaryadi nima al korroziyaga uchrashi, erishi yoki cho'kib qolishini bashorat qilishda yordam beradi — bu esa xavfsizlik va muddatli foydalanish uchun muhimdir ( Aluminiy assotsiatsiyasi ).
• Ekstruziya dizayni: Al ning zaryadi qotishma tanlash, sirtning passivatsiyasi va birlashtirish hamda ishlash jarayonlari bilan mos kelishini, shu jumladan, surilish mustahkamligidan tozalash sifatigacha bo'lgan narsalarga ta'sir qiladi.

Barcha ushbu hollarda Alyuminiyning elektronlarni olish yoki yo'qotish — deyarli doim uchtasini yo'qotib, Al hosil qiladi — ³⁺ — ishonchli, takrorlanuvchi natijalarga olib keladi. FTIR yoki XRF kabi usullardan foydalanib sirt kimyoviy tahlili alyuminiyning zaryadini va uning oksidlanish darajasini nazorat qilish sanoat standartlarini qondirish va mahsulotning chidamliligini ta'minlash uchun muhim ekanligini tasdiqlaydi.

Avtomobillar uchun ekstruziya yechimlarining ishonchli manbai

Demak, agar siz avtomobillar, kosmik kemalar yoki aniq ishlab chiqarish sohasida ishlamoqchi bo'lsangiz, qotishmalar, dorilar va manbalarni tanlash bo'yicha mutaxassislardan qayerga murojaat qilishingiz kerak? Mahsulot sifati hamda ishlab chiqarish jarayonining samaradorligiga alyuminiyning elektr zaryadi ta'sir qilishini tushunuvchi ishonchli sherik izlayotgan mutaxassislarga, Shaoyi metall qismlar yetkazib beruvchisi ajralib turadi. Xitoydagi avtomobillarning aniq metall qismlarini birlashtirgan yechimlar yetkazib beruvchisi sifatida Shaoyi talab qilinadigan avtomobil standartlariga javob beradigan maxsus aluminiy qotishmalar ishlab chiqarishga ixtisoslashgan. Ular yuqori sifatli tizimlarni ilg'or texnik bilimlar bilan birlashtirish orqali har bir qotishmaning boshlang'ich materialdan yakuniy mahsulotgacha talablarga javob berishini ta'minlaydi.

Aluminiy zaryadining xususiyatlarini materiallarning xossalariga va sirtlarni ishlanishiga moslashtirishda Shaoyi tajribasining qanday yordam berishini bilish uchun quyidagi manba sahifasini ko'ring: aluminiy ekstruziya qismlari bu manba muhandislarning hamda sotib olovchilarning qismlari mexanik hamda o'lchov talablarga javob berishigina emas, balki shu zaryadning kimyoviy tuzilishi muhim bo'lgan real sharoitlarda ishonchli ishlashini ta'minlashi kerak bo'lganlar uchun ayniqsa qimmatli.

• Anodlangan yuzalarni optimallashtiring va korroziyaga chidamlilikni oshiring
• Yopishtiruvchi bilan biriktirishni hamda sirtlarni tayyorlashni yaxshilang
• Qattiq muhitlarda elektrokimyoviy xatti-harakatlarni bashorat qilish va nazorat qilish
• Mukammal qotishma va uning chiqarish jarayonini tanlang, mustahkamlik va chidamlilikni ta'minlang

Tushunish aluminiyning zaryadi qanday faqatgina nazariy masala emas—bu har bir sohada aluminiydan foydalanishni hisobga olgan holda, aqlli materiallardan foydalanish, yaxshiroq mahsulot loyihalash va uzoq muddatli ishonchlilik asosini tashkil qiladi. Bu bilimlarni amalda qo'llashga tayyor bo'lganlar uchun Shaoi kabi manbalar sotib olish, muhandislik va innovatsiyalarni amalga oshirish uchun ishonchli nuqtai boshlanish sifatida xizmat qiladi.

Aluminiy (Al) zaryadi haqida ko'pincha beriladigan savollar

1. Aluminiy ionining zaryadi qanday va u qanday hosil bo'ladi?

Aluminiy ionlari odatda +3 zaryadga ega bo'ladi, ya'ni Al3+ sifatida yoziladi. Bu nolli aluminiy atomi uchta valent elektronlarini yo'qotganda sodir bo'ladi, natijada neonga o'xshash barqaror elektron konfiguratsiyasi hosil bo'ladi. Bu jarayon Davriy jadvalning 13-guruhida joylashgan atomning o'rniga qarab sodir bo'ladi, bunda uchta elektronni yo'qotish energiya jihatdan afzaldir.

2. Nima uchun aluminiy boshqa sonlardagi elektronlarni yo'qotish yoki qo'shish o'rniga uchta elektronni yo'qotishni afzal ko'radi?

Aluminiy uch elektronini yo'qotishni afzal ko'radi, chunki bu unga barqaror gaz elektron konfiguratsiyasini qo'lga kiritish imkonini beradi. Al3+ ning anionlar bilan mustahkam ion panjalari hosil qilishda ajralib chiquvchi energiya uchta elektronni olib tashlash uchun talab qilinadigan energiyadan ortiq bo'ladi, shu sababli ham +3 holat birikmalarda eng barqaror va tarqoq bo'ladi.

3. Al ning zaryadi aluminiy birikmalarining formulalari va nomlariga qanday ta'sir qiladi?

+3 zaryadli Al anionlar bilan qanday birlashishini belgilaydi. Masalan, Al3+ ni oksid (O2-) bilan juftlashtirish uchun har bir uchta O2- ion uchun ikkita Al3+ ion kerak bo'ladi, natijada Al2O3 hosil bo'ladi. Nomlanish esa standart qoidaga muvofiq amalga oshiriladi, dastlab kation (aluminiy ion) nomi, so'ng anion nomi keltiriladi.

4. Suvda aluminiy ionlariga nima bo'ladi va amfoterizm nima?

Suvda Al3+ olti suvli kompleks hosil qiladi, [Al(H2O)6]3+, bu neytral pH yaqinida gidrolizga uchrab Al(OH)3 hosil qiladi. Alyuminiy gidroksid amfoterdir, ya'ni u kislotalar va asoslarda ham eriydi va pH ga qarab turli xil moddalarni hosil qiladi.

5. Alyuminiy zaryadini bilish avtomobilda va sanoatda qanday foyda beradi?

Alyuminiy +3 ion hosil qilishini bilish anodlanish, korroziyaga qarshi himoya va qotishmalarni tanlash kabi jarayonlarda uning xatti-harakatini bashorat qilish uchun muhimdir. Shaoji Mettal Qismlari kabi ishonchli yetkazib beruvchilar avtomobil alyuminiy profilini ishlab chiqarishda to'g'ri zaryad holati va material sifatini ta'minlab, ishonchli komponent ishlashini qo'llab-quvvatlaydi.