Ալյումինի քլորիդ

Ալյումինի քլորիդ, հայտնի է նաև ալյումինի եռքլորիդ անվամբ, անօրգանական նյութ՝ AlCl3 բանաձևով։ Այն ձևավորում է հեքսահիդրատ [Al(H2O)6]Cl3, որը պարունակում է հիդրացիայի վեց ջրի մոլեկուլ։ Ե՛վ անհիդրիդը, և՛ հեքսահիդրատը անգույն բյուրեղներ են, սակայն նմուշները հաճախ ախտոտվում են երկաթի (III) քլորիդով, որը նրանց տալիս է դեղին գույն։

Անհիդրիդը կարևոր է առևտրային առումով։ Այն ունի ցածր հալման և եռման ջերմաստիճան։ Այն հիմնականում արտադրվում և սպառվում է ալյումինե մետաղի արտադրության մեջ, սակայն մեծ քանակությամբ օգտագործվում է նաև քիմիական արդյունաբերության այլ ոլորտներում։ Միացությունը հաճախ նշվում է որպես Լյուիս թթու։ Այն անօրգանական միացության օրինակ է, որը ցածր ջերմաստիճանում հետադարձելիորեն փոխվում է պոլիմերից մոնոմերի։

Կառուցվածք

Անհիդրիդ 
AlCl3-ն ընդունում է երեք կառուցվածք՝ կախված ջերմաստիճանից և ագրեգատային վիճակից (պինդ, հեղուկ, գազային)։ Պինդ AlCl3-ն ունի թիթեղանման շերտավոր կառուցվածք՝ խորանարդով փակված քլորիդ իոններով։ Այս շրջանակում Al կենտրոնները ցուցադրում են ութանիստ կոորդինացիոն երկրաչափություն։ Իտրիում (III) քլորիդն ընդունում է նույն կառուցվածքը, ինչպես և մի շարք այլ միացություններ։ Երբ ալյումինի եռքլորիդը հալված վիճակում է, այն գոյություն ունի որպես դիմեր AlCl3՝ քառակոորդինատային ալյումինով։ Կառուցվածքի այս փոփոխությունը կապված է հեղուկ փուլի (1,78 գ/սմ3) ավելի ցածր խտության հետ՝ համեմատած պինդ ալյումինի տրիքլորիդի (2,48 գ/սմ3): AlCl3 դիմերները հանդիպում են նաև գոլորշու վիճակում։ Ավելի բարձր ջերմաստիճաններում AlCl3 դիմերները տարանջատվում են եռանկյուն հարթ AlCl3 մոնոմերի մեջ, որը կառուցվածքային առումով նման է BCl3-ին։ Հալվածքը վատ է փոխանցում էլեկտրականությունը՝ ի տարբերություն այլ իոնային հալոգենիդների, ինչպիսին է նատրիումի քլորիդը։

Ալյումինի քլորիդի մոնոմերը պատկանում է D3h կետային խմբին իր մոնոմերային ձևով և D2h՝ իր դիմերիկ ձևով։

Հեքսահիդրատ 

Հեքսահիդրատը բաղկացած է ութանիստ [Al(H2O)6]3+ կատիոն կենտրոններից և քլորիդային (Cl−) անիոններից որպես հակաիոններ։ Ջրածնային կապերը կապում են կատիոնը և անիոնները։ Ալյումինի քլորիդի հիդրատացված ձևն ունի ութանիստ մոլեկուլային երկրաչափություն, որի կենտրոնական ալյումինի իոնը շրջապատված է ջրի լիգանդի վեց մոլեկուլներով։ Լինելով կոորդինատիվ հագեցվածությամբ, հիդրատը քիչ արժեք ունի որպես կատալիզատոր Friedel-Crafts-ի ալկիլացման և նմանատիպ ռեակցիաներում։

