Δομή, Ιδιότητες και Χρήσεις του Χλωριούχου Αλουμινίου

Εισαγωγή

Το χλωριούχο αλουμίνιο χρησιμοποιείται για την κατασκευή μετάλλου αλουμινίου στη βιομηχανία,  επίσης  έχει πολλές λειτουργίες στη χημική βιομηχανία, ειδικά  ως  οξύ Lewis. Το ομοιοπολικά συνδεδεμένο στερεό χλωριούχο αργίλιο (AlCl3) έχει χαμηλή θερμοκρασία τήξης και βρασμού.

Ο Hans Christian Oersted, ένας Δανός επιστήμονας και χημικός, ανακάλυψε το χλωριούχο αλουμίνιο το 1825. 

Δομή του  AlCl3 

Στους 400°C, η πυκνότητα εξάτμισης του άνυδρου χλωριούχου αργιλίου ανακαλύφθηκε ότι είναι 133. Το Al2Cl6 είναι ο τύπος που βασίζεται σε αυτό. Κάθε άτομο αλουμινίου συνδέεται με τρία συν-συζευγμένα άτομα χλωρίου και ένα άτομο χλωρίου συνδέεται με έναν συνεκτικό δεσμό στον τύπο σύνθεσης του άνυδρου χλωριούχου αργιλίου. Κάθε άτομο αλουμινίου περιβάλλεται από άτομα χλωρίου σε τετραεδρική δομή.

Σε περίπου 800°C, η πυκνότητα ατμών του άνυδρου χλωριούχου αργιλίου πέφτει καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία και ο τύπος γίνεται AlCl3. Αυτή η φόρμουλα χρησιμοποιείται συχνά για να αντιπροσωπεύει το χλωριούχο αλουμίνιο. Λόγω της παρουσίας συνεκτικών δεσμών, το άνυδρο χλωριούχο αλουμίνιο συνδυάζεται με οργανικούς διαλύτες όπως αλκοόλη, ακετόνη, αιθέρας και τετραχλωράνθρακα και δεν μεταφέρει ηλεκτρισμό σε τετηγμένη κατάσταση.

Ιδιότητες του χλωριούχου αλουμινίου

Οι χημικές και φυσικές ιδιότητες του χλωριούχου αλουμινίου θα συζητηθούν παρακάτω.

Φυσικές ιδιότητες AlCl3

1)Τα σημεία τήξης και βρασμού του χλωριούχου αλουμινίου είναι αρκετά χαμηλά.

2) Στους 180°C, φτάνει στο απόγειό του.

3) Το AlCl3  είναι κακός αγωγός του ηλεκτρισμού στην τετηγμένη του κατάσταση.

4) Το χλωριούχο αλουμίνιο έχει λευκό χρώμα, αλλά συχνά μολύνεται από τριχλωριούχο σίδηρο, που το κάνει κίτρινο.

5) Μόνο σε πιέσεις μεγαλύτερες από 2,5 atm και θερμοκρασίες μεγαλύτερες από 190°C μπορεί να γίνει υγρό.

6)  Χημικές ιδιότητες AlCl3

7) Το χλωριούχο αλουμίνιο είναι ένα εξαιρετικά ισχυρό οξύ Lewis.

8) Είναι ένας σημαντικός βιομηχανικός καταλύτης.

9)  Το AlCl3  είναι ένα διαβρωτικό στερεό που είναι άνυδρο, μη εκρηκτικό και μη εύφλεκτο.

10)Όταν έρχεται σε επαφή με νερό ή βάσεις, αντιδρά επιθετικά.

Αντιδράσεις με χλωριούχο αλουμίνιο

Θα μάθουμε πώς το AlCl3 αντιδρά με διαφορετικές ουσίες σε αυτήν την ενότητα. Το χλωριούχο αλουμίνιο, στην άνυδρη μορφή του, είναι ένα ισχυρό οξύ Lewis. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να δημιουργήσει προϊόντα προσθήκης οξέος-βάσης Lewis ακόμη και με αδύναμες βάσεις στη φύση. Μεσιτιλένιο και βενζοφαινόνη, για παράδειγμα. Οι ακόλουθες είναι μερικές κοινές αντιδράσεις:

Όταν υπάρχουν ιόντα χλωρίου, το AlCl3 μπορεί να παράγει τετραχλωροαργιλικό (AlCl4–).

Στο τετραϋδροφουράνιο, το χλωριούχο αλουμίνιο μπορεί να αντιδράσει με το μαγνήσιο και το υδρίδιο του ασβεστίου για να δημιουργήσει τετραϋδριδοαργιλικό άλας.

Η αντίδραση του χλωριούχου αργιλίου με το νερό Το χλωριούχο αλουμίνιο είναι υγροσκοπικό, που σημαίνει ότι μπορεί να συλλέξει υγρασία από τον αέρα. Κανονικά, αυτός ο χημικός συνδυασμός εκπέμπει αναθυμιάσεις στον υγρό αέρα. Όταν έρχεται σε επαφή με το νερό, κάνει έναν ήχο συριγμού. Τα ιόντα Cl– αντικαθίστανται με μόρια H2O κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, με αποτέλεσμα το εξαένυδρο [Al(H2O)6]Cl3. Η άνυδρη κατάσταση του AlCl3 χάνεται και όταν εφαρμόζεται θερμότητα, το HCl επίσης εξαφανίζεται, αφήνοντας το υδροξείδιο του αργιλίου ως τελικό προϊόν.

Al(OH)3 + 3HCl + 3H2O =Al(H2O)6Cl3

Το οξείδιο του αργιλίου παράγεται από το υδροξείδιο όταν η θερμοκρασία αυξάνεται στους 400°C περίπου.

