ALUMINIUMHYDROXIDE: STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, GEBRUIK, RISICO'S - CHEMIE - 2025

Het aluminiumhydroxide is een anorganische verbinding met de chemische formule A a (OH) ₃ . In tegenstelling tot andere metaalhydroxiden is het een amfotere, in staat om te reageren of zich te gedragen als een zuur of een base, afhankelijk van het medium. Het is een witte vaste stof die vrijwel onoplosbaar is in water en daarom wordt het gebruikt als een bestanddeel van maagzuurremmers.

Net als Mg (OH) ₂ of bruciet, waarmee het bepaalde chemische en fysische eigenschappen deelt, ziet het er in zijn pure vorm uit als een saaie, amorfe vaste stof; maar wanneer het kristalliseert met enkele onzuiverheden, krijgt het kristallijne vormen alsof het parels zijn. Onder deze mineralen, natuurlijke bronnen van Al (OH) ₃ , is gibbsiet.

Speciaal gibbsiet-kristal. Bron: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Naast gibbsiet zijn er ook de mineralen bayeriet, nordstrandiet en doleyiet, die de vier polymorfen van aluminiumhydroxide vormen. Structureel lijken ze erg op elkaar, ze verschillen nauwelijks in de manier waarop de lagen of vellen ionen zijn gepositioneerd of gekoppeld, en ook in het soort onzuiverheden dat erin zit.

Door de pH- en syntheseparameters te regelen, kan elk van deze polymorfen worden bereid. Ook kunnen sommige interessante chemische soorten tussen de lagen worden geïntercaleerd, zodat er intercalatiematerialen of verbindingen ontstaan. Dit vertegenwoordigt het gebruik van een meer technologische benadering voor Al (OH) ₃ . De andere toepassingen zijn als maagzuurremmers.

Aan de andere kant wordt het gebruikt als grondstof om aluminiumoxide te verkrijgen, en zijn nanodeeltjes zijn gebruikt als katalytische drager.

Structuur

Formule en octaëder

De chemische formule Al (OH) ₃ geeft meteen aan dat de verhouding Al ³⁺ : OH ^- 1: 3 is; dat wil zeggen, er zijn drie OH ^- anionen voor elk Al ^{3 +} -kation , wat hetzelfde is als zeggen dat een derde van zijn ionen overeenkomt met aluminium. Al ³⁺ en OH ^- werken dus elektrostatisch samen totdat hun aantrekkingskracht-afstotingen een hexagonaal kristal definiëren.

Al ^{3+ is echter} niet noodzakelijkerwijs omgeven door drie OH ^- maar door zes; daarom spreken we van een coördinatie-octaëder, Al (OH) ₆ , waarin er zes Al-O-interacties zijn. Elke octaëder vertegenwoordigt een eenheid waarmee het kristal is gebouwd, en een aantal ervan neemt trikliene of monokliene structuren aan.

De onderste afbeelding stelt gedeeltelijk de Al (OH) ₆ octaëders voor , aangezien er slechts vier interacties worden waargenomen voor de Al ³⁺ (lichtbruine bollen).

Hexagonaal kristal van gibbsiet, een aluminiumhydroxidemineraal. Bron: Benjah-bmm27.

Als deze structuur zorgvuldig wordt waargenomen, die overeenkomt met die van het mineraal gibbsiet, kan worden gezien dat de witte bollen de "vlakken" of oppervlakken van de ionenlagen vormen; dit zijn de waterstofatomen van de OH ^- ionen .

Merk ook op dat er een laag A en een andere B is (ruimtelijk gezien zijn ze niet identiek), met elkaar verbonden door waterstofbruggen.

Polymorfen

De lagen A en B zijn niet altijd op dezelfde manier gekoppeld, net zoals hun fysieke omgeving of gastheerionen (zouten) kunnen veranderen. Bijgevolg variëren Al (OH) _3- kristallen in vier mineralogische of, in dit geval, polymorfe vormen.

Van aluminiumhydroxide wordt dan gezegd dat het tot vier polymorfen heeft: gibbsiet of hydrargilliet (monoklien), bayeriet (monoklien), doyleiet (triklien) en nordstrandiet (triklien). Van deze polymorfen is gibbsiet de meest stabiele en overvloedige; de rest is geclassificeerd als zeldzame mineralen.