Կիրառություն

Արեների ալկիլացում և ացիլացում 
AlCl3-ը տարածված Լյուիս թթու է և կատալիզատոր Friedel-Crafts ռեակցիաների համար՝ ինչպես ակիլացիաների, այնպես էլ ալկիլացիաների համար։ Կարևոր ապրանքներն են լվացող միջոցները և էթիլբենզոլը։ Այս տեսակի ռեակցիաները հիմնականում ալյումինի քլորիդի հիմնական սպառողներից են, օրինակ՝ բենզոլից և ֆոսգենից անտրաքինոնի (օգտագործվում է ներկանյութերի արդյունաբերության մեջ) պատրաստումը։ Ընդհանուր Friedel-Crafts ռեակցիայի մեջ ացիլ քլորիդը կամ ալկիլ հալոգենը փոխազդում է արոմատիկ համակարգի հետ, ինչպես ցույց է տրված

 

Ալկիլացման ռեակցիան ավելի լայնորեն կիրառվում է, քան ացիլացման ռեակցիան, թեև դրա պրակտիկան տեխնիկապես ավելի պահանջկոտ է։ Երկու ռեակցիաների դեպքում ալյումինի քլորիդը, ինչպես նաև այլ նյութերն ու սարքավորումները պետք է չոր լինեն, թեև ռեակցիայի առաջացման համար անհրաժեշտ է խոնավություն։ Մանրամասն ընթացակարգերը հասանելի են արենների ալկիլացման և ացիլացման համար։

Friedel-Crafts-ի ռեակցիայի հիմնական խնդիրն այն է, որ ալյումինի քլորիդի կատալիզատորը երբեմն պահանջվում է ամբողջական ստոյխիոմետրիկ քանակով, քանի որ այն ուժեղ կապվում է վերջնանյութեր հետ։ Այս բարդությունը երբեմն առաջացնում է մեծ քանակությամբ քայքայիչ թափոններ։ Այս և նմանատիպ պատճառներով ալյումինի քլորիդի օգտագործումը հաճախ փոխարինվել է ցեոլիտներով։

Ալյումինի քլորիդը կարող է օգտագործվել նաև ալդեհիդային խմբեր արոմատիկ օղակներին կապելու համար, օրինակ՝ Գաթերման-Կոխ ռեակցիայի միջոցով, որն օգտագործում է ածխածնի մոնօքսիդ, ջրածնի քլորիդ և պղնձի (I) քլորիդ համակատալիզատոր։

Օրգանական և օրգանո-մետաղական սինթեզում այլ կիրառություններ 
Ալյումինի քլորիդը օրգանական քիմիայում ունի այլ կիրառությունների լայն շրջանակ։ Օրինակ, այն կարող է կատալիզացնել «էնեի ռեակցիան», ինչպիսին է 3-բուտեն-2-ոնի (մեթիլ վինիլկետոն) ավելացումը կարվոնին

 

Այն օգտագործվում է մի շարք ածխաջրածնային ագույցներ և վերադասավորումներ առաջացնելու համար։

Արենի առկայության դեպքում ալյումինի հետ համակցված ալյումինի քլորիդը կարող է օգտագործվել բիս(արեն) մետաղական կոմպլեքսներ սինթեզելու համար, օրինակ՝ բիս(բենզոլ)քրոմ, որոշակի մետաղների հալոգենիդներից, այսպես կոչված, Ֆիշեր-Հաֆներ սինթեզի միջոցով։ Դիքլորոֆենիլֆոսֆինը պատրաստվում է բենզոլի և ֆոսֆորի եռքլորիդի ռեակցիայի միջոցով, որոնք կատալիզացված են ալյումինի քլորիդով։

Ռեակցիաներ 
Aլյումինի քլորիդի անհիդրիդը հզոր Լյուիս թթու է, որը կարող է ձևավորել Լյուիսի թթվա-հիմնային հավելումներ նույնիսկ թույլ Լյուիս հիմքերով, ինչպիսիք են բենզոֆենոնը և մեզիտիլենը։ Քլորիդ իոնների առկայության դեպքում ձևավորում է տետրաքլորալյումինատ ([AlCl4]−)։

Ալյումինի քլորիդը տետրահիդրոֆուրանի մեջ փոխազդում է կալցիումի և մագնեզիումի հիդրիդների հետ՝ առաջացնելով տետրահիդրոալյումինատներ։

