એલ્યુમિનિયમ (Al) ના રાસાયણિક ગુણધર્મો અને પ્રતિક્રિયાઓ

રાસાયણિક ગુણધર્મોનો ખ્યાલ

એલ્યુમિનિયમ (Al) એ ચાંદી-સફેદ, હલકી ધાતુ છે જે સમૂહ 13 ની છે. તેના રાસાયણિક ગુણધર્મો તેની પ્રતિક્રિયાશીલતા શ્રેણીમાં તેની સ્થિતિ અને તેના ઉભયધર્મી સ્વભાવથી મોટાભાગે પ્રભાવિત થાય છે.

પ્રતિક્રિયાશીલતા શ્રેણીમાં સ્થાન

• એલ્યુમિનિયમ એક સક્રિય ધાતુ છે, જે પ્રતિક્રિયાશીલતા શ્રેણીમાં હાઇડ્રોજનથી ઉપર સ્થાન ધરાવે છે.
• તેની ઊંચી પ્રતિક્રિયાશીલતા ઘણીવાર તેની સપાટી પર અત્યંત સ્થિર, સખત અને અભેદ્ય રક્ષણાત્મક ઓક્સાઇડ સ્તરના નિર્માણ દ્વારા છુપાયેલી હોય છે.

વિદ્યુતઋણતા

• એલ્યુમિનિયમમાં પ્રમાણમાં ઓછી વિદ્યુતઋણતા (પૉલિંગ સ્કેલ: ~1.61) હોય છે, જે તેના ધાત્વિક લક્ષણ અને Al³⁺ આયનો બનાવવા માટે ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવવાની વૃત્તિ દર્શાવે છે.

સામાન્ય પ્રતિક્રિયાશીલતા

• અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ, પરંતુ ઓક્સાઇડ સ્તર દ્વારા નિષ્ક્રિય બને છે.
• ઉભયધર્મી: મજબૂત એસિડ અને મજબૂત બેઇઝ બંને સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે.
• મજબૂત રિડ્યુસિંગ એજન્ટ, ખાસ કરીને જ્યારે સૂક્ષ્મ રીતે વિભાજિત સ્વરૂપમાં અથવા ઊંચા તાપમાને હોય.

હવા અને ઓક્સિજનની ક્રિયા

એલ્યુમિનિયમ હવા અને ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ (Al₂O₃) બનાવે છે.

શુષ્ક હવા સાથે પ્રતિક્રિયા

• ઓરડાના તાપમાને, એલ્યુમિનિયમની સપાટી પર એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ (Al₂O₃) નું પાતળું, કોમ્પેક્ટ અને અત્યંત રક્ષણાત્મક સ્તર બને છે. આ સ્તર વધુ ઓક્સિડેશનને અટકાવે છે, જેનાથી એલ્યુમિનિયમ કાટ પ્રતિકારક બને છે.

ભેજવાળી હવા સાથે પ્રતિક્રિયા

• શુષ્ક હવા જેવું જ, હાઇડ્રેટેડ ઓક્સાઇડ સ્તર બને છે, જે કાટ પ્રતિકાર પૂરો પાડે છે.

શુદ્ધ ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા

• સૂક્ષ્મ રીતે વિભાજિત એલ્યુમિનિયમ અથવા ઊંચા તાપમાને ગરમ કરાયેલ (પ્રજ્વલિત) એલ્યુમિનિયમ શુદ્ધ ઓક્સિજનમાં જોરદાર રીતે બળે છે.

સંતુલિત રાસાયણિક સમીકરણ:

$$
4\text{Al(s)} + 3\text{O}_2\text{(g)} \xrightarrow{\text{Heat}} 2\text{Al}_2\text{O}_3\text{(s)}
$$

પાણી અને વરાળની ક્રિયા

પાણી સાથે એલ્યુમિનિયમની પ્રતિક્રિયા પણ તેના રક્ષણાત્મક ઓક્સાઇડ સ્તરથી પ્રભાવિત થાય છે.

ઠંડા પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા

• નિષ્ક્રિય ઓક્સાઇડ સ્તરને કારણે ઓરડાના તાપમાને ઠંડા પાણી સાથે કોઈ પ્રતિક્રિયા થતી નથી.

