KIRISH Umumiy xarakteristika

III gruppadagi asosiy gruppacha elementlarning oksidlanish darajasi asosan +3 ga teng. Faqat talliyning oksidlanish darajasi +1 va +3 bo‘la oladi. Davriy sistemaning birinchi gruppadan uchinchi gruppasiga o‘tgan sari gidroksidlarning asosli xossalari susayib boradi. LiOH – kuchli asos, Be (OH)₂ – amfoter birikma, B (OH)₃ esa kislotali xossalar namoyon qiladi.

Al³ + dan Tl³ + ga o’tgan sayin ion radiuslar kattalashadi$ shu sababli Al (OH)₃ – Ga (OH)₃ – In(OH)₃ – Tl (OH)₃ qatorida chapdan o’ngga o’tgan sayin gidroksidlarning asosli xossalari kuchayib boradi. Lekin bu xossaning kuchayishi nihoyatda sustlik bilan sodir bo’ladi$ chunonchi; Al(OH)₃ – amfoter modda, Ga(OH)₃ ham amfoter, In (OH)₃ da ozgina asosli xossa namoyon bo’ladi, lekin baribir u ham amfoter modda$ Tl(OH)₃ da amfoterlik xossa nihoyatda kuchsiz ifodalangan.

III gruppadagi asosiy gruppacha elementlarning bunday xossalarga ega bo’lishi ularning atom va ionlari tuzilishiga bog’liq, B,Al, Ga, In, Tl atomlarining sirtqi qavat tuzilishi bir- birinikiga o’xshaydi; hammasida ham s²p –elektronlar bor. B³+ , Al³ + ionlarining tuzilishi inert gaz atomlariga o’xshaydi. Bu ikkala ionning sirtqi qavatida sakkiztadan elektron bor; lekin Ga³+ , In³ + va Tl³ + ionlarining sirtqi qavatida 18 tadan elektron bor; bu 18 elektronning 10 tasi d- elektron, 6 tasi p-elektron va ikkitasi s- elektronlardir.

Shuning uchun ion radiuslarning kattalashuvi Al³ + dan keyin juda ham sustlashadi; Э (OH)₃ larda asosli xossalarningsust o’sib borishiga sabab ham ana shunda.

Davriy sestemaning uchinchi asosiy gruppachasiga keng tarqalgan bor B, alyuminiy Al, birmuncha kam tarqalgan galliy Ga, indiy Jn, va talliy Tl elementlar kiradi. Bu elementlarning tashqi elektron qavatlarida s² · p¹ elektronlari mavjud. Shuning uchun bu elementlar o’zlarining tashqi elektron qavatlaridagi uchta elektronni yo’qotib, +3 oksidlanish darajasini namoyon qila oladi. Faqat talliy +3, +1 oksidlanish darajasini namoyon qila oladi. Buning sababi elementlarning anom radiuslari B-Al-Ga-Jn-Ta- qatori bo’ylab ortib borishidir. Atom radiusi ortgan sari s- elektronlar bilan p- elektronlar orasida energetik ayirma kuchaya boradi/ shuning uchun talliyning p-elektroni birinchi navbatda valent elektronga aylanib ketadi.

Uchinchi gruppa asosiy gruppacha elementlarining oksid va gidroksidlarining asos xossalari Al (OH)₃ - Ga(OH)₃ - Jn (OH)₃ - Tl(OH)₃ qatorida kuchayib, kislotali xossalari kuchsizlanib boradi. Chunki Al⁺³ dan Tl ⁺³ ga o’tgan sayin ion radiuslari kattalashib boradi.

Talliyning NlOH tarkibli gidroksida kuchli asos xossasini namoyon qiladi. Chunki Tl⁺ ioni katta radius va kichik zaryadga ega.

