Алуминиум хлорид

Алуминиум хлорид, исто така познат како алуминиум трихлорид, е неорганско соединение со формулата . Формира хексахидрат со формулата ,, која содржи шест хидратациони молекули на вода. И двете соединенија се безбојни кристали, но примероците често се контаминирани со железо(III) хлорид, што дава жолта боја.
Безводниот материјал е важен за комерцијални цели. Има ниска точка на топење и вриење. Главно се произведува и се троши во производството на алуминиумски метал, но големи количини се користат и во други области од хемиската индустрија. Соединението често се наведува како Луисова киселина. Тоа е пример за неорганско соединение кое реверзибилно се менува од полимер во мономер на благи температури.
1 Структура
1.1 Анхидрид
може да опфати три структури, во зависност од температурата и состојбата (цврста, течна, гасна). Цврстиот AlCl3 има слоевита структура слична на лист со кубни блиско спакувани хлоридни јони. Во оваа рамка, центрите на Al покажуваат октаедрална координативна геометрија. Yttrium(III) chloride ја прифаќа истата структура, како и низа други соединенија. Кога алуминиум трихлорид е во стопена состојба, тој постои како димер , со тетракоординатен алуминиум. Оваа промена во структурата е поврзана со помалата густина на течната фаза (1,78 g/cm3) наспроти цврстиот алуминиум трихлорид (2,48 g/cm3). Димерите на се наоѓаат и во фазата на пареа. На повисоки температури, димерите се дисоцираат во тригонален планарен мономер, кој е структурно аналоген на . Топењето слабо спроведува електрицитет, за разлика од повеќе јонски халиди како што е натриум хлоридот.
Мономерот на алуминиум хлорид припаѓа на точковната група D<sub>3h</sub> во неговата мономерна форма и D<sub>2h</sub> во неговата димерна форма.
1.2 Хексахидрат
Хексахидратот се состои од октаедарски катјонски центри и хлоридни анјони како контрајони. Водородните врски ги поврзуваат катјонот и анјоните.
Хидратната форма на алуминиум хлорид има октаедрална молекуларна геометрија, при што централниот алуминиумски јон е опкружен со шест молекули на водени лиганди. Бидејќи е координативно заситен, хидратот има мала вредност како катализатор во Friedel-Crafts-ова алкилација и сличните реакции.
2 Употреба
2.1 Алкилација и ацилација на арените
е вообичаена Луисова киселина како катализатор катализатор кај Friedel-Crafts-овите реакции на ацилации и алкилации. Важни производи на овие реакции се детергентите и етилбензенот. Овие типови на реакции се главната употреба на алуминиум хлорид, на пример, во подготовката на антрахинон (кој се користи во индустријата за бои) од бензен и фосген. Во општата Friedel-Crafts-ова реакција, ацил хлорид или алкилхалид реагира со ароматичен систем како што е прикажано::
Реакцијата на алкилација е пошироко користена од реакцијата на ацилација, иако нејзината изведба е технички потешка. За двете реакции, алуминиум хлоридот, како и другите материјали и опремата, треба да бидат суви, иако е неопходна трага од влага за да продолжи реакцијата. Достапни се детални процедури за алкилација и ацилација на арените.
Општ проблем со Friedel-Crafts-овата реакција е тоа што катализаторот алуминиум хлорид понекогаш е потребен во целосни стехиометриски количини, бидејќи тој силно се комплексира со производите. Оваа компликација понекогаш генерира голема количина на корозивен отпад. Поради овие и слични причини, употребата на алуминиум хлорид честопати била заменета со зеолити.
Алуминиум хлоридот може да се користи и за внесување на алдехидни групи на ароматични прстени, на пример преку Gattermann-Koch реакцијата која користи јаглерод моноксид, хлороводород и бакар(I) хлорид како ко-катализатор.:
2.2 Други примени во органска и органометална синтеза
Алуминиум хлоридот наоѓа широк спектар на други примени во органската хемија. На пример, може да ја катализира „енската реакција“, како што е додавање на бут-3-ен-2-он (метил винил кетон) во карвон::
Се користи за да предизвика различни куплирања и преуредувања кај јаглеводородите.
Алуминиум хлорид во комбинација со алуминиум во присуство на арен може да се користи за синтеза на бис(арен) метални комплекси, на пр. бис(бензен)хром, од одредени метални халиди преку таканаречената Fischer-Hafner синтеза. Дихлорофенилфосфинот се подготвува со реакција на бензен и фосфор трихлорид катализирани со алуминиум хлорид.
3 Реакции
Безводниот алуминиум хлорид е моќна луисова киселина, способна да формира луисови киселинско-базни адукти со дури и слаби луисови бази како што се бензофенон и меситилен. Формира тетрахлороалуминат во присуство на хлоридни јони.
Алуминиум хлоридот реагира со калциум и магнезиум хидриди во тетрахидрофуран формирајќи тетрахидроалуминати.
3.1 Реакции со вода
Безводниот алуминиум хлорид е хигроскопен, има многу изразен афинитет за вода. Произведува пареа во присуство на влажен воздух и шушка кога се меша со течна вода бидејќи Cl<sup>−</sup> лигандите се заменуваат со молекулите на H<sub>2</sub>O за да се формира хексахидрат . езводната фаза не може да се врати со загревање на хексахидратот. Наместо тоа, HCl се губи оставајќи алуминиум хидроксид или алумина (алуминиум оксид):
:
Како металните водени комплекси, водениот е кисел поради јонизацијата на водените лигандите:
:
Водните раствори се однесуваат слично како и другите алуминиумски соли кои содржат хидрирани јони, давајќи желатинозен талог од алуминиум хидроксид при реакција со разреден натриум хидроксид:
:
4 Синтеза
Алуминиум хлоридот се произведува во големи размери со егзотермна реакција на алуминиум метал со хлор или хлороводород на температури помеѓу .::
Алуминиум хлоридот може да се формира преку реакција на единечна замена помеѓу бакар(II) хлорид и алуминиум метал.
:
Во САД во 1993 година беа произведени приближно 21.000 тони, не сметајќи ги количините потрошени во производството на алуминиум.
Хидрираниот алуминиум трихлорид се подготвува со растворање на алуминиум оксиди во хлороводородна киселина. Металниот алуминиум, исто така, лесно се раствора во хлороводородна киселина - ослободувајќи водороден гас и создавајќи значителна топлина. Со загревање на овој цврст материјал не се добива безводен алуминиум трихлорид, хексахидратот се распаѓа на алуминиум хидроксид кога се загрева:
:
Алуминиумот, исто така, формира понизок хлорид, алуминиум(I) хлорид (AlCl), но ова е многу нестабилно и е познато само во парна фазата.
5 Природна појава
Безводен алуминиум хлорид не може да се најде како минерал. Меѓутоа, хексахидратот е познат како редок минерал хлоралуминит. Покомплексен, основен и хидриран минерал на алуминиум хлорид е кадваладерит.
6 Безбедност
Безводниот енергично реагира со бази, па затоа се потребни соодветни мерки на претпазливост. Може да предизвика иритација на очите, кожата и респираторниот систем ако се вдишува или при контакт.
7 Поврзано
*Алуминиум монохлорид