ALUMINIUMHYDROXID: STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, VERWENDUNG, RISIKEN - CHEMIE - 2025

Das Aluminiumhydroxid ist eine anorganische Verbindung mit der chemischen Formel A a (OH) ₃ . Im Gegensatz zu anderen Metallhydroxiden handelt es sich um ein amphoteres Hydroxid, das je nach Medium wie eine Säure oder Base reagieren oder sich verhalten kann. Es ist ein weißer Feststoff, der in Wasser ziemlich unlöslich ist, weshalb er als Bestandteil von Antazida Verwendung findet.

Wie Mg (OH) ₂ oder Brucit, mit dem es bestimmte chemische und physikalische Eigenschaften teilt, sieht es in seiner reinen Form wie ein stumpfer, amorpher Feststoff aus; aber wenn es mit einigen Verunreinigungen kristallisiert, nimmt es kristalline Formen an, als wären sie Perlen. Unter diesen Mineralien, natürlichen Quellen für Al (OH) ₃ , ist Gibbsit.

Spezieller Gibbsitkristall. Quelle: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Neben Gibbsit gibt es auch die Mineralien Bayerit, Nordstrandit und Doleyit, die die vier Polymorphe von Aluminiumhydroxid bilden. Strukturell sind sie einander sehr ähnlich und unterscheiden sich kaum in der Art und Weise, in der die Ionenschichten oder -schichten positioniert oder gekoppelt sind, sowie in der Art der enthaltenen Verunreinigungen.

Durch Steuern des pH-Werts und der Syntheseparameter kann jedes dieser Polymorphe hergestellt werden. Einige interessierende chemische Spezies können auch zwischen ihren Schichten interkaliert werden, so dass Interkalationsmaterialien oder -verbindungen erzeugt werden. Dies stellt die Verwendung eines technologischeren Ansatzes für Al (OH) _{3 dar} . Seine anderen Verwendungen sind als Antazida.

Andererseits wird es als Rohmaterial zur Gewinnung von Aluminiumoxid verwendet, und seine Nanopartikel wurden als katalytischer Träger verwendet.

Struktur

Formel und Oktaeder

Die chemische Formel Al (OH) ₃ zeigt sofort an, dass das Verhältnis Al ³⁺ : OH ^- 1: 3 beträgt; Das heißt, es gibt drei OH ^- Anionen für jedes Al ^{3+ -} Kation. Dies entspricht der Aussage, dass ein Drittel seiner Ionen Aluminium entspricht. Somit interagieren Al ³⁺ und OH ^- elektrostatisch, bis ihre Anziehungsabstoßungen einen hexagonalen Kristall definieren.

Al ^{3+ ist jedoch} nicht unbedingt von drei OH umgeben ^- sondern von sechs; Daher sprechen wir von einem Koordinationsoktaeder, Al (OH) ₆ , in dem es sechs Al-O-Wechselwirkungen gibt. Jedes Oktaeder stellt eine Einheit dar, mit der der Kristall aufgebaut ist, und einige von ihnen nehmen trikline oder monokline Strukturen an.

Das untere Bild zeigt teilweise die Al (OH) ₆ -Oktaeder , da für das Al ³⁺ (hellbraune Kugeln) nur vier Wechselwirkungen beobachtet werden .

Sechseckiger Kristall aus Gibbsit, einem Aluminiumhydroxidmineral. Quelle: Benjah-bmm27.

Wenn diese Struktur sorgfältig beobachtet wird, die der des Minerals Gibbsit entspricht, ist ersichtlich, dass die weißen Kugeln die "Flächen" oder Oberflächen der Ionenschichten integrieren; Dies sind die Wasserstoffatome der OH ^- Ionen .

Beachten Sie auch, dass es eine Schicht A und eine andere B gibt (räumlich sind sie nicht identisch), die durch Wasserstoffbrücken miteinander verbunden sind.

Polymorphe

Die Schichten A und B sind nicht immer auf die gleiche Weise gekoppelt, ebenso wie sich ihre physikalische Umgebung oder Wirtsionen (Salze) ändern können. Folglich variieren Al (OH) ₃ -Kristalle in vier mineralogischen oder in diesem Fall polymorphen Formen.

