ГИДРОКСИД АЛЮМИНИЯ: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ, РИСКИ - ХИМИЯ - 2026

Гидроксид алюминия представляет собой неорганическое соединение с химической формулой А а (ОН) ₃ . В отличие от других гидроксидов металлов, он является амфотерным, способным реагировать или вести себя как кислота или основание, в зависимости от среды. Это белое твердое вещество, которое нерастворимо в воде, поэтому оно используется в качестве компонента антацидов.

Подобно Mg (OH) ₂ или бруситу, с которым он имеет определенные химические и физические характеристики, в чистом виде он выглядит тусклым аморфным твердым телом; но когда он кристаллизуется с некоторыми примесями, он принимает кристаллические формы, как если бы они были жемчугом. Среди этих минералов, естественных источников Al (OH) ₃ , есть гиббсит.

Особый кристалл гиббсита. Источник: Роб Лавинский, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

В дополнение к гиббситу есть также минералы байерит, нордстрандит и долеит, составляющие четыре полиморфа гидроксида алюминия. Структурно они очень похожи друг на друга, почти не различаются способом, которым слои или листы ионов расположены или связаны, а также типом содержащихся примесей.

Контролируя pH и параметры синтеза, можно получить любой из этих полиморфов. Кроме того, некоторые представляющие интерес химические вещества могут внедряться между его слоями, так что создаются интеркаляционные материалы или соединения. Это представляет собой использование более технологичного подхода для Al (OH) ₃ . Другое его применение - как антациды.

С другой стороны, он используется в качестве сырья для получения оксида алюминия, а его наночастицы используются в качестве каталитического носителя.

Структура

Формула и октаэдр

Химическая формула Al (OH) _{3 сразу} указывает на то, что соотношение Al ³⁺ : OH ^- равно 1: 3; то есть на каждый катион Al ³⁺ приходится три аниона OH ^- , что означает, что одна треть его ионов соответствует алюминию. Таким образом, Al ³⁺ и OH ^- электростатически взаимодействуют до тех пор, пока их притяжение-отталкивание не образует гексагональный кристалл.

Однако Al ³⁺ не обязательно окружен тремя ОН ^- но шестью; следовательно, мы говорим о координационном октаэдре Al (OH) ₆ , в котором имеется шесть взаимодействий Al-O. Каждый октаэдр представляет собой единицу, из которой построен кристалл, и некоторые из них имеют триклинную или моноклинную структуру.

Нижнее изображение частично представляет октаэдры Al (OH) ₆ , поскольку для Al ³⁺ наблюдаются только четыре взаимодействия (светло-коричневые сферы).

Гексагональный кристалл гиббсита, минерала гидроксида алюминия. Источник: Benjah-bmm27.

Если внимательно наблюдать эту структуру, которая соответствует структуре минерала гиббсита, можно будет увидеть, что белые сферы объединяют «грани» или поверхности ионных слоев; это атомы водорода ионов OH ^- .

Также обратите внимание, что есть слой A и другой слой B (пространственно они не идентичны), соединенные водородными связями.

Полиморфы

Слои A и B не всегда связаны одинаковым образом, так же как их физическое окружение или ионы (соли) хозяина могут изменяться. Следовательно, кристаллы Al (OH) ₃ могут быть четырех минералогических или, в данном случае, полиморфных форм.

Затем говорят, что гидроксид алюминия имеет до четырех полиморфов: гиббсит или гидраргиллит (моноклинный), байерит (моноклинный), дойлит (триклинный) и нордстрандит (триклинный). Из этих полиморфов гиббсит является наиболее стабильным и распространенным; остальные относятся к редким минералам.

Если бы кристаллы наблюдались под микроскопом, было бы видно, что их геометрия гексагональная (хотя и несколько неправильная). PH играет важную роль в росте таких кристаллов и в получаемой структуре; то есть при заданном pH может быть образован тот или иной полиморф.

Например, если среда, в которой осаждается Al (OH) _3, имеет pH ниже 5,8, образуется гиббсит; тогда как если pH выше этого значения, образуется байерит.

В более основных средах обычно образуются кристаллы нордстрандита и дойлита. Таким образом, поскольку гиббсит является наиболее распространенным, это факт, отражающий кислотность его выветриваемой среды.

свойства

Внешность

Белое твердое вещество, которое может быть разного формата: гранулированное или порошковое, а также аморфное по внешнему виду.

Молярная масса

78,00 г / моль

плотность

2,42 г / мл

Температура плавления

300 ° С. У него нет точки кипения, потому что гидроксид теряет воду, превращаясь в оксид алюминия или оксид алюминия, Al ₂ O ₃ .

Растворимость воды

1 · 10 ^-4 г / 100 мл. Однако его растворимость увеличивается при добавлении кислот (H ₃ O ⁺ ) или щелочей (OH ^- ).

Продукт растворимости

К _уд = 3 10 ⁻³⁴

Это очень маленькое значение означает, что только крошечная часть растворяется в воде:

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

Фактически, эта ничтожная растворимость делает его хорошим нейтрализатором кислотности, поскольку он не слишком сильно подщелачивает среду желудка, поскольку не выделяет почти ионы ОН ^- .

Amphotericism

Al (OH) ₃ отличается амфотерным характером; то есть он может реагировать или вести себя так, как если бы он был кислотой или основанием.

Например, он реагирует с ионами H ₃ O ⁺ (если среда водная) с образованием сложного водного ³⁺ ; который, в свою очередь, гидролизуется для подкисления среды, поэтому Al ^{3+ является} кислотным ионом:

Al (OH) ₃ (т.) + 3H ₃ O ⁺ (водн.) => ³⁺ (водн.)