Al2O3 + 3H2O =2Al(OH)3

Το γεγονός ότι τα υδατικά διαλύματα AlCl3 είναι ιοντικά είναι ένα από τα διακριτικά τους χαρακτηριστικά. Ως αποτέλεσμα αυτού, είναι καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού. Είναι επίσης όξινα, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει μερική υδρόλυση ιόντων Al3+. Ένα παράδειγμα αντίδρασης:

[Al(H2O)6]

(aq)+(aq)+(aq)+(aq)+(aq [Al(OH)(H2O)5] H+ + 2+(aq) (aq)

Τα άλατα αλουμινίου που περιέχουν το ένυδρο ιόν Al3+ είναι παρόμοια με τα υδατικά διαλύματα χλωριούχου αργιλίου. Με τον ίδιο τρόπο ενεργούν επίσης. Όταν, για παράδειγμα, αντιδρά με αραιό υδροξείδιο του νατρίου, παράγει ένα παχύρρευστο ίζημα Al(OH)3.

3NaOH + AlCl3  =Al(OH)3 + 3NaCl

Χρήσεις χλωριούχου αργιλίου (AlCl3)

Το χλωριούχο αλουμίνιο είναι ένα ευέλικτο χημικό μόριο που έχει ποικίλες εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των χημικών αντιδράσεων και της σύνθεσης. Η χρήση του χλωριούχου αλουμινίου είναι- 

• Το AlCl3 χρησιμοποιείται κυρίως ως καταλύτης σε μια ποικιλία χημικών διεργασιών.
• Χρησιμοποιείται ευρέως τόσο σε ακυλιώσεις όσο και σε αλκυλιώσεις στις αντιδράσεις Friedel-Crafts.
• Χρησιμοποιείται στη διαδικασία παραγωγής ανθρακινόνης από φωσγένιο και βενζόλιο.
• Χρησιμοποιείται επίσης σε διαδικασίες πολυμερισμού υδρογονανθράκων ελαφρού μοριακού βάρους και ισομερισμού.
• Η παραγωγή δωδεκυλοβενζολίου για απορρυπαντικά είναι ένα από τα πιο κοινά παραδείγματα.
• Το χλωριούχο αλουμίνιο έχει πολλές διαφορετικές χρήσεις, ιδιαίτερα στην οργανική χημεία.
• Οι συζεύξεις και οι αναδιατάξεις υδρογονανθράκων προκαλούνται χρησιμοποιώντας χλωριούχο αλουμίνιο.
• Βιομηχανικές εφαρμογές χλωριούχου αλουμινίου (AlCl3)
• Το καουτσούκ, τα χρώματα, τα συντηρητικά ξύλου κατασκευάζονται επίσης με χλωριούχο αλουμίνιο.
• Τα φυτοφάρμακα και τα φάρμακα το περιέχουν.
• Ως ροή στη διαδικασία  τήξης αλουμινίου.
• Είναι ένας τύπος αντιιδρωτικού.
• Πετροχημικά προϊόντα όπως το αιθυλοβενζόλιο και το αλκυλοβενζόλιο παράγονται επίσης από αυτό.

Συμπέρασμα

Το άνυδρο χλωριούχο αλουμίνιο πρέπει να φυλάσσεται μακριά από νερό και βάσεις με προσοχή. Λόγω της έντονης θερμότητας της ενυδάτωσης, το χλωριούχο αλουμίνιο μπορεί να εκραγεί εάν έρθει σε επαφή με το νερό. Εκπέμπει επίσης αναθυμιάσεις στην ατμόσφαιρα. Κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων, θα πρέπει να φοράτε προστατευτικό εξοπλισμό όπως γυαλιά, γάντια και προστατευτικά προσώπου. Αυτό το χημικό συστατικό θα πρέπει να φυλάσσεται σε ένα καλά σφραγισμένο δοχείο που διατηρείται στεγνό.

Όταν το  AlCl3  έρχεται σε επαφή με υγρό αέρα, απορροφά την υγρασία και γίνεται πολύ όξινο, μετατρέποντας σε κολλώδη ουσία. Υλικά όπως ο ανοξείδωτος χάλυβας και το καουτσούκ μπορεί να διαβρωθούν σοβαρά από αυτό. Αυτή η χημική ουσία μπορεί να ερεθίσει το δέρμα, τα μάτια και την αναπνευστική οδό εάν εκτεθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα. Το χλωριούχο αλουμίνιο έχει ανακαλυφθεί ότι είναι νευροτοξικό σε ορισμένες έρευνες, ικανό να καταστρέψει νευρικούς ιστούς και να προκαλέσει μόνιμη βλάβη.

Το άνυδρο χλωριούχο αλουμίνιο παράγεται με θέρμανση ξηρού μετάλλου χλωρίου ή ξηρού αερίου υδροχλωρικού οξέος σε θερμό μέταλλο αλουμινίου και στη συνέχεια με εξάτμιση του ατμού.

Όταν το ξηρό αέριο χλώριο εγχέεται σε έναν θερμαινόμενο συνδυασμό αλουμίνας και κωκ, παράγεται άνυδρο χλωριούχο αλουμίνιο. Σε μεγάλη κλίμακα, αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται. Για να φτιάξετε υδροχλωριούχο αλουμίνιο, θερμάνετε το οξείδιο του αργιλίου, το υδροξείδιο του αργιλίου ή το μέταλλο αλουμινίου σε αραιό υδροξύ για να φτιάξετε διάλυμα χλωριούχου αλουμίνας. Μετά το πλύσιμο παράγονται κρύσταλλοι υδροχλωρικής αλουμίνας. Το AlCl3 είναι ο χημικός του τύπος.