ॲल्युमिनियम (Al) चे रासायनिक गुणधर्म आणि अभिक्रिया

रासायनिक गुणधर्मांचे विहंगावलोकन

ॲल्युमिनियम (Al) हा चांदीसारखा पांढरा, हलका धातू असून तो गट 13 चा सदस्य आहे. त्याचे रासायनिक गुणधर्म मुख्यतः त्याच्या क्रियाशीलता श्रेणीतील स्थानावर आणि त्याच्या उभयधर्मी (amphoteric) गुणधर्मावर अवलंबून असतात.

क्रियाशीलता श्रेणीतील स्थान

• ॲल्युमिनियम हा एक सक्रिय धातू असून तो क्रियाशीलता श्रेणीमध्ये हायड्रोजनच्या वर ठेवलेला आहे.
• त्याची उच्च क्रियाशीलता त्याच्या पृष्ठभागावर तयार होणाऱ्या अत्यंत स्थिर, मजबूत आणि अभेद्य संरक्षक ऑक्साईडच्या थरामुळे अनेकदा झाकली जाते.

विद्युतऋणता (Electronegativity)

• ॲल्युमिनियमची विद्युतऋणता (पॉलिंग स्केल: ~1.61) तुलनेने कमी आहे, जी त्याचा धातूचा गुणधर्म आणि Al³⁺ आयन तयार करण्यासाठी इलेक्ट्रॉन गमावण्याची प्रवृत्ती दर्शवते.

सामान्य क्रियाशीलता

• अत्यंत क्रियाशील, परंतु ऑक्साईडच्या थरामुळे निष्क्रिय होतो.
• उभयधर्मी: तीव्र आम्ल आणि तीव्र आम्लारी या दोन्हीशी अभिक्रिया करतो.
• शक्तिशाली क्षपणकारक, विशेषतः बारीक चूर्णाच्या स्वरूपात किंवा उच्च तापमानावर.

हवा आणि ऑक्सिजनची क्रिया

ॲल्युमिनियम हवा आणि ऑक्सिजनशी अभिक्रिया करून ॲल्युमिनियम ऑक्साईड (Al₂O₃) तयार करतो.

कोरड्या हवेसोबत अभिक्रिया

• सामान्य तापमानावर, ॲल्युमिनियमच्या पृष्ठभागावर ॲल्युमिनियम ऑक्साईडचा (Al₂O₃) एक पातळ, घट्ट आणि अत्यंत संरक्षक थर तयार होतो. हा थर पुढील ऑक्सिडीकरण थांबवतो, ज्यामुळे ॲल्युमिनियम गंजण्यास प्रतिरोधक बनतो.

दमट हवेसोबत अभिक्रिया

• कोरड्या हवेप्रमाणेच, एक जलयुक्त ऑक्साईडचा थर तयार होतो, जो गंजरोधक क्षमता प्रदान करतो.

शुद्ध ऑक्सिजनसोबत अभिक्रिया

• बारीक चूर्ण केलेले ॲल्युमिनियम किंवा उच्च तापमानावर (पेटवलेले) तापवलेले ॲल्युमिनियम शुद्ध ऑक्सिजनमध्ये जोरदारपणे जळते.

संतुलित रासायनिक समीकरण:

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

पाणी आणि वाफेची क्रिया

ॲल्युमिनियमची पाण्यासोबतची अभिक्रिया देखील त्याच्या संरक्षक ऑक्साईडच्या थरामुळे प्रभावित होते.

थंड पाण्यासोबत अभिक्रिया

• निष्क्रिय ऑक्साईडच्या थरामुळे सामान्य तापमानावर थंड पाण्यासोबत कोणतीही अभिक्रिया होत नाही.

उकळत्या पाण्यासोबत अभिक्रिया

• उकळत्या पाण्यासोबत खूप हळू अभिक्रिया होऊ शकते, ज्यामुळे जलयुक्त ॲल्युमिनियम ऑक्साईड तयार होते. संरक्षक थरामुळे ही अभिक्रिया सामान्यतः नगण्य असते.

वाफेसोबत अभिक्रिया

• जेव्हा संरक्षक ऑक्साईडचा थर काढला जातो (उदा. पारा सोबत मिश्रण करून), किंवा जेव्हा बारीक चूर्ण केलेले ॲल्युमिनियम वाफेमध्ये लाल होईपर्यंत तापवले जाते, तेव्हा ते ॲल्युमिनियम ऑक्साईड आणि हायड्रोजन वायू तयार करण्यासाठी अभिक्रिया करते.

संतुलित रासायनिक समीकरण:

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

आम्ल आणि आम्लारीची क्रिया

ॲल्युमिनियम उभयधर्मी वर्तन दर्शवतो, तो आम्ल आणि तीव्र आम्लारी या दोन्हीशी अभिक्रिया करतो.