³⁺ (водн.) + H ₂ O (l) <=> ²⁺ (водн.) + H ₃ O ⁺ (водн.)

Когда это происходит, говорят, что Al (OH) ₃ ведет себя как основание, поскольку он реагирует с H ₃ O ⁺ . С другой стороны, он может реагировать с OH ^- , ведя себя как кислота:

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

В этой реакции белый осадок Al (OH) ₃ растворяется раньше избытка ионов OH ^- ; Это не то же самое с другими гидроксидами, такими как магний, Mg (OH) ₂ .

Алюминат-ион Al (OH) ₄ ^- более подходящим образом можно выразить как: ^- , выделив координационное число 6 для катиона Al ³⁺ (октаэдр).

Этот ион может продолжать реагировать с большим количеством ОН ^- до завершения координационного октаэдра: ^3- , называемого гексагидроксоалюминатным ионом.

Номенклатура

Название «гидроксид алюминия», которым чаще всего называют это соединение, соответствует тому, что регулируется номенклатурой запасов. (III) в конце опускается, поскольку степень окисления алюминия +3 во всех его соединениях.

Два других возможных названия для обозначения Al (OH) ₃ : тригидроксид алюминия в соответствии с систематической номенклатурой и использованием префиксов греческого числителя; и гидроксид алюминия, заканчивающийся суффиксом –ico, потому что он имеет единственную степень окисления.

Хотя в области химии номенклатура Al (OH) ₃ не представляет никаких проблем или путаницы, за ее пределами она имеет тенденцию смешиваться с двусмысленностями.

Например, минерал гиббсит является одним из природных полиморфов Al (OH) ₃ , который также известен как γ-Al (OH) ₃ или α-Al (OH) ₃ . Однако α-Al (OH) ₃ может также соответствовать минералу байериту или β-Al (OH) ₃ согласно кристаллографической номенклатуре. Между тем, полиморфы нордстрандита и дойлита часто обозначают просто как Al (OH) ₃ .

Следующий список четко резюмирует то, что только что было объяснено:

-Гиббсит: (γ или α) -Al (OH) ₃

-Байерит: (α или β) -Al (OH) ₃

-Нордстрандит: Al (OH) ₃

-Дойлейт: Al (OH) ₃

Приложения

Ингредиенты

Непосредственное использование гидроксида алюминия - это сырье для производства оксида алюминия или других соединений алюминия, неорганических или органических; например: AlCl ₃ , Al (NO ₃ ) ₃ , AlF ₃ или NaAl (OH) ₄ .

Каталитические опоры

Наночастицы Al (OH) ₃ могут действовать как каталитические носители; то есть катализатор связывается с ними, чтобы оставаться на их поверхности, где химические реакции ускоряются.

Соединения интеркаляции

В разделе о структурах объяснялось, что Al (OH) ₃ состоит из слоев или листов A и B, соединенных для образования кристалла. Внутри него есть небольшие октаэдрические пространства или дырки, которые могут быть заняты другими ионами, металлическими, органическими или нейтральными молекулами.

Когда синтезируются кристаллы Al (OH) ₃ с этими структурными модификациями, говорят, что готовится интеркаляционное соединение; то есть они интеркалируют или вставляют химические соединения между листами A и B. Поступая таким образом, появляются новые материалы, сделанные из этого гидроксида.

Огнестойкий материал

Al (OH) ₃ - хороший антипирен, который находит применение в качестве наполнителя для многих полимерных матриц. Это связано с тем, что он поглощает тепло, выделяя водяной пар, так же, как Mg (OH) ₂ или брусит.

целебный

Al (OH) ₃ также является нейтрализатором кислотности, реагируя с HCl в желудочном секрете; опять же, аналогично Mg (OH) ₂ в молоке магнезии.

Оба гидроксида фактически могут быть смешаны с различными антацидами, используемыми для облегчения симптомов у людей, страдающих гастритом или язвой желудка.

адсорбент

При нагревании ниже температуры плавления гидроксид алюминия превращается в активированный оксид алюминия (а также активированный уголь). Это твердое вещество используется в качестве адсорбента для нежелательных молекул, будь то красители, примеси или загрязняющие газы.

риски

Риски, которые может представлять гидроксид алюминия, связаны не с его твердым веществом, а с лекарством. Для его хранения не требуются какие-либо протоколы или правила, поскольку он не вступает в сильную реакцию с окислителями и не воспламеняется.

При приеме внутрь антацидов, доступных в аптеке, могут возникать нежелательные побочные эффекты, такие как запор и угнетение фосфатов в кишечнике. Кроме того, хотя исследований, подтверждающих это, нет, он был связан с неврологическими расстройствами, такими как болезнь Альцгеймера.

Ссылки

1. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия . (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
2. Wikipedia. (2019). Гидроксид алюминия. Получено с: en.wikipedia.org
3. Национальный центр биотехнологической информации. (2019). Гидроксид алюминия. База данных PubChem. CID = 10176082. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Даниэль Рид. (2019). Гидроксид алюминия: формула и побочные эффекты. Учиться. Получено с: study.com
5. Роберт Шен и Чарльз Э. Роберсон. (1970). Структуры гидроксида алюминия и геохимические последствия. Американский минералог, Том 55.
6. Виталий Петрович Исупов и кол. (2000). Синтез, структура, свойства и применение интеркаляционных соединений гидроксида алюминия. Химия в интересах устойчивого развития 8,121-127.
7. Наркотики. (24 марта 2019 г.). Побочные эффекты гидроксида алюминия. Получено с: drug.com