موضوع مقاله: ترکیبات آلومینیوم | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # ترکیبات آلومینیوم | مقدمه: 112–3 با این حال، بر خلاف سایر فلزات پس از فلزات واسطه، هسته زیرین زیر پوسته ظرفیتی آلومینیوم، هسته گاز نجیب سری قبلی جدول است، در حالی که برای گالیم و ایندیم، هسته گاز نجیب قبلی به اضافه یک زیر پوسته d پر شده‌است. | ## بخش 1: ترکیبات آلومینیوم | برای تالیم و نیهونیوم هسته گاز نجیب قبلی به اضافه یک زیر پوسته‌های d و f پر شده‌است. از این رو، آلومینیوم دارای اثرات محافظت ناقص الکترون‌های ظرفیتی به وسیله الکترون‌های درونی هسته که فلزات سنگین تر مشابه آن این خاصیت را دارند، ندارد. رفتارهای الکترومثبت آلومینیوم، میل ترکیبی بالا برای اکسیژن، و پتانسیل الکترود استاندارد بسیار منفی، اکثراً شبیه رفتارهای اسکاندیم، ایتریم، لانتانیم و اکتینیم هستند که از سه الکترون ظرفیت خارج از یک هسته گاز نجیب دارای پیکربندی ds2 هستند: در بین این فلزات آلومینیوم بیشترین فلز الکترو مثبت در این گروه هست. (آنها ساختار الکترونیک‌های ظرفیتی یکسانی دارند) و هر دوی آن‌ها مانند اسیدهای لوئیس رفتار می‌کنند و به آسانی ترکیبات اضافی تشکیل می‌دهند؛King, p. 241 علاوه بر این، یکی از نقوش اصلی شیمی بور ، ساختارهای ایکو وجهی منظم است و آلومینیوم بخش مهمی از بسیاری از آلیاژهای شبه کریستال ایکو وجهی، از جمله کلاس Al-Zn-Mg را تشکیل می‌دهد.King, pp. همچنین طیف وسیعی از ترکیبات بین فلزی شامل فلزاتی از هر گروه جدول تناوبی را تشکیل می‌دهد. آلومینیوم دارای میل شیمیایی بالایی به اکسیژن است که آن را برای استفاده به عنوان یک عامل کاهنده در واکنش ترمایت مناسب می‌کند. با این حال، در شرایط عادی، آلومینیوم یک لایه اکسید نازک تشکیل می‌دهد که از فلز در برابر خوردگی بیشتر به وسیله اکسیژن، آب یا اسید رقیق محافظت می‌کند. 224–7 این لایه در تماس با جیوه به علت ادغام شدن یا در تماس با نمک برخی از فلزات با الکترونگاتیویتی مثبت از بین می‌رود. 222–4 علاوه بر این، اگر چه واکنش آلومینیوم با آب در دمای کمتر از ۲۸۰ درجه سانتیگراد برای تولید هیدروژن مورد توجه است، کاربرد تجاری این واقعیت در دور زدن لایه اکسید غیرفعال که واکنش را مهار می‌کند و در ذخیره انرژی مورد نیاز برای بازسازی فلز آلومینیوم چالش‌هایی دارد. لوله‌کشی خانگی هرگز از آلومینیوم ساخته نمی‌شود زیرا در درجه اول به دلیل اینکه به وسیله کلریدهای محلول مانند کلرید سدیم معمولی، خورده می‌شود. با این حال، به دلیل مقاومت عمومی آن در برابر خوردگی، آلومینیوم یکی از معدود فلزاتی است که بازتاب نقره ای را در حالت پودری با اندازه‌های ریز حفظ می‌کند و آن را به یکی از اجزای مهم رنگ‌های نقره ای تبدیل