Als de kristallen onder een microscoop zouden worden waargenomen, zou men zien dat hun geometrie hexagonaal is (hoewel enigszins onregelmatig). De pH speelt een belangrijke rol bij de groei van dergelijke kristallen en op de resulterende structuur; dat wil zeggen dat bij een pH een polymorfe of een andere kan worden gevormd.

Als het medium waarin Al (OH) ₃ neerslaat bijvoorbeeld een pH lager dan 5,8 heeft, wordt gibbsiet gevormd; terwijl als de pH hoger is dan deze waarde, bayeriet wordt gevormd.

In meer basale media vormen zich meestal nordstrandiet- en doyleietkristallen. Omdat het dus de meest voorkomende gibbsiet is, is het een feit dat de zuurgraad van zijn verweerde omgevingen weerspiegelt.

Eigendommen

Fysiek uiterlijk

Witte vaste stof die in verschillende formaten kan voorkomen: korrelig of poeder, en amorf van uiterlijk.

Molaire massa

78,00 g / mol

Dichtheid

2,42 g / ml

Smeltpunt

300 ° C. Het heeft geen kookpunt omdat het hydroxide water verliest om te worden omgezet in aluminiumoxide of aluminiumoxide, Al ₂ O ₃ .

Oplosbaarheid in water

1 · ^10-4 g / 100 ml. De oplosbaarheid neemt echter toe met de toevoeging van zuren (H ₃ O ⁺ ) of logen (OH ^- ).

Oplosbaarheid product

K _sp = 3 10 ⁻³⁴

Deze zeer kleine waarde betekent dat slechts een klein deel oplost in water:

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

En in feite maakt deze verwaarloosbare oplosbaarheid het een goede zuurneutralisator, aangezien het de maagomgeving niet te veel baseert omdat het bijna geen OH ^- ionen afgeeft .

Amfoterie

Al (OH) ₃ wordt gekenmerkt door zijn amfotere karakter; dat wil zeggen, het kan reageren of zich gedragen alsof het een zuur of een base is.

Bijvoorbeeld reageert met H ₃ O ⁺ -ionen (indien het medium water) om het complex te vormen waterige ³⁺ ; dat op zijn beurt wordt gehydrolyseerd om het medium aan te zuren , daarom is Al ³⁺ een zuurion:

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

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

Wanneer dit gebeurt, wordt er gezegd dat Al (OH) ₃ zich gedraagt ​​als een base, omdat het reageert met H ₃ O ⁺ . Aan de andere kant kan het reageren met OH ^- en zich gedragen als een zuur:

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

Bij deze reactie lost het witte neerslag van Al (OH) ₃ op voordat de overmaat OH ^- ionen ; Dit is niet hetzelfde met andere hydroxiden, zoals magnesium, Mg (OH) ₂ .

Het Al (OH) ₄ ^- , aluminaat-ion, kan beter worden uitgedrukt als: ^- , waarbij het coördinatiegetal 6 voor het Al ³⁺ kation (de octaëder) wordt benadrukt .

Dit ion kan blijven reageren met meer OH ^- totdat de coördinatie octaëder: ³ is voltooid , het hexahydroxoaluminaat-ion genoemd.

Nomenclatuur

De naam 'aluminiumhydroxide', waarmee deze verbinding het vaakst wordt genoemd, komt overeen met de naam van de voorraadnomenclatuur. De (III) wordt aan het einde ervan weggelaten, aangezien de oxidatietoestand van aluminium in al zijn verbindingen +3 is.

De andere twee mogelijke namen om naar Al (OH) ₃ te verwijzen zijn: aluminiumtrihydroxide, volgens de systematische nomenclatuur en het gebruik van de Griekse voorvoegsels voor de teller; en aluminiumhydroxide, eindigend met het achtervoegsel –ico omdat het een enkele oxidatietoestand heeft.

Hoewel de nomenclatuur van Al (OH) _{3 op} chemisch gebied geen enkele uitdaging of verwarring vertegenwoordigt, wordt deze daarbuiten vaak gemengd met dubbelzinnigheden.

Het mineraal gibbsiet is bijvoorbeeld een van de natuurlijke polymorfen van Al (OH) ₃ , ook wel γ-Al (OH) ₃ of α-Al (OH) _{3 genoemd} . Volgens de kristallografische nomenclatuur kan α-Al (OH) ₃ echter ook overeenkomen met het mineraal bayeriet, of β-Al (OH) ₃ . Ondertussen worden de polymorfen nordstrandiet en doyleiet vaak eenvoudigweg aangeduid als Al (OH) ₃ .