Bu yerda ham xuddi II gruppadagi “diagonal” o’xshashlik nomoyon bo’ladi: Al(OH)₃ ning xossalari Be(OH)₂ nikiga o’xshaylik; undan tashqari B bilan Si orasida ham dioganal o’xshashlik bor.

Yana shuni aytib o’tish kerakki, uchinchi gruppaning asosiy gruppacha elementlari ichida talliy alohida vaziyatni egallaydi: Uning TlOH tarkibli gidroksidi kuchli asos. Bu yerda talliyning oksidlanish darajasi +1 ga teng bo’lishining sababi shundaki, atom radiusi ortgan sari s- elektronlar bilan p-elektronlar orasida energetikaviy ayirma kuchaya boradi. Shunga ko’ra, Tl ning p-elektroni birinchi navbatda valent elektronga aylanib ketadi. (Bu hol VI davrning bhoshqa elementlarida ham ro’y beradi). Ammo indiyda ham galliyda ham bu xodisa sodir bo’lmaydi. Shuning uchun Ga+ ioni kuchli qaytaruvchi bo’lgani holda, Tl³⁺ioni kuchli oksidlovchidir. TlOH tarkibli gidroksidning kuchli asos bo’lishining sababi esa Tl+ ionining katta radiusli va kichik zaryadli ekanligidan kelib chiqadi.

III gruppadagi qo’shimcha gruppacha elementlarining (skandiy, itriy, lantan, aktiniylarning) oksidlanish darajalari ham +3 ga teng; ularning gidroksidlari ham Э (OH)₃ formulasiga ega.

Skandiy, ittriy, lantan va aktiniy atomlarining tuzilishi B va Al atomlarining tuzilishiga o’xshamaydi, lekin B³+, Al³+, Sc³+ Y³+, La³+ va Ac³+ ionlarining sirtqi qavat tuzilishi bir-birinikiga o’xshaydi; bu ionlarining sirtqi qavat tuzilishi inert gaz atomlarining sirtqi qavat tuzilishiga o’xshaydi: hammasining sirtqi qavatida ham 8 tadan ( faqat B³+ da ikkita) elektron bo’ladi. Shuning uchun ham B(OH)₃ – Al(OH)₃ – Sc(OH)₃ – La(OH₃) – Ac(OH)₃ qatorida chapdan o’ngga o’tgan sayin asosli xossalar nezda kuchayib boradi. Sc(OH)₃ kuchsiz asos bo’lgani holda La(OH)₃ kuchli asosdir. La³+ va Ac³+ ionlarining radiuslari katta bo’lganligi sababli, ularning gidroksidlarida Э- O bog’lanishi kuchsizdir: shuning uchun ham bu asoslar o’zlarining kuchi jihatidan II gruppaning asosiy gruppachasi elementlari gidroksidlariga yaqin turadi.

Alyuminiy. Tartib nomeri 13, atom ag’irligi 26,9815. Barqaror izotopining massa soni 27 (u, tabiiy alyuminiyning 100% ini tashkil etadi). Elektron konfiguratsiyasi KL3s²3p¹.

Alyuminiyli achchiq tosh qadim zamonlardan bizga ma’lum; lekin metall holidagi alyumiyni dastlab Erstedt va Vyoler 1821-1827 yillarda olishga muvaffaq bo’ldilar. Alyuminiy so’zi “achchiq tosh” ning latincha nomidan kelib chiqqan.

Alyuminiy tabiatda tarqalganligi jihatidan barcha metallar ichida birinchi, umuman barcha elementlar ichida esa uchinchi o’rinni egallaydi. U yer po’stlog’ining 8,8 % ni tashkil qiladi. Uning 250 dan ortiq tabiiy minerali ma’lum; ularning 100 tasidan ko’pi alyuminiyli silikatlardir. Alyuminiyning muhim minerallari: 1.Dala shpati (ortoklaz) K[Al Si₃O₈] , buni soddalashtirish maqsadida quyidagicha yoziladi: K₂O · Al₂O₃ ·6SiO₂.

