Алюминий хлорид
Химическое соединение

Алюминий хлорид
Хлорид алюминия(III)
Гексагидрат трихлорида алюминия, чистый (вверху) и загрязненный хлоридом железа (III) (внизу)
Димер трихлорида алюминия
Димер трихлорида алюминия
Элементарная ячейка трихлорида алюминия
Элементарная ячейка трихлорида алюминия
Имена
Название ИЮПАК
Алюминий хлорид
Другие имена
Алюминий(III) хлорид
Алюминий трихлорид
Трихлоралюминий
Идентификаторы
  • 7446-70-0 (безводный) проверятьИ
  • 10124-27-3 (гидрат) ☒Н
  • 7784-13-6 (гексагидрат) проверятьИ
3D модель ( JSmol )
  • мономер : Интерактивное изображение
  • димер : Интерактивное изображение
  • гексагидрат: Интерактивное изображение
ЧЭБИ
  • ЧЕБИ:30114 проверятьИ
ChemSpider
  • 22445 проверятьИ
Информационная карта ECHA100.028.371
Номер ЕС
  • 231-208-1
1876
CID PubChem
  • 24012
Номер RTECS
  • BD0530000
УНИИ
  • ЛИФ1Н9568Й проверятьИ
  • 3CYT62D3GA  (гексагидрат) проверятьИ
  • DTXSID6029674
  • InChI=1S/Al.3ClH/h;3*1H/q+3;;;/p-3 проверятьИ
    Ключ: VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K проверятьИ
  • InChI=1/Al.3ClH/h;3*1H/q+3;;;/p-3
    Ключ: VSCWAEJMTAWNJL-DFZHHIFOAR
  • мономер : Cl[Al](Cl)Cl
  • димер : Cl[Al-]1(Cl)[Cl+][Al-]([Cl+]1)(Cl)Cl
  • гексагидрат: [OH2+][Al-3]([OH2+])([OH2+])([OH2+])([OH2+])[OH2+].[Cl-].[Cl-].[Cl-]
Характеристики
AlCl3​
Молярная масса
  • 133,341 г/моль (безводный)
  • 241,432 г/моль (гексагидрат)
[1]
ПоявлениеБесцветные кристаллы, гигроскопичны.
Плотность
  • 2,48 г/см 3 (безводный)
  • 2,398 г/см 3 (гексагидрат)
[1]
Температура плавления
  • 180 ° C (356 ° F, 453 К) (безводный, сублимированный) [1]
  • 100 °C (212 °F; 373 K) (гексагидрат, разлагается) [1]
  • 439 г/л (0 °С)
  • 449 г/л (10 °C)
  • 458 г/л (20 °C)
  • 466 г/л (30 °C)
  • 473 г/л (40 °C)
  • 481 г/л (60 °C)
  • 486 г/л (80 °C)
  • 490 г/л (100 °C)
Растворимость
  • Растворим в хлористом водороде, этаноле, хлороформе, четыреххлористом углероде.
  • Слабо растворим в бензоле.
Давление пара
  • 133,3 Па (99 °С)
  • 13,3 кПа (151 °С)
[2]
Вязкость
  • 0,35 сП (197 °С)
  • 0,26 сП (237 °С)
[2]
Структура
Моноклинный , mS16
C12/m1, № 12 [3]
а  = 0,591 нм, б  = 0,591 нм, в  = 1,752 нм [3]
0,52996 нм 3
6
Октаэдрический (твердый)
Тетраэдрический (жидкий)
Тригональная плоская
( мономерный пар)
Термохимия
91,1 Дж/(моль·К) [4]
109,3 Дж/(моль·К) [4]
−704,2 кДж/моль [4]
−628,8 кДж/моль [4]
Фармакология
D10AX01 ( ВОЗ )
Опасности
Маркировка СГС : [6]
GHS05: Коррозионный
Опасность
H314
P260 , P280 , P301+P330+P331 , P303+P361+P353 , P305+P351+P338+P310 , P310
NFPA 704 (огненный алмаз)
Четырехцветный бриллиант NFPA 704Health 3: Short exposure could cause serious temporary or residual injury. E.g. chlorine gasFlammability 0: Will not burn. E.g. waterInstability 2: Undergoes violent chemical change at elevated temperatures and pressures, reacts violently with water, or may form explosive mixtures with water. E.g. white phosphorusSpecial hazards (white): no code
3
0
2
Смертельная доза или концентрация (ЛД, ЛК):
380 мг/кг, крыса (перорально, безводный)
3311 мг/кг, крыса (перорально, гексагидрат)
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (допустимый)
Нет [5]
РЕЛ (рекомендуется)
2 мг/м 3 [5]
IDLH (Непосредственная опасность)
НД [5]
Родственные соединения
Другие анионы
Другие катионы
Связанные кислоты Льюиса
Страница дополнительных данных
Хлорид алюминия (страница данных)
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
☒Н проверить  ( что такое   ?)проверятьИ☒Н
Химическое соединение
Алюминий хлорид
Клинические данные
AHFS / Drugs.comМонография
Данные лицензии
  • US  DailyMed :  хлорид алюминия
Пути
введения		Актуальный
код АТС
  • Никто
Идентификаторы
Панель инструментов CompTox ( EPA )
  • DTXSID6029674
Информационная карта ECHA100.028.371
Страница данных
Хлорид алюминия (страница данных)

