Некоторые соединения алюминия
Общие сведения
Соединения алюминия представляют собой обширную группу химических веществ, включающую как неорганические, так и органические производные этого металла. К числу значимых соединений относятся гидроксид алюминия, ацетат алюминия, нитрид алюминия и карбид алюминия. Гидроксид алюминия представляет собой белое кристаллическое вещество, являющееся амфотерным гидроксидом переменного состава. Ацетат алюминия классифицируется как органическое соединение, представляющее собой соль алюминия и уксусной кислоты в виде бесцветных кристаллов. Нитрид алюминия, синтезированный в тысяча восемьсот семьдесят седьмом году, относится к классу оксидной керамики и представляет собой белый порошок или бесцветные прозрачные кристаллы. Карбид алюминия является достаточно устойчивым бинарным соединением углерода и алюминия, отличающимся высокой твердостью.
Свойства и характеристики
Гидроксид алюминия плохо растворяется в воде и проявляет амфотерные свойства. При взаимодействии с кислотами он образует соответствующие соли, а в реакциях со щелочами склонен к образованию сложных комплексных соединений, в зависимости от условий протекания реакции. При нагревании данное вещество подвергается термическому разложению. В твердом состоянии гидроксид алюминия может существовать в четырех кристаллических модификациях, включая моноклинную и триклинную сингонии. Ацетат алюминия растворим в холодной воде, однако подвергается сильному гидролизу по катиону. При комнатной температуре в водной среде происходит полный гидролиз до основного ацетата алюминия. Вещество активно реагирует с влагой воздуха, присоединяя гидроксильные группы. Нитрид алюминия обладает высокой теплопроводностью и является малотоксичным материалом. Он устойчив к воздействию холодных кислот, однако медленно растворяется в горячих минеральных кислотах. Концентрированные горячие растворы щелочей разлагают нитрид алюминия с выделением аммиака. Соединение устойчиво к высоким температурам, а также в атмосферах водорода и углекислого газа. На воздухе при температурах свыше семисот градусов Цельсия на его поверхности возникает защитный слой оксида алюминия, препятствующий дальнейшему окислению. Карбид алюминия обладает твердостью, сопоставимой с твердостью топаза. Химически он активен по отношению к воде и разбавленным кислотам, в результате реакций с которыми выделяется метан. Аналогично метан образуется при взаимодействии карбида алюминия с водородом. При реакции с кислородом образуются оксид алюминия и углекислый газ, а взаимодействие с гидроксидом натрия в водной среде приводит к образованию комплексной соли тетрагидроксоалюмината натрия.
Нахождение в природе
Рассматриваемые специфические соединения алюминия, такие как ацетат, нитрид и карбид, в естественных природных условиях практически не встречаются и являются продуктами искусственного химического синтеза. Карбид алюминия может непреднамеренно образовываться в качестве побочного продукта или примеси в индустриальных процессах. В частности, он возникает при производстве карбида кальция, а также на графитовых электродах в процессе электролитического получения металлического алюминия, что по сути представляет собой коррозию графитовых электродов. Гидроксид алюминия в химической практике также чаще всего выделяется искусственным путем для получения вещества с заданными параметрами чистоты и структуры.
Получение
Основным методом получения гидроксида алюминия является взаимодействие растворов солей алюминия с аммиаком, в результате чего гидроксид выпадает в виде белого студенистого осадка. В качестве альтернативного традиционного способа применяется реакция растворимых солей алюминия с растворами карбонатов щелочных металлов в водной среде. Ацетат алюминия синтезируют путем воздействия безводной уксусной кислоты на металлический алюминий. Другой метод основан на реакции уксусного ангидрида с хлоридом алюминия. Нитрид алюминия получают несколькими промышленными методами. Один из них заключается в восстановлении оксида алюминия углеродом в присутствии азота. Также применяется метод прямого воздействия азота на порошок металлического алюминия при строгом отсутствии кислорода, чтобы избежать образования оксида. Кроме того, возможен синтез путем пропускания аммиака через расплавленный алюминий. Карбид алюминия получают посредством прямой реакции металлического алюминия с углеродом в условиях дуговой печи. Теоретически возможно получение этого карбида при реакции углерода с оксидом алюминия при высоких температурах, однако на практике данный метод применяется редко.
Применение
Гидроксид алюминия широко востребован в различных отраслях. В процессах водоочистки он выполняет функцию адсорбента. В фармакологии вещество применяется в качестве антацидного средства, входящего в состав профильных препаратов, а также используется при производстве зубных паст. В химической промышленности он служит носителем для катализаторов, подавителем горения в пластмассах, а также компонентом при производстве полимеров и лакокрасочных материалов. Ацетат алюминия находит применение в текстильной промышленности и в медицине, где в виде раствора известен как жидкость Бурова. Нитрид алюминия, начиная с тысяча девятьсот восьмидесятого года, активно внедряется в микроэлектронику благодаря своей высокой теплопроводности и низкой токсичности, выступая безопасной альтернативой оксиду бериллия. Материал используется при создании светодиодов, нановолокон и специализированной теплопроводной керамики. Карбид алюминия применяется в пиротехнике для создания искрящихся эффектов и в качестве абразивного материала в режущих инструментах благодаря своей высокой твердости. В лабораторной и аналитической практике карбид алюминия служит специфическим химическим реагентом для количественного определения содержания трития в воде.