HYDROXID HLINITÝ: STRUKTURA, VLASTNOSTI, POUŽITÍ, RIZIKA - CHEMIE - 2025

Hydroxid hlinitý je anorganická sloučenina s chemickým vzorcem A a (OH) ₃. Na rozdíl od jiných hydroxidů kovů je to amfoterní, schopný reagovat nebo chovat se jako kyselina nebo báze, v závislosti na médiu. Je to bílá pevná látka, která je ve vodě zcela nerozpustná, a proto nachází uplatnění jako složka antacid.

Jako Mg (OH) ₂ nebo brucit, se kterým sdílí určité chemické a fyzikální vlastnosti, vypadá ve své čisté formě jako matná, amorfní pevná látka; ale když krystalizuje s některými nečistotami, získává krystalické formy, jako by to byly perly. Mezi tyto minerály patří přírodní zdroje Al (OH) ₃, gibsite.

Speciální gibbsite krystal. Zdroj: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Kromě gibsite existují také minerály bayerit, nordstrandit a doleyit, které tvoří čtyři polymorfy hydroxidu hlinitého. Strukturálně jsou si navzájem velmi podobné a liší se jen nepatrně ve způsobu, jakým jsou vrstvy nebo vrstvy iontů umístěny nebo spojeny, jakož i typu obsažených nečistot.

Řídením parametrů pH a syntézy lze připravit kteroukoli z těchto polymorfů. Některé zájmové chemické látky mohou být také interkalovány mezi svými vrstvami, takže se vytvoří interkalační materiály nebo sloučeniny. To představuje použití technologičtějšího přístupu pro Al (OH) ₃. Jeho další použití jsou jako antacida.

Na druhé straně se používá jako surovina k získání aluminy a její nanočástice byly použity jako katalytický nosič.

Struktura

Formule a oktaedron

Chemický vzorec Al (OH) ₃ naznačuje najednou, že poměr Al3 ⁺: OH ^- je 1: 3; to znamená, že existují tři OH ^- anionty pro každý kationt Al ³⁺, který je stejný jako údaj, že jedna třetina jeho iontů odpovídá hliníku. Tak, Al ³⁺ a OH ^- interagují elektrostaticky, dokud jejich přitažlivost-odpuzování definovat hexagonální krystal.

Al ^{3+ však} není nutně obklopen třemi OH ^- ale šesti; proto mluvíme o koordinačním oktaedronu Al (OH) ₆, ve kterém existuje šest interakcí Al-O. Každý oktaedron představuje jednotku, se kterou je krystal postaven, a řada z nich zaujímá triklinické nebo monoklinické struktury.

Dolní obrázek částečně představuje Al (OH) ₆ oktaedru, protože u Al ³⁺ (světle hnědé koule) jsou pozorovány pouze čtyři interakce.

Šestihranný krystal gibbsite, minerál hydroxidu hlinitého. Zdroj: Benjah-bmm27.

Pokud bude tato struktura pečlivě pozorována, což odpovídá struktuře minerálního gibbsitu, bude možné vidět, že bílé koule integrují „plochy“ nebo povrchy iontových vrstev; jedná se o atomy vodíku OH ^- iontů.

Všimněte si také, že existuje vrstva A a další B (prostorově nejsou identické), spojené dohromady vodíkovými vazbami.

Polymorfy

Vrstvy A a B nejsou vždy spojeny stejným způsobem, stejně jako se jejich fyzické prostředí nebo hostitelské ionty (soli) mohou měnit. V důsledku toho se krystaly Al (OH) ₃ liší ve čtyřech mineralogických nebo v tomto případě polymorfních formách.

O hydroxidu hlinitém se pak říká, že má až čtyři polymorfy: gibbsite nebo hydrargillit (monoklinický), bayerit (monoklinický), doyleit (triklinický) a nordstrandit (triklinický). Z těchto polymorfů je gibbsite nejstabilnější a hojný; ostatní jsou klasifikovány jako vzácné minerály.