Хлорид алюминия , также известный как трихлорид алюминия , является неорганическим соединением с формулой AlCl 3 . Он образует гексагидрат с формулой [Al(H 2 O) 6 ]Cl 3 , содержащий шесть молекул воды гидратации . Как безводная форма, так и гексагидрат являются бесцветными кристаллами, но образцы часто загрязнены хлоридом железа (III) , что придает им желтый цвет.

Безводная форма имеет коммерчески важное значение. Она имеет низкую температуру плавления и кипения. В основном производится и потребляется при производстве алюминия, но большие объемы используются и в других областях химической промышленности. [7] Соединение часто называют кислотой Льюиса . Это пример неорганического соединения , которое обратимо переходит из полимера в мономер при умеренной температуре.

Структура

Иллюстрация структур хлорида алюминия

Безводный

AlCl 3 принимает три структуры в зависимости от температуры и состояния (твердое, жидкое, газообразное). Твердый AlCl 3 имеет слоистую структуру, похожую на лист, с кубическими плотноупакованными хлорид-ионами. В этой структуре центры Al демонстрируют октаэдрическую координационную геометрию . [8] Хлорид иттрия (III) принимает ту же структуру, как и ряд других соединений. Когда трихлорид алюминия находится в расплавленном состоянии, он существует в виде димера Al 2 Cl 6 с тетракоординированным алюминием. Это изменение структуры связано с более низкой плотностью жидкой фазы (1,78 г/см 3 ) по сравнению с твердым трихлоридом алюминия (2,48 г/см 3 ). Димеры Al 2 Cl 6 также обнаруживаются в паровой фазе . При более высоких температурах димеры Al 2 Cl 6 диссоциируют на тригональный плоский мономер AlCl 3 , который структурно аналогичен BF 3 . Расплав плохо проводит электричество , [9] в отличие от более ионных галогенидов, таких как хлорид натрия .

Мономер хлорида алюминия в мономерной форме относится к точечной группе D3h , а в димерной форме — к группе D2h .

Гексагидрат

Гексагидрат состоит из октаэдрических катионных центров [Al(H 2 O) 6 ] 3+ и хлоридных анионов ( Cl − ) в качестве противоионов . Водородные связи связывают катион и анионы. [10] Гидратированная форма хлорида алюминия имеет октаэдрическую молекулярную геометрию, при этом центральный ион алюминия окружен шестью молекулами лиганда воды . Будучи координационно насыщенным, гидрат имеет небольшую ценность в качестве катализатора в алкилировании Фриделя-Крафтса и связанных с ним реакциях.