ઉકળતા પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા

• ઉકળતા પાણી સાથે ખૂબ ધીમી પ્રતિક્રિયા થઈ શકે છે, જે હાઇડ્રેટેડ એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ બનાવે છે. આ પ્રતિક્રિયા સામાન્ય રીતે રક્ષણાત્મક સ્તરને કારણે નજીવી હોય છે.

વરાળ સાથે પ્રતિક્રિયા

• જ્યારે રક્ષણાત્મક ઓક્સાઇડ સ્તર દૂર કરવામાં આવે છે (દા.ત., પારો સાથેના સંલગ્નન દ્વારા), અથવા જ્યારે સૂક્ષ્મ રીતે વિભાજિત એલ્યુમિનિયમને વરાળમાં લાલ ગરમી સુધી ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે પ્રતિક્રિયા કરીને એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ અને હાઇડ્રોજન વાયુ ઉત્પન્ન કરે છે.

સંતુલિત રાસાયણિક સમીકરણ:

$$
2\text{Al(s)} + 3\text{H}_2\text{O(g)} \xrightarrow{\text{Red Heat}} \text{Al}_2\text{O}_3\text{(s)} + 3\text{H}_2\text{(g)}
$$

એસિડ અને બેઇઝની ક્રિયા

એલ્યુમિનિયમ ઉભયધર્મી વર્તન દર્શાવે છે, જે એસિડ અને મજબૂત બેઇઝ બંને સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે.

એસિડની ક્રિયા

1. મંદ બિન-ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ (દા.ત., HCl, H₂SO₄)

• એલ્યુમિનિયમ મંદ બિન-ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ (જો તેનું ઓક્સાઇડ સ્તર દૂર કરવામાં આવે અથવા નુકસાન થાય) સાથે સરળતાથી પ્રતિક્રિયા કરીને હાઇડ્રોજન વાયુ મુક્ત કરે છે.

સંતુલિત રાસાયણિક સમીકરણો:

• મંદ હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ સાથે:

  $$
  2\text{Al(s)} + 6\text{HCl(aq)} \rightarrow 2\text{AlCl}_3\text{(aq)} + 3\text{H}_2\text{(g)}
  $$
  

• મંદ સલ્ફ્યુરિક એસિડ સાથે:

  $$
  2\text{Al(s)} + 3\text{H}_2\text{SO}_4\text{(aq)} \rightarrow \text{Al}_2(\text{SO}_4)_3\text{(aq)} + 3\text{H}_2\text{(g)}
  $$
  

2. સાંદ્ર નાઈટ્રિક એસિડ (HNO₃)

• સાંદ્ર નાઈટ્રિક એસિડ એલ્યુમિનિયમને ખૂબ જ મજબૂત, સુસંગત અને અભેદ્ય ઓક્સાઇડ સ્તર બનાવીને નિષ્ક્રિય બનાવે છે. આ સ્તર ધાતુને વધુ હુમલાથી સુરક્ષિત કરે છે.

3. સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક એસિડ (H₂SO₄)

• ગરમ કરવાથી, એલ્યુમિનિયમ સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, જે ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે, અને સલ્ફર ડાયોક્સાઇડ વાયુ ઉત્પન્ન કરે છે.

સંતુલિત રાસાયણિક સમીકરણ:

$$
2\text{Al(s)} + 6\text{H}_2\text{SO}_4\text{(conc)} \xrightarrow{\text{Heat}} \text{Al}_2(\text{SO}_4)_3\text{(aq)} + 3\text{SO}_2\text{(g)} + 6\text{H}_2\text{O(l)}
$$

બેઇઝ (આલ્કલી) ની ક્રિયા

• એલ્યુમિનિયમ તેના ઉભયધર્મી સ્વભાવને કારણે મજબૂત જલીય આલ્કલી (દા.ત., NaOH, KOH) સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, જે દ્રાવ્ય એલ્યુમિનેટ્સ (દા.ત., સોડિયમ ટેટ્રાહાઈડ્રોક્સોએલ્યુમિનેટ(III)) બનાવે છે અને હાઇડ્રોજન વાયુ મુક્ત કરે છે.

