Υδροξείδιο του αργιλίου

Το υδροξείδιο του αργιλίου (Aluminium hydroxide), Al(OH)3, βρίσκεται στη φύση ως το ορυκτό γυψίτης (ή γιββσίτης, ή γκιμπσίτης) (gibbsite), (γνωστό και ως υδραργιλίτης (hydrargillite)) και στις τρεις πιο σπάνιες πολυμορφικές μορφές του : μπαγιερίτης (bayerite), ντοϊλεΐτης (doyleite) και νορντστραντίτης (nordstrandite). Στενά σχετικά είναι το οξυυδροξείδιο του αργιλίου (aluminium oxide hydroxide), AlO(OH) και το οξείδιο του αργιλίου (ή αλουμίνα), Al2O3. Αυτές οι ενώσεις μαζί είναι τα κύρια συστατικά του μεταλλεύματος βωξίτη του αργιλίου. Πρόσφατα καταβυθισμένο υδροξείδιο του αργιλίου σχηματίζει γέλες, που είναι η βάση για την εφαρμογή των αλάτων του αργιλίου ως κροκιδωτικά στον καθαρισμό του νερού. Αυτή η γέλη κρυσταλλώνεται με την πάροδο του χρόνου. Οι γέλες του υδροξειδίου του αργιλίου μπορούν να αφυδατωθούν (π.χ. χρησιμοποιώντας μη υδατικούς διαλύτες που είναι αναμείξιμοι με το νερό όπως η αιθανόλη) για να σχηματίσουν μια άμορφη σκόνη υδροξειδίου του αργιλίου, που διαλύεται εύκολα σε οξέα. Η σκόνη υδροξειδίου του αργιλίου που έχει θερμανθεί σε μια αυξημένη θερμοκρασία κάτω από προσεκτικά ελεγχόμενες συνθήκες είναι γνωστή ως ενεργοποιημένο οξείδιο του αργιλίου και χρησιμοποιείται ως ξηραντικό, ως προσροφητικό στον καθαρισμό αερίων, ως βάση του καταλύτη Κλάους (Claus) για τον καθαρισμό του νερού και ως προσροφητικό του καταλύτη κατά τη διάρκεια παραγωγής του πολυαιθυλενίου με τη διεργασία Sclairtech.

 Η ονομασία των διαφορετικών μορφών του υδροξειδίου του αργιλίου είναι διφορούμενη και δεν υπάρχει γενικό πρότυπο. Και οι τέσσερις πολυμορφισμοί έχουν χημική σύσταση ως τριυδροξείδιο του αργιλίου (ένα άτομο αργιλίου με τρεις ομάδες υδροξειδίου).Ο γυψίτης είναι επίσης γνωστός ως υδραργιλίτης ονομασμένο από τις ελληνικές λέξεις νερό και άργιλος. Η πρώτη ένωση με το όνομα υδραργιλίτης πιστευόταν ότι είναι το υδροξείδιο του αργιλίου, αλλά αργότερα ανακαλύφθηκε ότι είναι το φωσφορικό αργίλιο· παρ'όλα αυτά, και ο γυψίτης και ο υδραργιλίτης χρησιμοποιούνται για να αναφέρονται στον ίδιο πολυμορφισμό του υδροξειδίου του αργιλίου, με τον γυψίτη να χρησιμοποιείται πιο συχνά στις Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής και τον υδραργιλίτης συχνότερα στην Ευρώπη. Το 1930 αναφέρθηκε ως α-τριένυδρο οξείδιο του αργιλίου σε αντίθεση με το μπαγιερίτη που ονομάστηκε β-τριένυδρο οξείδιο του αργιλίου (οι ονομασίες άλφα και βήτα χρησιμοποιήθηκαν για να διαφοροποιήσουν την πιο συνηθισμένη και τη λιγότερο συνηθισμένη μορφή αντίστοιχα). Το 1957 ένα συμπόσιο για την ονομασία του οξειδίου του αργιλίου προσπάθησε να αναπτύξει ένα γενικό πρότυπο, που είχε ως αποτέλεσμα ο γυψίτης να ονομαστεί γ-Al(OH)3, ο μπαγιερίτης να γίνει α-Al(OH)3 και ο νορστραντίτης να ονομαστεί ως Al(OH)3. Με βάση τις κρυσταλλογραφικές τους ιδιότητες, μια προταθείσα ονοματολογία είναι για τον γυψίτη α-Al(OH)3, για τον μπαγιερίτη β-Al(OH)3, και για τα νορστραντίτη και ντοϊλεΐτη (doyleite) να ονομαστούν Al(OH)3. Σύμφωνα με αυτήν την ονοματολογία, τα α and β προθήματα αναφέρονται στον εξαγωνικό, σε πυκνές δομές και τροποποιημένους ή αφυδατωμένους πολυμερισμούς αντίστοιχα, χωρίς καμία διαφοροποίηση μεταξύ νορντστραντίτη και ντοϊλεΐτη. Ο γυψίτης έχει μια τυπική δομή υδροξειδίου του μετάλλου με δεσμούς υδρογόνου. Δημιουργείται από διπλά στρώματα των υδροξυλομάδων με τα ιόντα αργιλίου να καταλαμβάνουν τα δύο τρίτα των οκταεδρικών οπών μεταξύ των δύο στρωμάτων.