Aluminiumhydroxid soll dann bis zu vier Polymorphe aufweisen: Gibbsit oder Hydrargillit (monoklin), Bayerit (monoklin), Doylit (triklin) und Nordstrandit (triklin). Von diesen Polymorphen ist Gibbsit das stabilste und am häufigsten vorkommende; Der Rest wird als seltene Mineralien eingestuft.

Wenn die Kristalle unter einem Mikroskop beobachtet würden, würde man sehen, dass ihre Geometrie hexagonal ist (obwohl etwas unregelmäßig). Der pH-Wert spielt eine wichtige Rolle beim Wachstum solcher Kristalle und bei der resultierenden Struktur; das heißt, bei einem gegebenen pH-Wert kann das eine oder andere Polymorph gebildet werden.

Wenn beispielsweise das Medium, in dem Al (OH) ₃ ausfällt, einen pH-Wert von weniger als 5,8 aufweist, wird Gibbsit gebildet; Wenn der pH-Wert höher als dieser Wert ist, entsteht Bayerit.

In grundlegenderen Medien neigen Nordstrandit- und Doyritkristalle zur Bildung. Als am häufigsten vorkommende Gibbsit ist dies eine Tatsache, die den Säuregehalt seiner verwitterten Umgebung widerspiegelt.

Eigenschaften

Aussehen

Weißer Feststoff, der in verschiedenen Formaten vorliegen kann: körnig oder pulverförmig und amorph.

Molmasse

78,00 g / mol

Dichte

2,42 g / ml

Schmelzpunkt

300 ° C. Es hat keinen Siedepunkt, da das Hydroxid Wasser verliert, um sich in Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid, Al ₂ O ₃ , umzuwandeln .

Wasserlöslichkeit

1 · 10 ^-4 g / 100 ml. Seine Löslichkeit nimmt jedoch mit der Zugabe von Säuren (H ₃ O ⁺ ) oder Alkalien (OH ^- ) zu.

Löslichkeitsprodukt

K _sp = 3 10 ^–34

Dieser sehr kleine Wert bedeutet, dass sich nur ein winziger Teil im Wasser löst:

Al (OH) ₃ (s) Al ³⁺ (aq) + 3OH ^- (aq)

Tatsächlich macht diese vernachlässigbare Löslichkeit es zu einem guten Säureneutralisator, da es die Magenumgebung nicht zu stark basisch macht, da es fast keine OH ^- Ionen freisetzt .

Amphoterismus

Al (OH) ₃ ist durch seinen amphoteren Charakter gekennzeichnet; Das heißt, es kann reagieren oder sich so verhalten, als wäre es eine Säure oder eine Base.

Zum Beispiel reagiert es mit H ₃ O ⁺ -Ionen (wenn das Medium wässrig ist), um den komplexen wässrigen ³⁺ zu bilden ; welches wiederum hydrolysiert wird, um das Medium anzusäuern, daher ist Al ³⁺ ein Säureion:

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

³⁺ (aq) + H ₂ O (l) ²⁺ (aq) + H ₃ O ⁺ (aq)

In diesem Fall soll sich Al (OH) ₃ wie eine Base verhalten, da es mit H ₃ O ⁺ reagiert . Andererseits kann es mit OH ^- reagieren und sich wie eine Säure verhalten:

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

Bei dieser Reaktion löst sich der weiße Niederschlag von Al (OH) ₃ vor dem Überschuss an OH ^- Ionen auf ; Dies ist nicht dasselbe mit anderen Hydroxiden wie Magnesium, Mg (OH) ₂ .

Das Al (OH) ₄ ^- , Alumination, kann geeigneter ausgedrückt werden als: ^- , wobei die Koordinationszahl von 6 für das Al ³⁺ -Kation (das Oktaeder) hervorgehoben wird.

Dieses Ion kann weiterhin mit mehr OH reagieren ^- bis das Koordinationsoktaeder: ^3- , das sogenannte Hexahydroxoaluminat-Ion, abgeschlossen ist.

Nomenklatur

Der Name "Aluminiumhydroxid", mit dem diese Verbindung am häufigsten bezeichnet wurde, entspricht dem Namen der Bestandsnomenklatur. Das (III) wird am Ende weggelassen, da die Oxidationsstufe von Aluminium in allen seinen Verbindungen +3 beträgt.

Die anderen beiden möglichen Namen für Al (OH) ₃ sind: Aluminiumtrihydroxid gemäß der systematischen Nomenklatur und der Verwendung der griechischen Zählerpräfixe; und Aluminiumhydroxid, das mit dem Suffix –ico endet, weil es eine einzige Oxidationsstufe hat.