می‌کند. آلومینیوم با سطح براق آینه ای بالاترین بازتاب را در بین فلزات مناطق ۲۰۰–۴۰۰ نانومتر (UV) و ۳۰۰۰–۱۰۰۰۰ نانومتر (IR دور) دارد؛ در محدوده مرئی ۴۰۰–۷۰۰ نانومتر قلع و نقره کمی بهتر از آلومینیوم هستند و در ۷۰۰–۳۰۰۰ نانومتر (IR نزدیک) نقره، طلا و مس کمی بهتر از آلومینیوم هستند. در اسید هیدروکلریک غلیظ داغ، آلومینیوم با آب واکنش می‌دهد و هیدروژن تولید می‌کند، و در هیدروکسید سدیم یا هیدروکسید پتاسیم آبدار در دمای اتاق برای تشکیل آلومینات‌ها واکنش می‌دهد - غیرفعال شدن محافظ در این شرایط ناچیز است. 224–7 اسیدهای اکسید کننده به‌طور مؤثر به آلومینیوم با خلوص بالا حمله نمی‌کنند زیرا لایه اکسید فلز را تشکیل می‌دهد و این لایه از فلز محافظت می‌کند. این موضوع اجازه می‌دهد تا از آلومینیوم برای ذخیره موادی مانند اسید نیتریک، اسید سولفوریک غلیظ و برخی اسیدهای آلی استفاده شود. ترکیبات غیر آلی اکثریت قریب به اتفاق ترکیبات، از جمله تمام مواد معدنی حاوی آلومینیوم و همه ترکیبات آلومینیومی مهم تجاری، دارای آلومینیوم در حالت اکسیداسیون ۳+ هستند. عدد هم آرایی چنین ترکیباتی متفاوت است، اما به‌طور کلی Al3+ دارای شش یا چهار مختصات است. 242–52 چنین محلول‌هایی، اسیدی هستند زیرا این کاتیون می‌تواند به عنوان دهنده پروتون عمل کند و به تدریج با هیدرولیزه شدن به 2+[Al(H2O)5(OH ,+[Al(H2O)4(OH)2] و غیره تبدیل می‌شوند. | ## بخش 2: ترکیبات آلومینیوم | این برای شفاف سازی آب مفید است، زیرا رسوب بر روی ذرات معلق موجود در آب جوانه زنی می‌کند و در نتیجه آنها را از بین می‌برد. هیدروکسید آلومینیوم هم نمک‌ها و هم آلومینات‌ها را تشکیل می‌دهد و در اسیدها و قلیایی‌ها حل می‌شود و همچنین در پیوستن به ترکیبات اکسیدی اسیدی و بازی در آن‌ها حل می‌شود: Al2O3 + 3 SiO2 Al2(SiO3)3 Al2O3 + CaO Ca(AlO2)2 این رفتار Al(OH)3 آمفوتریسم نامیده می‌شود و مشخصه کاتیون‌های ضعیف بازی است که هیدروکسیدهای نامحلول را تشکیل می‌دهند و گونه‌های هیدراته آنها نیز می‌توانند پروتون‌های خود را اهدا کنند. یکی از تأثیرات این قضیه این است که نمک‌های آلومینیوم با اسیدهای ضعیف در آب با هیدروکسیده شدن به هیدروکسید آبدار و هیدرید غیرفلزی مربوطه تبدیل می‌شوند: سولفید آلومینیوم، سولفید هیدروژن را تولید می‌کند، نیترید آلومینیوم، آمونیاک را و کاربید آلومینیوم، متان را تولید می‌کند. سیانید آلومینیوم، استات و کربنات در محلول آبی وجود دارند اما در حالت فعلی آن‌ها ناپایدار هستند. هیدرولیز ناقص فقط برای نمک‌های دارای اسیدهای قوی مانند هالیدها، نیترات‌ها و سولفات‌ها صورت می‌گیرد. بر خلاف ساختار سه تری هالید سنگین تر، فلوراید آلومینیوم (AlF3) دارای آلومینیوم با شش مختصات است