સંતુલિત રાસાયણિક સમીકરણ:

$$
2\text{Al(s)} + 2\text{NaOH(aq)} + 6\text{H}_2\text{O(l)} \rightarrow 2\text{Na}[\text{Al(OH)}_4]\text{(aq)} + 3\text{H}_2\text{(g)}
$$

વૈકલ્પિક રીતે, કેટલીકવાર સરળ રજૂઆત (સોડિયમ મેટા-એલ્યુમિનેટ) નો ઉપયોગ થાય છે:

$$
2\text{Al(s)} + 2\text{NaOH(aq)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \rightarrow 2\text{NaAlO}_2\text{(aq)} + 3\text{H}_2\text{(g)}
$$

Al³⁺ આયનો માટે મુખ્ય પ્રયોગશાળા પરીક્ષણો / ઓળખ પ્રતિક્રિયાઓ

ગુણાત્મક વિશ્લેષણમાં એલ્યુમિનિયમ આયનો (Al³⁺) સામાન્ય રીતે ઓળખાય છે.

1. એમોનિયમ હાઈડ્રોક્સાઈડ (NH₄OH) ની ક્રિયા

• જ્યારે Al³⁺ આયનો ધરાવતા દ્રાવણમાં એમોનિયમ હાઈડ્રોક્સાઈડ ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે એલ્યુમિનિયમ હાઈડ્રોક્સાઈડ, Al(OH)₃, નો સફેદ જેલી જેવો અવક્ષેપ બને છે. આ અવક્ષેપ વધારાના એમોનિયમ હાઈડ્રોક્સાઈડમાં અદ્રાવ્ય છે.

સંતુલિત રાસાયણિક સમીકરણ:

$$
\text{Al}^{3+}\text{(aq)} + 3\text{NH}_4\text{OH(aq)} \rightarrow \text{Al(OH)}_3\text{(s)}\downarrow + 3\text{NH}_4^{+}\text{(aq)}
$$

2. સોડિયમ હાઈડ્રોક્સાઈડ (NaOH) ની ક્રિયા

• જ્યારે Al³⁺ આયનો ધરાવતા દ્રાવણમાં ટીપે ટીપે સોડિયમ હાઈડ્રોક્સાઈડ ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે શરૂઆતમાં એલ્યુમિનિયમ હાઈડ્રોક્સાઈડ, Al(OH)₃, નો સફેદ જેલી જેવો અવક્ષેપ બને છે.
• વધારાનો સોડિયમ હાઈડ્રોક્સાઈડ ઉમેરવાથી, અવક્ષેપ ઓગળીને દ્રાવ્ય સોડિયમ ટેટ્રાહાઈડ્રોક્સોએલ્યુમિનેટ(III) નું સ્પષ્ટ દ્રાવણ બનાવે છે, જે એલ્યુમિનિયમના ઉભયધર્મી સ્વભાવને દર્શાવે છે.

સંતુલિત રાસાયણિક સમીકરણો:

• પ્રારંભિક અવક્ષેપણ:

  $$
  \text{Al}^{3+}\text{(aq)} + 3\text{NaOH(aq)} \rightarrow \text{Al(OH)}_3\text{(s)}\downarrow + 3\text{Na}^{+}\text{(aq)}
  $$
  

• વધારાના NaOH માં ઓગળવું:

  $$
  \text{Al(OH)}_3\text{(s)} + \text{NaOH(aq)} \rightarrow \text{Na}[\text{Al(OH)}_4]\text{(aq)}
  $$
  

3. લેક ટેસ્ટ (લિટમસ અથવા કોંગો રેડ સાથે)

• આ પરીક્ષણ Al(OH)₃ ના અવક્ષેપણ પછી કરવામાં આવે છે. એલ્યુમિનિયમ હાઈડ્રોક્સાઈડમાં અમુક કાર્બનિક રંગોને શોષવાનો ગુણધર્મ છે.
• જો Al(OH)₃ ના સફેદ જેલી જેવા અવક્ષેપમાં વાદળી લિટમસ દ્રાવણ ઉમેરવામાં આવે અને પછી મિશ્રણને હળવેથી ગરમ કરવામાં આવે, તો Al(OH)₃ વાદળી રંગને શોષી લે છે, જેનાથી વાદળી “લેક” (એક તરતો વાદળી અવક્ષેપ) બને છે.
• તેવી જ રીતે, કોંગો રેડ દ્રાવણ સાથે, લાલ લેક બને છે.