Alyuminiy. Aliyuminiyning tashqi elektron qavatida s²- p¹ elektronlar mavjud. Alyuminiy atomining tashqi qavatidan oldingi qavatida bo’sh d- orbitallar bo’lgani uchun ko’pgina xossalari bilan bordan farq qiladi. Bundan tashqari, alyuminiy atomi sp³ d² va sp³ gibridlangan holatda bo’la oladi. Shuning uchun alyuminiy kation, anion, kompleks birikmalar hosil qiladi. Alyuminiyning oksidlanish darajasi +3 ga, koordinatsion sonlari esa 4 va 6 ga teng.

Tabiatda uchrashi. Alyuminiy tabiatda asosan alyumosilikatlar, ortoklaz K₂ · Al₂O₃ ·6SiO₂ albit Na₂O ·Al₂O₃ ·6SiO₂ anorit CaO·Al₂O₃ ·6SiO₂ kaolinit Al₂O₃·2SiO₂ ·2H₂O menerallari holida uchraydi. Bulardan tashqari, alyuminiy boksit Al₂O₃ · nH₂O, kriolit Na₂AlF₆ lar holida keng tarqalgan.

Olinishi. Alyuminiyni birinchi bo’lib Erstedt va Vyoler alyuminiy xloridni metalli bilan qaytarib olishgan. Keyinchalik Devil alyuminiy qo’shaloq tuzlarini AlCl₃ ∙ NaCl natriy metalli bilan qaytarib, toza alyuminiy olishga erishgan. Alyuminiy olishning sanoatda elektroliz usuli kashf etilgandan so’ng uni P.T. Fedotov nazariyasi asosida olish odat bo’ldi. Bu usul termik ishlov berilgan boksitni suyuqlantirib, grafitdan yasalgan elektrodlar yordamida elektroliz qilishga asoslangan. Bunda boksitning suyuqlanish temperaturasini pasaytirish maqsadida ftorid (CaF₂, MgF₂ , AlF₃) lar qo’shiladi. Bunda elektroliz jarayoni quyidagicha boradi:

Katodda alyuminiy qaytariladi, anodda esa kislorod oksidlanadi:

Katodda 2Al⁺³ + 6ĕ → 2Al⁰

Anodda 2O^-2 - 4ĕ → O₂

Xossalari. Alyuminiy – oqish kumushrang, yaltiroq, yengil, plastic, elektrni va issiqlikni yaxshi o’tkazadigan, kuchsiz paramagnet xossasiga ega bo’lgan amfoter metal. Kukun holidagi alyuminiy havoda qizdirilganda oksidlanadi va Al₂O₃ hosil bo’ladi:

4Al +3O₂ → 2Al₂O₃ +Q

U amfoter xossasiga ega bo’lgani uchun kislotalar, ishqorlar bhilan reaksiyaga kirishadi:

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂

Alyuminiy yuqori temperaturada d- oilasi elementlari bilan issiqlikka chidamli qotishmalar, qizdirilganda galogenlar bilan birikib AlF₃ tarkibli galogenidlar xosil qiladi ( Г= F₂, Cl₂, J₂ va hokazo). Alyuminiyning bu galogenidlari yaxshi gidrolizga uchraydi va ishqoriy metallarning gidridlari bilan birikib kompleks birikmalar hosil qiladi: AlCl₃ + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3HCl

AlCl₃ + 4LiH → Li[AlH₄] + 3LiCl

Alyuminiy to’g’ridan –to’g’ri vodorod bilan birikmaydi. Uning vodorodli birikmalari bilvosita usul bilan hosil qilinadi. LiH ko’proq miqdorda olinsa AlCl₃ bilan realsiyaga kirishib litiy almogidrid hosil qiladi:

3Li [AlH₄] + AlCl₃ → 4AlH₃ + 3LiCl

AlH₃ – alyuminiy gidrid termik beqaror birikma, ishqoriy metall gidridlari bilan kompleks birikmalar hosil qiladi.