De volgende lijst vat duidelijk samen wat zojuist is uitgelegd:

-Gibbsiet: (γ of α) -Al (OH) ₃

-Bayerite: (α of β) -Al (OH) ₃

-Nordstrandite: Al (OH) ₃

-Doyleite: Al (OH) ₃

Toepassingen

Grondstof

Aluminiumhydroxide wordt onmiddellijk gebruikt als grondstof voor de productie van aluminiumoxide of andere verbindingen, anorganisch of organisch, van aluminium; bijvoorbeeld: AlCl ₃ , Al (NO ₃ ) ₃ , AlF ₃ of NaAl (OH) ₄ .

Katalytische steunen

Al (OH) _3- nanodeeltjes kunnen dienen als katalytische dragers; dat wil zeggen, de katalysator bindt zich eraan om op hun oppervlak gefixeerd te blijven, waar chemische reacties worden versneld.

Intercalatieverbindingen

In de sectie over structuren werd uitgelegd dat Al (OH) ₃ bestaat uit lagen of vellen A en B, gekoppeld om een ​​kristal te definiëren. Binnenin zijn er kleine octaëdrische ruimtes of gaten die kunnen worden ingenomen door andere ionen, metalen of organische of neutrale moleculen.

Wanneer Al (OH) _3- kristallen met deze structurele modificaties worden gesynthetiseerd , wordt er gezegd dat er een intercalatieverbinding wordt bereid; dat wil zeggen, ze intercaleren of voegen chemische soorten in tussen vellen A en B. Door dit te doen, ontstaan ​​nieuwe materialen gemaakt van dit hydroxide.

Brandvertragend

Al (OH) ₃ is een goede brandvertrager die wordt toegepast als vulstof voor veel polymere matrices. Dit komt omdat het warmte absorbeert om waterdamp vrij te maken, net zoals Mg (OH) ₂ of bruciet dat doet.

Medicinaal

Al (OH) ₃ is ook een neutralisator van zuurgraad en reageert met HCl in maagsecreties; nogmaals, vergelijkbaar met de Mg (OH) ₂ in melk van magnesiumoxide.

Beide hydroxiden kunnen in feite worden gemengd in verschillende antacida, die worden gebruikt om de symptomen van mensen met gastritis of maagzweren te verlichten.

Adsorbens

Bij verhitting tot onder het smeltpunt, verandert aluminiumhydroxide in geactiveerd aluminiumoxide (evenals actieve kool). Deze vaste stof wordt gebruikt als adsorptiemiddel voor ongewenste moleculen, of het nu gaat om kleurstoffen, onzuiverheden of vervuilende gassen.

Risico's

De risico's die aluminiumhydroxide kan opleveren, zijn er niet als vaste stof, maar als medicijn aan te wijten. Het heeft geen protocol of regelgeving nodig om het op te slaan, aangezien het niet krachtig reageert met oxidatiemiddelen en het niet brandbaar is.

Bij inname via antacida die verkrijgbaar zijn bij apotheken, kunnen ongewenste bijwerkingen optreden, zoals obstipatie en remming van fosfaat in de darmen. Ook, en hoewel er geen studies zijn om het te bewijzen, is het in verband gebracht met neurologische aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer.

Referenties

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde . (Vierde druk). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Aluminiumhydroxide. Hersteld van: en.wikipedia.org
3. Nationaal centrum voor informatie over biotechnologie. (2019). Aluminiumhydroxide. PubChem-database. CID = 10176082. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Danielle Reid. (2019). Aluminiumhydroxide: formule en bijwerkingen. Studie. Hersteld van: study.com
5. Robert Schoen en Charles E. Roberson. (1970). Structuren van aluminiumhydroxide en geochemische implicaties. The American Mineralogist, Vol 55.
6. Vitaly P. Isupov & col. (2000). Synthese, structuur, eigenschappen en toepassing van aluminiumhydroxide-intercalatieverbindingen. Chemie voor duurzame ontwikkeling 8,121-127.
7. Verdovende middelen. (24 maart 2019). Bijwerkingen van aluminiumhydroxide. Hersteld van: drugs.com