Ջրի հետ ռեակցիաներ 
Ալյումինի քլորիդի անհիդրիդը հիգրոսկոպիկ է, ունի շատ ընդգծված կապ ջրի հետ։ Այն ծխում է խոնավ օդում և թշշում, երբ խառնվում է հեղուկ ջրի հետ, քանի որ Cl− լիգանդները տեղահանվում են H2O մոլեկուլների հետ՝ ձևավորելով հեքսահիդրատ [Al(H2O)6]Cl3: Անհիդրիդը չի կարող վերականգնվել հեքսահիդրատը տաքացնելիս։ Փոխարենը HCl-ը կորչում է՝ թողնելով ալյումինի հիդրօքսիդ կամ կավահող (ալյումինի օքսիդ).

 [Al(H2O)6]Cl3 → Al(OH)3 + 3HCl + 3H2O

Մետաղների ջրային կոմպլեքսների նման, ջրային AlCl3-ը թթվային է ջրի լիգանդների իոնացման պատճառով

 [Al(H2O)6]3+ ⇌ [Al(OH)(H2O)5]2+ + H+

Ջրային լուծույթները փոխազդում են այնպես, ինչպես ալյումինի այլ աղերի հետ, որոնք պարունակում են հիդրատացված Al3+ իոններ՝ նոսր նատրիումի հիդրօքսիդի հետ ռեակցիայի ժամանակ տալով ալյումինի հիդրօքսիդի դոնդողանման նստվածք

 AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3 + 3NaCl

Ստացում 
Ալյումինի քլորիդը մեծ ծավալներով արտադրվում է ալյումինի քլորի կամ ջրածնի քլորիդի հետ էքզոտերմիկ ռեակցիայի միջոցով 650-ից 750 °C (1202-ից 1382 °F) ջերմաստիճանում։

2Al + 3Cl2 → 2AlCl3

2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2

Ալյումինի քլորիդը կարող է ձևավորվել պղնձի (II) քլորիդի և ալյումինի մետաղի միջև տեղակալման ռեակցիայի միջոցով

 2Al + 3CuCl2 → 2AlCl3 + 3Cu

ԱՄՆ-ում 1993 թվականին արտադրվել է մոտավորապես 21000 տոննա՝ չհաշված ալյումինի արտադրության մեջ սպառված քանակությունները։

Հիդրատացված ալյումինի եռքլորիդը պատրաստվում է ալյումինի օքսիդները աղաթթվի մեջ լուծելու միջոցով։ Մետաղական ալյումինը նույնպես հեշտությամբ լուծվում է աղաթթվի մեջ՝ ազատելով ջրածին և անջատելով զգալի ջերմություն։ Այս նյութը տաքացնելով ալյումինի եռքլորիդի անհիդրիդչի ստացվում, հեքսահիդրատը տաքացնելիս քայքայվում է ալյումինի հիդրօքսիդի.

 [Al(H2O)6]Cl3 → Al(OH)3 + 3HCl + 3H2O

Ալյումինը նաև ձևավորում է ավելի ցածր քլորիդ՝ ալյումինի (I) քլորիդ (AlCl), բայց դա շատ անկայուն է և գոյություն ունի միայն որպես գոլորշի։

Բնության մեջ տարածվածություն 
Ալյումինի քլորիդի անհիդրիդը որպես հանքանյութ չի հայտնաբերվում։ Հեքսահիդրատը, սակայն, հայտնի է որպես հազվագյուտ հանքային քլորալյումինիտ։ Ավելի բարդ, հիմնային և հիդրացված ալյումինի քլորիդ հանքանյութը կադվալադերիտն է։

Անվտանգություն 
AlCl3-ի անհիդրիդը ակտիվորեն փոխազդում է հիմքերի հետ, ուստի անհրաժեշտ են համապատասխան նախազգուշական միջոցներ։ Այն կարող է առաջացնել աչքերի, մաշկի և շնչառական համակարգի գրգռում, եթե ներշնչվի կամ շփվի։

Ծանոթագրություններ 

Քլորիդներ
Ալյումինի միացություններ
Անօրգանական միացություններ
Մետաղների հալոգենիդներ
Քիմիա
Քլորի միացություններ
Ալյումին
Ամառային երիտասարդական վիքիճամբարի հոդվածներ