NaH + AlH₃ = Na[AlH₄]

2NaH + Na[AlH₄] = Na₃[AlH₆]

3BH₃ + AlH₃ = Al[BH₃]₃

Alyuminiy qizdirilganda azot bilan birikib AlN alyuminiy nitrid, oltingugurt bilan birikib Al₂S₃ alyuminiy sulfid, uglerod bilan birikib Al₄C₃ alyuminiy karbid hosil qiladi. Alyuminiyning deyarli barcha tuzlari kristallogidratlardir. Shuning uchun tarkibiga bir nechta suv molekulalarini biriktirib oladi:

AlCl₃ · 6H₂O; Al₂(SO₄)₃ ∙ 18H₂O; Al(NO₃)₃ ·9H₂O

Alyuminiyning bubirikmalari ko’pgina tuzlar bilan qo’shaloq tuz achchiqtosh hosil qiladi. Alyuminiyning sanoatda eng ko’p ishlatiladigan birikmalari Al₂O₃ va Al(OH)₃ dir.

Alyuminiyning olinishi. Erstedt va Vyoler alyuminiy xloridga metall holidagi kaliy ta’sir ettirib alyuminiy olganlar:

AlCl₃ + 3 K → Al + 3KCl

Hozirgi vaqtda alyuminiy olish uchun 1886- yilda Geru va Holl topgan elektroliz usulidan foydalaniladi. Bu metod nazariyasi P. T. Fedotev tomonidan takliof etilgan. Bunda xom ashyo sifatida biksit (Al₂O₃ · nH₂O) dan foydalaniladi. Avval biksitdan alyuminiy oksid olinadi, so’ngra alyuminiy aksidning suyuqlantirilgan kriolindagi eritmasi elektroliz qilinadi. Suyuq aralashmada 6-8 % Al₂O₃, 92- 94 % Na₃AlF₆ bo’ladi. Suyuqlangandan foydalanishning sababi, shundaki, Al₂O₃ bilan Na₃AlF 962⁰ da suyuqlanadigan evtektik qotishma hosil qiladi; bu evtektik qotishma tarkibida 10 % Al₂O₃ bo’ladi. Shu sababli elektrolizni pastroq temperaturada olib borish mumkin. Elektrolitning suyuqlanish temparaturasini yanada pasaytirish maqsadida unga turli ftoridlar (CaF₂, MgF₂ yoki AlF₃ ) qo’shiladi. Elektroliz protsessi 900⁰ atrofida olib boriladi. Anod sifatida grafit tayoqchalar va katod sifatida esa precclangan ko’mir yoki grafit ishlatiladi. Suyuq aralashmadagi alyuminiy oksid Al³+ va O^2- ionlariga parchalanadi:

Tok berilganida Al³ + ionlari katodda zaryadsizlanadi:

2Al²⁺ + 6e → 2 Al,

O^2—ionlari esa anodda zaryadsizlanadi:

3o²- →1¹ / ₂O₂ + 6e

Anodda ajralgan kislorod ko’mir bilan reaksiyaga kirishib CO va CO₂ hosil qiladi.

Elektrolizyor tubiga suyuq homaki alyuminiy yig’iladi. So’ngra u elektrolitik usulda tozalanadi: homaki alyuminiydan anod o’rnida, toza alyuminiydan esa katod sifatida foydalanib, tarkibida 99,99% Al bo’lgan toza mahsulot olinadi.