Το υδροξείδιο του αργιλίου είναι επαμφοτερίζον. Διαλύεται σε οξύ, σχηματίζοντας [Al(H2O)6]3+ (εξαένυδρο αργίλιο) ή τα προϊόντα υδρόλυσης του. Διαλύεται επίσης σε ισχυρά αλκάλεα, σχηματίζοντας [Al(OH)4]−. Τέσσερα πολύμορφα του υδροξειδίου του αργιλίου υπάρχουν, όλα με βάση τον συνήθη συνδυασμό ενός ατόμου αργιλίου με τρία υδροξείδια σε διαφορετικές κρυσταλλικές διατάξεις που καθορίζουν την εμφάνιση και τις ιδιότητες της ένωσης. Οι τέσσερις συνδυασμοί είναι: Γυψίτης Μπαγιερίτης Νορστραντίτης ΝτοιλεΐτηςΌλα τα πολύμορφα αποτελούνται από στρώματα οκταεδρικών μορίων του υδροξειδίου του αργιλίου με το άτομο του αργιλίου στο κέντρο και τις υδοξυλομάδες στις πλευρές, με τους δεσμούς υδρογόνου να κρατούν μαζί τα στρώματα. Οι πολυμορφισμοί διαφέρουν στο πώς τα στρώματα στοιβάζονται μαζί, με τις διατάξεις των μορίων και των στρωμάτων να καθορίζονται από την οξύτητα, την παρουσία ιόντων (συμπεριλαμβανόμενου του άλατος) και την επιφάνεια των ορυκτών που σχηματίζει η ουσία. Κάτω από τις περισσότερες συνθήκες ο γυψίτης είναι η πιο συνηθισμένη χημικά σταθερή μορφή του υδροξειδίου του αργιλίου. Όλες οι μορφές των κρυστάλλων του Al(OH)3 είναι εξαγωνικές. Ουσιαστικά όλο το χρησιμοποιούμενο εμπορικά υδροξείδιο του αργιλίου παρασκευάζεται με τη διεργασία Μπάγιερ που εμπεριέχει τη διάλυση του βωξίτη σε υδροξείδιο του νατρίου σε θερμοκρασία μέχρι 270 °C (518 °F). Το στερεό που απομένει, που είναι μια κόκκινη λάσπη, διαχωρίζεται και το υδροξείδιο του αργιλίου καθιζάνει από το εναπομένον διάλυμα. Αυτό το υδροξείδιο του αργιλίου μπορεί να μετατραπεί σε οξείδιο του αργιλίου με πύρωση. Η κόκκινη λάσπη είναι επιβλαβής στο περιβάλλον και πολύ τοξική. Αποθηκεύεται συνήθως σε μεγάλες τεχνητές λίμνες. Αυτό οδήγησε στη διαρροή τοξικής λάσπης στην Ουγγαρία το 2010, σκοτώνοντας εννέα ανθρώπους και τραυματίζοντας 122. Το φράγμα που συγκρατούσε την κόκκινη λάσπη εξερράγη, με αποτέλεσμα την μόλυνση μεγάλων περιοχών γης και υδάτων. Η ετήσια παραγωγή είναι περίπου 100 εκατομμύρια τόνοι, και πάνω από 90% της παραγωγής μετατρέπεται σε οξείδιο του αργιλίου που χρησιμοποιείται στην παρασκευή του μετάλλου αργιλίου. Οι κυριότερες άλλες χρήσεις του υδροξειδίου του αργιλίου είναι ως πρώτη ύλη για την κατασκευή άλλων ενώσεων του αργιλίου: ειδικά πυρωμένα οξείδια του αργιλίου, θειικό αργίλιο, χλωριούχο πολυαργίλιο, χλωριούχο αργίλιο, ζεόλιθοι, αργιλικό νάτριο, ενεργοποιημένο οξείδιο του αργιλίου, νιτρικό αργίλιο. Το υδροξείδιο του αργιλίου χρησιμοποιείται επίσης ως πληρωτής επιβραδυντικού φωτιάς σε εφαρμογές πολυμερών με παρόμοιο τρόπο όπως το υδροξείδιο του μαγνησίου και μείγματα από χουντίτη και υδρομαγνησίτη. Αποσυντίθεται στους περίπου 180 °C (356 °F), απορροφώντας μια σημαντική ποσότητα θερμότητας στη διεργασία και εκπέμποντας υδρατμούς. Πέρα από τη συμπεριφορά του ως επιβραδυντικού φωτιάς, είναι πολύ αποτελεσματικό ως κατασταλτικό καπνού σε ένα ευρύ φάσμα πολυμερών και ειδικότερα σε πολυεστέρες, ακρυλικά, αιθυλενίου-οξικού βινυλίου, εποξικά, PVC και ελαστικά. Με το γενικό όνομα algeldrate, το υδροξείδιο του αργιλίου χρησιμοποιείται ως αντιόξινο. Τα εμπορικά ονόματα περιλαμβάνουν Alu-Cap, Aludrox, Gaviscon ή Pepsamar. Αντιδρά με την περίσσεια του οξέος στο στομάχι, μειώνοντας την οξύτητα του περιεχομένου του στομάχου, που μπορεί να ανακουφίσει τα συμπτώματα του έλκους, καούρας ή δυσπεψίας. Μπορεί όμως να προκαλέσει δυσκοιλιότητα και γι' αυτό χρησιμοποιείται συχνά με υδροξείδιο του μαγνησίου ή ανθρακικό μαγνήσιο, που έχουν αντισταθμιστικά καθαρτικά αποτελέσματα. Αυτή η ένωση χρησιμοποιείται επίσης για να ελέγξει τα επίπεδα φωσφορικών (φωσφόρου) στο αίμα ατόμων που υποφέρουν από νεφρική ανεπάρκεια. Το καταβυθισμένο υδροξείδιο του αργιλίου περιλαμβάνεται ως ενισχυτικό σε μερικά εμβόλια (π.χ. εμβόλιο του άνθρακα). Ένα από τα πιο γνωστά εμπορικά ονόματα του ενισχυτικού υδροξειδίου του αργιλίου είναι Alhydrogel, που παρασκευάζεται από την Brenntag. Επειδή απορροφά καλά τις πρωτεΐνες, λειτουργεί επίσης στη σταθεροποίηση των εμβολίων αποτρέποντας την καθίζηση ή την προσκόλληση των πρωτεϊνών στα τοιχώματα του περιέκτη κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης. Τα εμβόλια που περιέχουν υδροξείδιο του αργιλίου διεγείρουν το ανοσοποιητικό σύστημα επάγοντας την απελευθέρωση ουρικού οξέος, ενός ανοσολογικού σήματος κινδύνου. Αυτό έλκει έντονα συγκεκριμένους τύπους μονοκυττάρων που διαφοροποιούνται σε δενδριτικά κύτταρα. Τα δενδριτικά κύτταρα παίρνουν το αντιγόνο, το μεταφέρουν σε λεμφαδένες και διεγείρουν κύτταρα Τ και B. Φαίνεται ότι συνεισφέρουν στην επαγωγή μιας καλής απόκρισης των βοηθητικών κυττάρων Τ2, έτσι είναι χρήσιμα για την ανοσοποίηση κατά παθογόνων που εμποδίζονται από αντισώματα. Όμως, έχει μικρή δυνατότητα διέγερσης κυτταρικών (Th1) ανοσολογικών αποκρίσεων, σημαντικών στην προστασία κατά πολλών παθογόνων, ούτε είναι χρήσιμο όταν το αντιγόνο είναι με βάση πεπτίδιο. Δυνητικά δυσμενείς επιπτώσεις Στις δεκαετίες 1960 και 1970 θεωρήθηκε ότι το αργίλιο συνδέεται με διάφορες νευρολογικές διαταραχές συμπεριλαμβανόμενης της νόσου Αλτσχάιμερ. Από τότε, πολλές επιδημιολογικές μελέτες δεν βρήκαν καμιά συσχέτιση μεταξύ της έκθεσης στο αργίλιο και νευρολογικών διαταραχών.Η παθολογική ανθεκτικότητα του υδροξειδίου του αργιλίου που χρησιμοποιείται σε κάποια εμβόλια έχει επίσης συσχετιστεί με τη μακροφαγική μυονευρωσίτιδα (macrophagic myofasciitis), μια σπάνια μυική νόσο. International Chemical Safety Card 0373 "Some properties of aluminum hydroxide precipitated in the presence of clays", Soil Research Institute, R C Turner, Department of Agriculture, Ottawa Effect of aging on properties of polynuclear hydroxyaluminum cations A second species of polynuclear hydroxyaluminum cation, its formation and some of its properties