Использует

Алкилирование и ацилирование аренов

AlCl 3 является обычным катализатором кислоты Льюиса для реакций Фриделя-Крафтса , как ацилирования, так и алкилирования. [11] Важными продуктами являются моющие средства и этилбензол . Эти типы реакций являются основным применением хлорида алюминия, например, при получении антрахинона (используемого в красильной промышленности) из бензола и фосгена . [9] В общей реакции Фриделя-Крафтса ацилхлорид или алкилгалогенид реагирует с ароматической системой, как показано: [11]

Реакция алкилирования используется более широко, чем реакция ацилирования , хотя ее практика более сложна с технической точки зрения. Для обеих реакций хлорид алюминия, а также другие материалы и оборудование должны быть сухими, хотя для протекания реакции необходимо наличие следов влаги. [12] Подробные процедуры доступны для алкилирования [13] и ацилирования [14] [15] аренов.

Общая проблема с реакцией Фриделя-Крафтса заключается в том, что катализатор хлорида алюминия иногда требуется в полных стехиометрических количествах, поскольку он прочно связывается с продуктами. Это осложнение иногда приводит к образованию большого количества едких отходов. По этим и аналогичным причинам использование хлорида алюминия часто заменялось цеолитами . [ 7]

Хлорид алюминия также может быть использован для введения альдегидных групп в ароматические кольца, например, с помощью реакции Гаттермана-Коха , в которой используются оксид углерода , хлористый водород и сокатализатор хлорид меди (I) . [16]

Другие применения в органическом и металлоорганическом синтезе

Хлорид алюминия находит широкое применение в органической химии . [17] Например, он может катализировать реакцию ена , такую ​​как присоединение 3-бутен-2-она (метилвинилкетона) к карвону : [18]

Он используется для индукции различных углеводородных связей и перегруппировок. [19] [20]

Хлорид алюминия в сочетании с алюминием в присутствии арена может быть использован для синтеза бис(арен)металлических комплексов, например бис(бензол)хрома , из некоторых галогенидов металлов через синтез Фишера-Хафнера . Дихлорфенилфосфин получают реакцией бензола и трихлорида фосфора, катализируемой хлоридом алюминия. [21]

Медицинский

Местно гексагидрат хлорида алюминия используется для лечения гипергидроза ( чрезмерного потоотделения). [22] [23] [24]

Реакции

Безводный хлорид алюминия является мощной кислотой Льюиса , способной образовывать аддукты кислот и оснований Льюиса даже со слабыми основаниями Льюиса , такими как бензофенон и мезитилен . [11] Он образует тетрахлоралюминат ( [AlCl 4 ] − ) в присутствии хлорид- ионов.

Хлорид алюминия реагирует с гидридами кальция и магния в тетрагидрофуране , образуя тетрагидроалюминаты. [ необходима цитата ]

Реакции с водой

Безводный хлорид алюминия гигроскопичен , имеет очень выраженное сродство к воде. Он дымит во влажном воздухе и шипит при смешивании с жидкой водой, поскольку лиганды Cl − замещаются молекулами H 2 O, образуя гексагидрат [Al(H 2 O) 6 ]Cl 3 . Безводная фаза не может быть восстановлена ​​при нагревании гексагидрата. Вместо этого HCl теряется, оставляя гидроксид алюминия или оксид алюминия (оксид алюминия):

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

Подобно комплексам металлов с водой , водный раствор AlCl 3 является кислым из-за ионизации лигандов воды :

[Al(H 2 O) 6 ] 3+ ⇌ [Al(OH)(H 2 O) 5 ] 2+ + H +

Водные растворы ведут себя аналогично другим солям алюминия, содержащим гидратированные ионы Al3 + , давая гелеобразный осадок гидроксида алюминия при реакции с разбавленным гидроксидом натрия :

AlCl 3 + 3 NaOH → Al(OH) 3 + 3 NaCl

Синтез

Хлорид алюминия производится в больших масштабах путем экзотермической реакции металлического алюминия с хлором или хлористым водородом при температурах от 650 до 750 °C (от 1202 до 1382 °F). [9]

2Al + 3Cl2 → 2AlCl3
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2

Хлорид алюминия может быть образован посредством простой реакции замещения между хлоридом меди (II) и алюминием.

