ГІДРОКСИД АЛЮМІНІЮ: СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ВИКОРИСТАННЯ, РИЗИКИ - ХІМІЯ - 2025

Гідроксид алюмінію являє собою неорганічну сполуку з хімічною формулою А а (ОН) ₃ . На відміну від інших гідроксидів металів, це амфотерний, здатний реагувати або поводитися як кислота або основа, залежно від середовища. Це біла тверда речовина, яка є досить нерозчинною у воді, саме тому вона знаходить застосування як компонент антацидів.

Як Mg (OH) ₂ або бруцит, з яким він поділяє певні хімічні та фізичні характеристики, у чистому вигляді він виглядає як тьмяне, аморфне тверде речовина; але коли він кристалізується з деякими домішками, він набуває кристалічних форм, як перли. Серед цих мінералів природними джерелами Al (OH) ₃ є гібрит.

Спеціальний гібридний кристал. Джерело: Роб Лавінський, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Окрім гібсайту, є також мінерали баєрит, нордстрандіт та долейліт, що складають чотири поліморфи гідроксиду алюмінію. Конструктивно вони дуже схожі між собою, навряд чи відрізняються за способом розміщення або з’єднання шарів і листів іонів, а також за типом міститься домішок.

Контролюючи параметри pH та синтезу, будь-який із цих поліморфів може бути отриманий. Крім того, деякі хімічні види, що представляють інтерес, можуть бути інтеркальовані між його шарами, так що створюються інтеркаляційні матеріали або сполуки. Це являє собою використання більш технологічного підходу для Al (OH) ₃ . Інші його використання - як антацидні засоби.

З іншого боку, його використовують як сировину для отримання глинозему, а його наночастинки використовуються як каталітичний носій.

Будова

Формула та октаедр

Хімічна формула Al (OH) _{3 одразу} вказує, що відношення Al ³⁺ : OH ^- дорівнює 1: 3; тобто є три ОН ^- аніони для кожного катіону Al ³⁺ , що означає те, що одна третина його іонів відповідає алюмінію. Таким чином, Al ³⁺ та OH ^- взаємодіють електростатично до тих пір, поки їх притягання-відштовхування не визначать гексагональний кристал.

Однак Al ³⁺ не обов'язково оточений трьома ОН ^- а шістьма; тому ми говоримо про координаційний октаедр, Al (OH) ₆ , в якому є шість взаємодій Al-O. Кожен октаедр являє собою одиницю, з якою будується кристал, і ряд з них приймають триклінічні або моноклінічні структури.

Нижнє зображення частково являє собою октаедри Al (OH) ₆ , оскільки спостерігаються лише чотири взаємодії для Al ³⁺ (світло-коричневі сфери).

Шестикутний кристал гібсайта, мінерал гідроксиду алюмінію. Джерело: Benjah-bmm27.

Якщо ретельно дотримуватися цю структуру, що відповідає структурі мінерального гібриду, видно, що білі сфери складають «грані» або поверхні іонних шарів; це атоми водню іонів ОН ^- .

Зауважимо також, що є шар А та інший В (просторово вони не тотожні), з'єднані між собою водневими зв’язками.

Поліморфи

Шари А і В не завжди пов'язані однаково, так само як їх фізичне середовище або іони-господарі (солі) можуть змінюватися. Отже, кристали Al (OH) ₃ змінюються в чотирьох мінералогічних або, в даному випадку, поліморфних формах.

Потім, як кажуть, гідроксид алюмінію містить до чотирьох поліморфів: гіббіт або гідраргіліт (моноклінічний), байєрит (моноклінічний), долейліт (триклінічний) та нордстрандіт (триклінічний). З цих поліморфів гібісайт є найбільш стійким і найпоширенішим; решта класифікуються як рідкісні корисні копалини.

Якби кристали спостерігали під мікроскопом, було б видно, що їх геометрія є гексагональною (хоча дещо неправильною). РН відіграє важливу роль у зростанні таких кристалів і на отриманій структурі; тобто з урахуванням рН може утворюватися одна або інша поліморфа.