Obwohl im chemischen Bereich die Nomenklatur von Al (OH) ₃ keine Herausforderung oder Verwirrung darstellt, neigt sie außerhalb dazu dazu, sich mit Mehrdeutigkeiten zu vermischen.

Beispielsweise ist das Mineral Gibbsit eines der natürlichen Polymorphe von Al (OH) ₃ , das auch als γ-Al (OH) ₃ oder α-Al (OH) _{3 bekannt ist} . Α-Al (OH) ₃ kann jedoch auch dem Mineral Bayerit oder β-Al (OH) ₃ gemäß der kristallographischen Nomenklatur entsprechen. Inzwischen werden die Polymorphe Nordstrandit und Doylit oft einfach als Al (OH) _{3 bezeichnet} .

Die folgende Liste fasst klar zusammen, was gerade erklärt wurde:

-Gibbsite: (γ oder α) -Al (OH) ₃

-Bayerit: (α oder β) -Al (OH) ₃

-Nordstrandit: Al (OH) ₃

-Doyleit: Al (OH) ₃

Anwendungen

Rohstoff

Aluminiumhydroxid wird sofort als Rohstoff für die Herstellung von Aluminiumoxid oder anderen anorganischen oder organischen Aluminiumverbindungen verwendet. Zum Beispiel: AlCl ₃ , Al (NO ₃ ) ₃ , AlF ₃ oder NaAl (OH) ₄ .

Katalytische Träger

Al (OH) ₃ -Nanopartikel können als katalytische Träger wirken; das heißt, der Katalysator bindet an sie, um auf ihrer Oberfläche fixiert zu bleiben, wo chemische Reaktionen beschleunigt werden.

Interkalationsverbindungen

Im Abschnitt über Strukturen wurde erklärt, dass Al (OH) ₃ aus Schichten oder Schichten A und B besteht, die gekoppelt sind, um einen Kristall zu definieren. Im Inneren befinden sich kleine oktaedrische Räume oder Löcher, die von anderen Ionen, metallischen oder organischen oder neutralen Molekülen besetzt werden können.

Wenn Al (OH) ₃ -Kristalle mit diesen Strukturmodifikationen synthetisiert werden , wird gesagt, dass eine Interkalationsverbindung hergestellt wird; das heißt, sie interkalieren oder fügen chemische Spezies zwischen den Blättern A und B ein. Auf diese Weise entstehen neue Materialien, die aus diesem Hydroxid hergestellt werden.

Feuerdämmend

Al (OH) ₃ ist ein gutes Flammschutzmittel, das als Füllstoff für viele Polymermatrizen Anwendung findet. Dies liegt daran, dass es Wärme absorbiert, um Wasserdampf freizusetzen, genau wie Mg (OH) ₂ oder Brucit.

Medizinisch

Al (OH) ₃ ist auch ein Neutralisator der Säure, der mit HCl in Magensekreten reagiert; wieder ähnlich dem Mg (OH) ₂ in Magnesia-Milch.

Beide Hydroxide können tatsächlich in verschiedenen Antazida gemischt werden, um die Symptome von Menschen mit Gastritis oder Magengeschwüren zu lindern.

Adsorbens

Beim Erhitzen unter seinen Schmelzpunkt wandelt sich Aluminiumhydroxid in aktiviertes Aluminiumoxid (sowie Aktivkohle) um. Dieser Feststoff wird als Adsorbens für unerwünschte Moleküle verwendet, sei es Farbstoffe, Verunreinigungen oder Schadgase.

Risiken

Die Risiken, die Aluminiumhydroxid darstellen kann, sind nicht auf einen Feststoff, sondern auf ein Arzneimittel zurückzuführen. Es benötigt keine Protokolle oder Vorschriften, um es zu lagern, da es nicht heftig mit Oxidationsmitteln reagiert und nicht brennbar ist.

Unerwünschte Nebenwirkungen wie Verstopfung und Hemmung von Phosphat im Darm können auftreten, wenn sie in Antazida von Drogerien eingenommen werden. Ebenso und obwohl es keine Studien gibt, die dies belegen, wurde es mit neurologischen Störungen wie der Alzheimer-Krankheit in Verbindung gebracht.

Verweise

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