2 Al + 3 CuCl 2 → 2 AlCl 3 + 3 Cu

В США в 1993 году было произведено около 21 000 тонн, не считая объемов, потребленных при производстве алюминия. [7]

Гидратированный трихлорид алюминия получают путем растворения оксидов алюминия в соляной кислоте . Металлический алюминий также легко растворяется в соляной кислоте ─ выделяя газообразный водород и генерируя значительное количество тепла. Нагревание этого твердого вещества не приводит к образованию безводного трихлорида алюминия, гексагидрат разлагается до гидроксида алюминия при нагревании:

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

Алюминий также образует низший хлорид , хлорид алюминия (I) (AlCl), но он очень нестабилен и известен только в паровой фазе. [9]

Естественное явление

Безводный хлорид алюминия не встречается как минерал. Однако гексагидрат известен как редкий минерал хлоралюминит. [25] Более сложный, основной и гидратированный минерал хлорида алюминия — кадваладерит . [26] [25]

Безопасность

Безводный AlCl 3 бурно реагирует с основаниями , поэтому требуются соответствующие меры предосторожности. Он может вызвать раздражение глаз, кожи и дыхательной системы при вдыхании или контакте. [27]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcd Haynes WM, ред. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92-е изд.). Boca Raton, FL: CRC Press . стр. 4.45. ISBN 1-4398-5511-0.
  2. ^ ab "Свойства вещества: Алюминий хлорид". Chemister.ru . 2007-03-19. Архивировано из оригинала 2014-05-05 . Получено 2017-03-17 .
  3. ^ аб Кетелаар Дж. А. (1935). «Кристаллическая структура галогенида алюминия II». Zeitschrift für Kristallographie – Кристаллические материалы . 90 (1–6): 237–255. дои :10.1524/zkri.1935.90.1.237. S2CID  100796636.
  4. ^ abcd Haynes WM, ред. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92-е изд.). Boca Raton, FL: CRC Press . стр. 5.5. ISBN 1-4398-5511-0.
  5. ^ abc NIOSH Карманный справочник по химическим опасностям. "#0024". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  6. ^ Sigma-Aldrich Co. , Хлорид алюминия.
  7. ^ abc Helmboldt O, Keith Hudson L, Misra C, Wefers K, Heck W, Stark H, et al. (2007). "Aluminum Compounds, Inorganic". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a01_527.pub2. ISBN 978-3527306732.
  8. ^ Уэллс А. Ф. (1984). Структурная неорганическая химия . Оксфорд , Великобритания.: Oxford Press. ISBN 0198553706. Напротив, AlBr 3 имеет более молекулярную структуру, в которой центры Al 3+ занимают соседние тетраэдрические пустоты плотноупакованного каркаса ионов Br − .
  9. ^ abcd Гринвуд NN , Эрншоу A (1984). Химия элементов. Оксфорд: Pergamon Press . ISBN 978-0-08-022057-4.
  10. ^ Андресс КР, Карпентер С (1934). «Кристаллгидрат II. Структура хромхлорида и гексагидрата хлорида алюминия». Zeitschrift für Kristallographie – Кристаллические материалы . 87 . дои :10.1524/zkri.1934.87.1.446. S2CID  263857074.
  11. ^ abc Olah GA, ed. (1963). Фридель-Крафтс и родственные реакции . Том 1. Нью-Йорк: Interscience.