Наприклад, якщо середовище, де Al (OH) ₃ осаджує, має рН нижче 5,8, утворюється гібсайт; тоді як якщо рН вище цього значення, утворюється байєрит.

У більш основних середовищах кристали нордстрандиту та дойлеїту мають тенденцію до формування. Таким чином, будучи найбільш розповсюдженим гібридом, це факт, що відображає кислотність його вивітрюваних середовищ.

Властивості

Зовнішність

Біле тверде речовина, яке може виходити в різних форматах: зернисте або порошкове, аморфне на вигляд.

Молярна маса

78,00 г / моль

Щільність

2,42 г / мл

Точка плавлення

300 ° С. Він не має температури кипіння, оскільки гідроксид втрачає воду, щоб перетворитись на оксид алюмінію або оксид алюмінію, Al ₂ O ₃ .

Розчинність у воді

1 · 10 ^-4 г / 100 мл. Однак його розчинність збільшується при додаванні кислот (H ₃ O ⁺ ) або лугів (OH ^- ).

Продукт розчинності

K _sp = 3 10 ⁻³⁴

Це дуже мале значення означає, що у воді розчиняється лише крихітна частина:

Al (OH) ₃ (s) <=> Al ³⁺ (aq) + 3OH ^- (aq)

І насправді ця незначна розчинність робить його хорошою кислотністю нейтралізатора, так як він не подщелачивания середовища шлунка занадто багато , тому що він не випускає майже ОН ^- іони .

Амфотеризм

Al (OH) ₃ характеризується амфотерним характером; тобто він може реагувати або поводитися так, ніби це кислота або основа.

Наприклад, він реагує з іонами H ₃ O ⁺ (якщо середовище є водним), утворюючи складний водний ³⁺ ; який, у свою чергу, гідролізується для підкислення середовища, тому Al ^{3+ є} іоном кислоти:

Al (OH) ₃ (s) + 3H ₃ O ⁺ (aq) => ³⁺ (aq)

³⁺ (aq) + H ₂ O (l) <=> ²⁺ (aq) + H ₃ O ⁺ (aq)

Коли це відбувається, кажуть, що Al (OH) ₃ поводиться як основа, оскільки він реагує з H ₃ O ⁺ . З іншого боку, він може реагувати з ОН ^- , поводячись як кислота:

Al (OH) ₃ (s) + OH ^- (aq) => Al (OH) ₄ ^- (aq)

У цій реакції білий осад Al (OH) ₃ розчиняється до надлишку ВІН ^- іонів ; Це не те саме з іншими гідроксидами, такими як магній, Mg (OH) ₂ .

Алюмінатний іон Al (OH) ₄ ^- може бути виражений більш доцільно як: ^- , виділяючи координаційне число 6 для катіона Al ³⁺ (октаедр).

Цей іон може продовжувати реагувати з більшою кількістю ОН ^- до завершення координаційного октаедра: ^3- , званий гексагідроксоалюмінат-іоном.

Номенклатура

Назва «гідроксид алюмінію», з якою ця сполука найчастіше посилається, відповідає тому, що регулюється номенклатурою запасів. В кінці його опущено (III), оскільки стан окислення алюмінію становить +3 у всіх його сполуках.

Інші два можливі назви для позначення Al (OH) _{3 -} це: тригідроксид алюмінію відповідно до систематичної номенклатури та використання префіксів грецького чисельника; і гідроксид алюмінію, що закінчується суфіксом –ico, оскільки він має єдиний стан окислення.

Хоча в хімічній галузі номенклатура Al (OH) ₃ не представляє жодних викликів чи плутанини, поза нею вона, як правило, змішується з двозначностями.

Наприклад, мінеральний гібрид є одним із природних поліморфів Al (OH) ₃ , який також відомий як γ-Al (OH) ₃ або α-Al (OH) ₃ . Однак α-Al (OH) ₃ також може відповідати мінеральному баєриту, або β-Al (OH) ₃ , відповідно до кристалографічної номенклатури. Тим часом поліморфи нордрандіт і дойлеїт часто позначаються просто як Al (OH) ₃ .