आम्लाची क्रिया

1. सौम्य ऑक्सिडीकरण न करणारे आम्ल (उदा. HCl, H₂SO₄)

• ॲल्युमिनियम सौम्य ऑक्सिडीकरण न करणाऱ्या आम्लांशी (जर त्याचा ऑक्साईड थर काढला गेला असेल किंवा खराब झाला असेल तर) सहज अभिक्रिया करून हायड्रोजन वायू मुक्त करतो.

संतुलित रासायनिक समीकरणे:

• सौम्य हायड्रोक्लोरिक आम्लासोबत:

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

• सौम्य सल्फ्यूरिक आम्लासोबत:

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

2. तीव्र नायट्रिक आम्ल (HNO₃)

• तीव्र नायट्रिक आम्ल ॲल्युमिनियमच्या पृष्ठभागावर एक अत्यंत मजबूत, सुसंगत आणि अभेद्य ऑक्साईडचा थर तयार करून त्याला निष्क्रिय बनवते. हा थर धातूला पुढील हल्ल्यापासून संरक्षण देतो.

3. तीव्र सल्फ्यूरिक आम्ल (H₂SO₄)

• गरम केल्यावर, ॲल्युमिनियम तीव्र सल्फ्यूरिक आम्लाशी अभिक्रिया करतो, जे एक ऑक्सिडीकरण कारक म्हणून कार्य करते आणि सल्फर डायऑक्साइड वायू तयार करते.

संतुलित रासायनिक समीकरण:

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

आम्लारींची क्रिया (क्षार)

• ॲल्युमिनियम त्याच्या उभयधर्मी गुणधर्मामुळे तीव्र जलीय आम्लारींशी (उदा. NaOH, KOH) अभिक्रिया करून विद्रव्य ॲल्युमिनेट्स (उदा. सोडियम टेट्राहायड्रॉक्सोॲल्युमिनेट(III)) तयार करतो आणि हायड्रोजन वायू मुक्त करतो.

संतुलित रासायनिक समीकरण:

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

• पर्यायीरित्या, एक सरलीकृत प्रतिनिधित्व (सोडियम मेटा-ॲल्युमिनेट) कधीकधी वापरले जाते:

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

Al³⁺ आयनांसाठी प्रमुख प्रयोगशाळा चाचण्या / ओळख अभिक्रिया

ॲल्युमिनियम आयन (Al³⁺) सामान्यतः गुणात्मक विश्लेषणात ओळखले जातात.

1. अमोनियम हायड्रॉक्साईडची (NH₄OH) क्रिया

• जेव्हा Al³⁺ आयन असलेल्या द्रावणात अमोनियम हायड्रॉक्साईड मिसळले जाते, तेव्हा ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साईडचा, Al(OH)₃, पांढरा जेलटिनस अवक्षेप (अघुलनशील पदार्थ) तयार होतो. हा अवक्षेप अतिरिक्त अमोनियम हायड्रॉक्साईडमध्ये अविद्रव्य असतो.

संतुलित रासायनिक समीकरण:

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

2. सोडियम हायड्रॉक्साईडची (NaOH) क्रिया

• जेव्हा Al³⁺ आयन असलेल्या द्रावणात सोडियम हायड्रॉक्साईड थेंब-थेंब टाकला जातो, तेव्हा सुरुवातीला ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साईडचा, Al(OH)₃, पांढरा जेलटिनस अवक्षेप तयार होतो.
• अतिरिक्त सोडियम हायड्रॉक्साईड मिसळल्यावर, अवक्षेप विरघळून विद्रव्य सोडियम टेट्राहायड्रॉक्सोॲल्युमिनेट(III) चे स्वच्छ द्रावण तयार होते, जे ॲल्युमिनियमचा उभयधर्मी गुणधर्म दर्शवते.

संतुलित रासायनिक समीकरणे:

• सुरुवातीचा अवक्षेपण:

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

• अतिरिक्त NaOH मध्ये विरघळणे:

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

3. लेक चाचणी (लिटमस किंवा काँगो रेड सोबत)

• ही चाचणी Al(OH)₃ च्या अवक्षेपानंतर केली जाते. ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साईडमध्ये काही सेंद्रिय रंग शोषून घेण्याचा गुणधर्म असतो.
• जर Al(OH)₃ च्या पांढऱ्या जेलटिनस अवक्षेपामध्ये निळे लिटमस द्रावण मिसळून मिश्रण हळूवारपणे गरम केले, तर Al(OH)₃ निळा रंग शोषून घेतो आणि एक निळा ‘लेक’ (तरंगणारा निळा अवक्षेप) तयार करतो.
• त्याचप्रमाणे, काँगो रेड द्रावणासोबत, एक लाल लेक तयार होतो.