  12. ^ Неницеску CD, Кантуниари IP (1933). «Катализирующая реакция хлорида алюминия, VI. Mitteil.: Die Umlagerung des Cyclohexans в метилциклопентане». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (серии A и B) . 66 (8): 1097–1100. дои : 10.1002/cber.19330660817. ISSN  1099-0682.
  13. ^ Reeves JT, Tan Z, Fandrick DR, Song JJ, Yee NK, Senanayake CH (2012). "Синтез трифторметилкетонов из карбоновых кислот: 4-(3,4-дибромфенил)-1,1,1-трифтор-4-метилпентан-2-он". Organic Syntheses . 89 : 210. doi : 10.15227/orgsyn.089.0210 .
  14. ^ Paruch K, Vyklicky L, Katz TJ (2003). «Получение 9,10-диметоксифенантрена и 3,6-диацетил-9,10-диметоксифенантрена». Organic Syntheses . 80 : 227. doi :10.15227/orgsyn.080.0227.
  15. ^ Seed AJ, Sonpatki V, Herbert MR (2002). "3-(4-Бромбензоил)пропановая кислота". Органические синтезы . 79 : 204. doi :10.15227/orgsyn.079.0204.
  16. ^ Wade LG (2003). Органическая химия (5-е изд.). Upper Saddle River, Нью-Джерси : Prentice Hall . ISBN 013033832X.
  17. ^ Galatsis P (1999). "Хлорид алюминия". В Reich HJ, Rigby JH (ред.). Кислотные и основные реагенты . Справочник по реагентам для органического синтеза. Нью-Йорк Сити : Wiley . С. 12–15. ISBN 978-0-471-97925-8.
  18. ^ Snider BB (1980). "Реакции ена, катализируемые кислотой Льюиса". Acc. Chem. Res. 13 (11): 426. doi :10.1021/ar50155a007.
  19. ^ Rieke RD, Bales SE, Hudnall PM, Burns TP, Poindexter GS (1979). "Высокореактивный магний для приготовления реактивов Гриньяра: 1-норборнанкарбоновая кислота". Organic Syntheses . 59 : 85. doi :10.15227/orgsyn.059.0085.
  20. ^ Shama SA, Wamser CC (1983). "Гексаметил Дьюар Бензол". Органические синтезы . 61 : 62. doi :10.15227/orgsyn.061.0062.
  21. ^ Бюхнер Б., Локхарт-младший Л. Б. (1951). «Фенилдихлорфосфин». Органические синтезы . 31 : 88. doi :10.15227/orgsyn.031.0088.
  22. ^ McConaghy JR, Fosselman D (июнь 2018 г.). «Гипергидроз: варианты лечения». American Family Physician . 97 (11): 729–734. PMID  30215934.
  23. ^ Nawrocki S, Cha J (сентябрь 2019 г.). «Этиология, диагностика и лечение гипергидроза: всесторонний обзор: терапевтические возможности». Журнал Американской академии дерматологии . 81 (3): 669–680. doi : 10.1016/j.jaad.2018.11.066. PMID  30710603.
  24. ^ "Алюминия хлорид (местное применение) (монография)". Американское общество фармацевтов системы здравоохранения (ASHP) . drugs.com.
  25. ^ ab "Список минералов". www.ima-mineralogy.org . Международная минералогическая ассоциация . 21 марта 2011 г.
  26. ^ "Кадваладерит". www.mindat.org .
  27. ^ Хлорид алюминия. solvaychemicals.us
На Викискладе есть медиафайлы по теме Хлорид алюминия .
  • Международная карта химической безопасности 1125
  • Индекс процедур органического синтеза, использующих AlCl3
  • Хлориды 3 периода
  • Паспорт безопасности (MSDS) Архивировано 22 июля 2011 г. на Wayback Machine
  • Информационные бюллетени правительства Канады и часто задаваемые вопросы: соли алюминия
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Хлорид_алюминия&oldid=1235239492"