У наступному списку чітко узагальнено те, що було щойно пояснено:

-Гіб-сайт: (γ або α) -Al (OH) ₃

-Баерит: (α або β) -Al (OH) ₃

-Nordstrandite: Al (OH) ₃

-Doyleite: Al (OH) ₃

Програми

Сирий матеріал

Безпосереднє використання гідроксиду алюмінію є сировиною для отримання глинозему або інших сполук, неорганічних чи органічних, алюмінію; наприклад: AlCl ₃ , Al (NO ₃ ) ₃ , AlF ₃ або NaAl (OH) ₄ .

Каталітичні опори

Наночастинки Al (OH) ₃ можуть діяти як каталітичні носії; тобто каталізатор зв’язується з ними, щоб залишатися нерухомим на їх поверхні, де прискорюються хімічні реакції.

Інтеркаляційні сполуки

У розділі про структури було пояснено, що Al (OH) ₃ складається з шарів або листів A і B, пов'язаних для визначення кристала. Всередині нього є невеликі октаедричні простори або отвори, які можуть бути зайняті іншими іонами, металевими або органічними або нейтральними молекулами.

Коли синтезуються кристали Al (OH) ₃ з цими структурними модифікаціями, кажуть, що готують інтеркаляційну сполуку; тобто вони з'єднують або вставляють хімічні види між листами А і В. Таким чином виникають нові матеріали, виготовлені з цього гідроксиду.

Антипірен

Al (OH) ₃ є хорошим антипіреном, який знаходить застосування в якості наповнювача для багатьох полімерних матриць. Це відбувається тому, що він поглинає тепло для виділення водяної пари, як це робить Mg (OH) ₂ або бруцит.

Лікарські

Al (OH) ₃ також є нейтралізатором кислотності, реагуючи з HCl в шлункових секретах; знову ж, аналогічно Mg (OH) ₂ у магнезії.

Обидва гідроксиди можуть насправді змішуватися з різними антацидами, які використовуються для полегшення симптомів людей, які страждають гастритом або виразкою шлунка.

Адсорбент

При нагріванні нижче своєї температури плавлення гідроксид алюмінію перетворюється на активований глинозем (а також активоване вугілля). Ця тверда речовина використовується як адсорбент для небажаних молекул, будь то барвників, домішок або забруднюючих газів.

Ризики

Ризики, які може спричинити гідроксид алюмінію, пов’язані не з цим, як із твердим тілом, а з ліками. Для його зберігання не потрібен жодний протокол чи правила, оскільки він не реагує енергійно з окислювачами, і він не горючий.

При прийомі всередину в аптечних засобах, доступних в аптеках, можуть виникнути небажані побічні ефекти, такі як запор та пригнічення фосфату в кишечнику. Крім того, і хоча не існує досліджень, які це підтверджують, це було пов'язано з такими неврологічними порушеннями, як хвороба Альцгеймера.

Список літератури

1. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. (Четверте видання). Mc Graw Hill.
2. Вікіпедія. (2019). Гідроксид алюмінію. Відновлено з: en.wikipedia.org
3. Національний центр інформації про біотехнології. (2019). Гідроксид алюмінію. PubChem База даних. CID = 10176082. Відновлено з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Даніель Рейд. (2019). Гідроксид алюмінію: формула та побічні ефекти. Вивчення. Відновлено з: study.com
5. Роберт Шен та Чарльз Е. Роберсон. (1970). Структури гідроксиду алюмінію та геохімічні наслідки. Американський мінералог, т. 55.
6. Ісупов Віталій Петрович та кол. (2000). Синтез, структура, властивості та застосування сполук інтеркаляції гідроксиду алюмінію. Хімія сталого розвитку 8,121-127.
7. Наркотики. (24 березня 2019 р.). Побічні ефекти гідроксиду алюмінію. Відновлено з: drugs.com