Alyuminiyning xossalari. Alyuminiy – kumush kabi oq yengil (d= 2,7 g/sm³) metal. Yoqlari markazlashgan kub panjarada kristallanadi (a= 4,0494⁰A); 658,6⁰C da suyuqlanadi, 2447 ⁰C da qaynaydi; atom radiusi 1,43Ǻ, ion radiusi R_Al3+ = 0,57A; alyuminiyning ionlanish potensiali: I₁ = 5,984 ev ( Al → Al+), I₂ = 18,82 ev (Al+ → Al²+) va I₃ = 28,44 ev (Al²+ → Al³+) qiymatlarga ega. Uning issiq o’tkazuvchanligi misning issiq o’tkazuvchanligining qariyib 50% ini, elektr o’tkazuvchanligi misning elektr o’tkazuvchanligining 65% ini tashkil qiladi. Alyuminiy kuchsiz paramagnitlik namoyon qiladi. U nihoyatda plastic modda, sovuqda ham. Issiqda ham alyuminiyga mexanik ishlov berish qulay. Undan yupqa varaqa va ingichka simlar tayyorlash mumkin.

Alyuminiy ximiyaviy jihatdan juda aktiv metal; uning normal elektrod potensialki E⁰= - 1,67 v.

Alyuminiyning kislorod bilan birikish qobilyati nihoyatda kuchli bo’lganligi sababli uning uzluksiz zich parda bilan qoplanadi; bu parda metallga juda mahkam yopishgan bo’lib, alyuminiyni havoda, suv ta’sirida qizdirganda yemirilishdan saqlaydi.

Kukun holidagi alyuminiy havoda qizdirilganda yonadi:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃ + 798 kkal.

Himoya pardasi ko’chirilgan alyuminiy suvdan vodorod ajratib chiqaradi. Alyuminiy, deyarli barcha kislotalar bilan reaksiyaga kirishadi; konsentrlangan sovuq nitrat kislotada passivlanadi.

Alyuminiy ishqorlarda erib alyuminatlarga aylanadi: bunda reaksiya natijasida vodorod ajralib chiqadi.

2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] +3H₂

Kislotalarda eriganda ham vodorod ajralib chiqadi:

2Al +6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂

Alyuminiy odatdagi temparaturada galogenlar bilan birikib alyuminiy galogenlarni hosil qiladi. Masalan, alyuminiy kukunining yod bilan aralashmasiga bir tomchi suv ( bu yerda suv katolizatorlik vazifasini bajaradi) qo’shilganda issiqlik va yorug’lik chiqadigan quyidagi reaksiya sodir bo’ladi.

2Al + 3J₂ →2AlJ₃

Alyuminiy 800⁰C da azot bilan birikib alyuminiy nitrid AlN, 1000⁰C da oltingugurt bilan Al₂S₃, 2000⁰ C da ko’mir bilan alyuminiy karbid Al₄C₃ hosil qiladi.

Alyuminiy vodorod bilan bevosita birikmaydi, lekin yuqori temperaturada vodorodni eritadi, masalan, 1000⁰C da 1 sm³ alyuminiy 0,2 sm³ vodorodni eritadi.

Alyuminiy terimetil Al(CH₃)₃ bilan vodorod aralashmasidan elektr razryad o’tkazib alyuminiy gidrid (AlH₃)_x olish mumkin, alyuminiy gidrid oq tusli amorf modda, 105⁰C da parchalanadi. Ishqoriy metallarning alyuminiyli gidridlari, masalan, litiy- alyuminiy gidrid Li[AlH₄] katta ahamiyatga ega moddadir. Li[AlH₄] hosil qilish uchun litiy gidrid va alyuminiy xloridining efirdagi eritmalari quyidagicha o’zaro reaksiyaga kiritiladi:

4LiH + AlCl₃ → Li[AlH₄] + 3LiCl

Li[AlH₄] – efirda eriydigan, quruq havoda barqaror, 150⁰C bilan 150⁰C orasida parchalanadigan kristall modda. U qaytaruvchi sifatida ishlatiladi. Uning efirdagi eritmasiga alyuminiy xlorid ta’sir ettirib alyuminiy gidrid olish mumkin:

4Li[AlH₄] + AlCl₃ → 4AlH₃ + 3LiCl