که بیانگر فرار نبودن و حل نشدن آن و همچنین گرمای زیاد تشکیل آن است. هر اتم آلومینیوم توسط شش اتم فلوئور در یک آرایش هشت وجهی تحریف شده (پیچیده شده) احاطه شده‌است. هر اتم فلوئور بین گوشه‌های دو هشت وجهی در ساختار ReO 3 پیچیده شده به اشتراک گذاشته شده‌است. 233–7 چنین تفاوت‌هایی در هماهنگی بین فلوریدها و هالیدهای سنگین‌تر غیرعادی نیستند، به عنوان مثال در Sn IV و Bi III نیز این تفاوت‌ها وجود دارند. AlF 3 در ۱۲۹۰ درجه سانتی گراد (۲۳۵۴ درجه فارنهایت) ذوب می‌شود و از واکنش اکسید آلومینیوم با گاز هیدروژن فلوراید در دمای به وجود می‌آید. تری هالیدهای دیگر دیمری یا پلیمری هستند که چهار ضلعی‌های چهار مختصاتی با آلومینویم در مرکز آن‌ها. تری کلرید آلومینیوم (AlCl3) در زیر نقطه ذوب خود دارای ساختار پلیمری لایه ای است اما با ذوب شدن به دایمرهای Al2Cl6 با افزایش همزمان ۸۵ درصد حجم و از دست دادن تقریباً کل هدایت الکتریکی خود تبدیل می‌شوند. این مواد هنوز در فاز گاز در دماهای پایین (۱۵۰–۲۰۰ درجه سانتی گراد) غالب هستند، اما در دماهای بالاتر به‌طور فزاینده به مونومرهای AlCl3 مسطح مثلثی شبیه به ساختار جدا BCL3 تبدیل می‌شوند. ماهیت اسیدی لوئیسی آنها، آنها را به عنوان کاتالیزور برای واکنش‌های فریدل- کرافت مفید می‌کند. تری کلرید آلومینیوم دارای کاربردهای صنعتی عمده ای است که شامل این واکنش می‌شود، مانند ساخت آنتراکینون‌ها و استایرن‌ها. همچنین اغلب به عنوان پیش ماده برای بسیاری از ترکیبات آلومینیوم دیگر و به عنوان یک واکنش‌گر برای تبدیل فلوریدهای غیر فلزی به کلریدهای مربوطه (یک واکنش ترانس هالوژناسیون) استفاده می‌شود. 242–52 از آنجایی که کوراندوم بسیار سخت است (سختی Mohs 9)، دارای نقطه ذوب بالایی ، فراریت بسیار کم، از نظر شیمیایی خنثی، عایق الکتریکی خوب است. اغلب در ساینده‌ها (مانند خمیر دندان)، به عنوان ماده نسوز و در سرمانیک استفاده می‌شود و همچنین به عنوان ماده اولیه برای تولید فلز آلومینیوم از فرایند الکترولیت از آن استفاده می‌شود. بیشتر آنها از سنگ معدن با به‌کارگیری انواع فرآیندهای مرطوب با استفاده از اسید و باز تولید می‌شوند. | ## بخش 3: ترکیبات آلومینیوم | این مواد برای تولید آلومینیوم اهمیت اساسی دارند و خود به تنهایی بسیار مفید هستند. هر سه با واکنش مستقیم عناصر خود در حدود و هیدرولیز کامل با سرعت بالا در آب، هیدروکسید آلومینیوم و کالکوژنید هیدروژن مرتبط را تولید می‌کنند. از آنجایی که آلومینیوم نسبت به این کالکوژن‌ها اتم کوچکی است، این کالکوژن‌ها دارای آلومینیوم چهار وجهی مختصات چهارگانه با پلی مورف‌های مختلف با ساختارهای مشابه ورتزیت هستند. در این کالکوژن‌ها دو سوم مکان‌های فلزی ممکن به صورت منظم (α) یا تصادفی (β) اشغال شده‌اند؛ سولفید همچنین دارای یک فرم γ مربوط به γ-آلومینا، و یک فرم شش ضلعی غیر معمول با دمای بالا است که در آن نیمی از اتم‌های آلومینیوم دارای چهار وجهی چهار مختصاتی و نیمی دیگر دارای سه ضلعی دو هرمی پنج مختصاتی هستند.Greenwood and Earnshaw, pp. همه آنها نیمه هادی‌های III-V ایزوالکترونیک نسبت به سیلیکون و ژرمانیوم هستند که همه آنها به جز AlN ساختار ترکیبی روی دارند. هر چهار ترکیب را می‌توان با واکنش مستقیم در دمای بالا (و احتمالاً فشار بالا) عناصر سازنده آنها ایجاد کرد. حالت‌های اکسیداسیون نادرتر اگرچه اکثر ترکیبات آلومینیوم دارای مرکزهای 3+Al هستند، ترکیباتی با حالت اکسیداسیون پایین‌تر شناخته شده‌اند و گاهی اوقات به عنوان پیش‌ساز گونه‌های 3+Al اهمیت دارند. ناپایداری آنها در فاز متراکم به دلیل عدم تناسب آنها با آلومینیوم و تری هالید مربوطه است: واکنش معکوس در دماهای بالا ترجیح داده می‌شود (اگرچه حتی در آن شزایط، آنها هنوز هم عمر کوتاهی دارند) که توضیح می‌دهد چرا AlF3 هنگام گرم شدن در وجود فلز آلومینیوم فرارتر است. 233–7 یک فراورده پایدار از مونویدید آلومینیوم، ترکیب اضافی حلقوی تشکیل شده با تری اتیلامین، است. به عنوان مثال، مونوکسید آلومینیوم، AlO، در فاز گاز پس از انفجار و در طیف‌های جذب ستاره ای شناسایی شده‌است. ترکیباتی با فرمول R4Al2 که حاوی پیوند Al-Al هستند و R یک لیگاند آلی بزرگ است به‌طور کامل تری بررسی شده‌است. تری آلکیل‌ها و تری آریل‌های آلومینیوم، مایعات واکنش پذیر، فرار و بی‌رنگ یا جامدات با دمای ذوب پایین هستند. آنها به‌طور خود به خودی در هوا آتش می‌گیرند و با آب هم واکنش نشان می‌دهند، بنابراین در هنگام کار کردن با آنها احتیاط‌های لازم است در نظر گرفته شود. این دایمرها، مانند تری متیل آلومینیوم (Al2Me6)، معمولاً دارای مراکز آلومینیوم چهار وجهی هستند که با دایمر شدن همراه با برخی از گروه‌های آلکیل که بین هر دو اتم آلومینیوم پل می‌سازند، ایجاد می‌شوند. آنها اسیدهای سختی هستند و به آسانی با لیگاندها واکنش نشان می‌دهند و ترکیبات اضافی تشکیل می‌دهند. همان‌طور که کارل زیگلر کشف کرد در صنعت، آن‌ها بیشتر در واکنش‌های درج آلکن استفاده می‌شوند، مهم‌تر از همه در «واکنش‌های رشد» که آلکن‌ها و الکل‌های اولیه بدون انشعاب با زنجیره بلند را تشکیل می‌دهند، و در فرایند پلیمر شدن کم فشار اتن و پروپن استفاده می‌شوند. همچنین برخی از ترکیبات هتروسیکلیک و ترکیبات آلومینیوم آلی خوشه ای که شامل پیوندهای Al-N هستند نیز وجود دارند. | ## جمع‌بندی | مهمترین هیدرید آلومینیوم از نظر صنعتی، لیتیوم آلومینیوم هیدرید (LiAlH4) است که به عنوان یک عامل کاهنده در شیمی آلی استفاده می‌شود.