Pokud byly krystaly pozorovány pod mikroskopem, bylo by vidět, že jejich geometrie je hexagonální (i když poněkud nepravidelná). PH hraje důležitou roli v růstu takových krystalů a na výsledné struktuře; to znamená, že při pH může být vytvořen jeden nebo druhý polymorf.

Například pokud má médium, ve kterém precipituje Al (OH) _3, pH nižší než 5,8, vytvoří se gibbsit; zatímco pokud je pH vyšší než tato hodnota, vytvoří se bayerit.

Ve více základních médiích mají sklon tvořit se krystaly nordstranditu a doyleitu. Proto, protože je nejhojnějším gibbsite, je to skutečnost, která odráží kyselost jeho zvětralých prostředí.

Vlastnosti

Fyzický vzhled

Bílá pevná látka, která může mít různé formáty: zrnitý nebo prášek a amorfní vzhled.

Molární hmotnost

78,00 g / mol

Hustota

2,42 g / ml

Bod tání

300 ° C Nemá teplotu varu, protože hydroxid ztrácí vodu a přeměňuje se na oxid hlinitý nebo oxid hlinitý, Al ₂ O ₃.

Rozpustnost ve vodě

1,10 - ⁴ g / 100 ml. Jeho rozpustnost se však zvyšuje přidáním kyselin (H ₃ O ⁺) nebo zásad (OH ^-).

Produkt rozpustnosti

K _sp = 3 10 ⁻³⁴

Tato velmi malá hodnota znamená, že se ve vodě rozpustí jen nepatrná část:

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

A ve skutečnosti tato zanedbatelná rozpustnost z něj činí dobrý neutralizátor kyselosti, protože příliš nezasiluje žaludeční prostředí, protože neuvolňuje téměř OH ^- ionty.

Amfotericismus

Al (OH) ₃ je charakterizován svým amfoterním charakterem; to znamená, že může reagovat nebo se chovat, jako by to byla kyselina nebo báze.

Například, reaguje s H ₃ O ⁺ ionty (v případě, že médium je vodný roztok) za vzniku komplexu vodný ³⁺; který je zase hydrolyzován za účelem okyselení média, proto Al ^{3+ je} kyselý iont:

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

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

Když se to stane, se říká, že AI (OH) ₃ se chová jako báze, protože reaguje s H ₃ O ⁺. Na druhé straně může reagovat s OH ^- chovat se jako kyselina:

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

V této reakci se bílá sraženina AI (OH) ₃ rozpustí před přebytkem OH ^- iontů; To není stejné s jinými hydroxidy, jako je hořčík, Mg (OH) ₂.

Al (OH) ₄ ^-, hlinitanový iont, může být vhodněji vyjádřen jako: ^- zvýrazněním koordinačního čísla 6 pro kationt Al ³⁺ (oktaedron).

Tento ion může pokračovat v reakci s více OH ^- dokud nedokončí koordinační oktaedron: ^3-, nazývá se hexahydroxoaluminátový ion.

Nomenklatura

Název „hydroxid hlinitý“, se kterým se na tuto sloučeninu nejčastěji odkazuje, odpovídá názvu, které se řídí nomenklaturou zásob. (III) je na konci vynechán, protože oxidační stav hliníku je +3 ve všech jeho sloučeninách.

Další dvě možná jména, která se týkají Al (OH) _3, jsou: trihydroxid hlinitý, podle systematické nomenklatury a použití řeckých předčísel čitatelů; a hydroxid hlinitý, končící příponou --ico, protože má jediný oxidační stav.

Ačkoli v chemické oblasti nomenklatura AI (OH) ₃ nepředstavuje žádnou výzvu nebo nejasnost, mimo ni má sklon se mísit s dvojznačnostmi.

Například minerální gibbsite je jedním z přírodních polymorfů Al (OH) ₃, který je také známý jako y-Al (OH) ₃ nebo a-Al (OH) ₃. Avšak a-Al (OH) ₃ může také podle krystalografické nomenklatury odpovídat minerálnímu bayeritu nebo p-Al (OH) ₃. Mezitím jsou polymorfy nordstrandit a doyleit často označovány jednoduše jako Al (OH) ₃.

Následující seznam jasně shrnuje to, co bylo právě vysvětleno:

-Gibbsite: (y nebo a) -Al (OH) ₃

-Bayerit: (a nebo p) -Al (OH) ₃

-Nordstranitel: Al (OH) ₃

-Doyleite: Al (OH) ₃

Aplikace

Surovina

Okamžité použití hydroxidu hlinitého je jako surovina pro výrobu aluminy nebo jiných sloučenin, anorganických nebo organických, hliníku; například: AlCl ₃, Al (NO ₃) ₃, AlF ₃ nebo NaAl (OH) ₄.

Katalytické nosiče

Al (OH) ₃ nanočástice mohou působit jako katalytické nosiče; to znamená, že se k nim katalyzátor váže, aby zůstal fixovaný na svém povrchu, kde se urychlují chemické reakce.

Interkalační sloučeniny

V sekci struktur bylo vysvětleno, že Al (OH) ₃ sestává z vrstev nebo listů A a B, spojených tak, aby definovaly krystal. Uvnitř jsou malé oktaedrální prostory nebo díry, které mohou být obsazeny jinými ionty, kovovými nebo organickými nebo neutrálními molekulami.

Když jsou syntetizovány krystaly Al (OH) ₃ s těmito strukturálními modifikacemi, říká se, že se připravuje interkalační sloučenina; to znamená, že interkalovat nebo vkládat chemické druhy mezi listy A a B. Tímto způsobem vznikají nové materiály vyrobené z tohoto hydroxidu.

Zpomalovač ohně

Al (OH) ₃ je dobrý zpomalovač hoření, který nachází uplatnění jako výplňový materiál pro mnoho polymerních matric. Je to proto, že pohlcuje teplo a uvolňuje vodní páru, stejně jako Mg (OH) ₂ nebo brucit.

Léčivý

Al (OH) ₃ je také neutralizátor kyselosti a reaguje s HC1 v žaludečních sekrecích; opět, podobně jako Mg (OH) ₂ v hořečnatém mléku.

Oba hydroxidy mohou být ve skutečnosti smíchány s různými antacidy, které se používají ke zmírnění příznaků lidí trpících gastritidou nebo žaludečními vředy.

Adsorbent

Při zahřátí pod bod tání se hydroxid hlinitý přemění na aktivovaný oxid hlinitý (stejně jako aktivní uhlí). Tato pevná látka se používá jako adsorbent pro nežádoucí molekuly, ať už jde o barviva, nečistoty nebo znečišťující plyny.

Rizika

Rizika, která může hydroxid hlinitý představovat, nejsou způsobena jako pevná látka, ale jako lék. K jeho skladování nepotřebuje žádný protokol ani předpisy, protože nereaguje intenzivně s oxidačními činidly a není hořlavý.

Nežádoucí vedlejší účinky, jako je zácpa a inhibice fosfátu ve střevech, se mohou vyskytnout, pokud se užívají v antacidách v lékárně. Také, a ačkoli neexistují žádné studie, které by to dokázaly, byla spojena s neurologickými poruchami, jako je Alzheimerova choroba.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Hydroxid hlinitý. Obnoveno z: en.wikipedia.org
3. Národní centrum pro biotechnologické informace. (2019). Hydroxid hlinitý. PubChem Database. CID = 10176082. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Danielle Reid. (2019). Hydroxid hlinitý: Formule a vedlejší účinky. Studie. Obnoveno z: study.com
5. Robert Schoen a Charles E. Roberson. (1970). Struktury hydroxidu hlinitého a geochemické důsledky. Americký mineralog, svazek 55.
6. Vitaly P. Isupov & col. (2000). Syntéza, struktura, vlastnosti a aplikace interkalačních sloučenin hydroxidu hlinitého. Chemie pro udržitelný rozvoj 8,121-127.
7. Drogy. (24. března 2019). Vedlejší účinky hydroxidu hlinitého. Obnoveno z: drug.com