อลูมิเนียมไฮดรอกไซด์: โครงสร้างคุณสมบัติการใช้งานความเสี่ยง - เคมี - 2025

อลูมิเนียมไฮดรอกไซเป็นสารอนินทรีที่มีสูตรทางเคมี A a _(OH) 3 ซึ่งแตกต่างจากไฮดรอกไซด์ของโลหะอื่น ๆ คือเป็นแอมโฟเทอริกที่สามารถทำปฏิกิริยาหรือทำงานเหมือนกรดหรือเบสขึ้นอยู่กับตัวกลาง เป็นของแข็งสีขาวที่ไม่ละลายในน้ำซึ่งเป็นสาเหตุที่พบว่าใช้เป็นส่วนประกอบของยาลดกรด

เช่นเดียวกับ Mg (OH) ₂หรือ brucite ซึ่งมีลักษณะทางเคมีและกายภาพบางอย่างในรูปแบบที่บริสุทธิ์ดูเหมือนของแข็งที่น่าเบื่อและไม่มีรูปร่าง แต่เมื่อมันตกผลึกด้วยสิ่งสกปรกบางอย่างมันจะได้รูปแบบผลึกราวกับว่ามันเป็นไข่มุก ในบรรดาแร่ธาตุเหล่านี้แหล่งที่มาจากธรรมชาติของ Al (OH) ₃คือ gibbsite

คริสตัล gibbsite พิเศษ ที่มา: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

นอกจาก gibbsite แล้วยังมีแร่ธาตุ Bayerite, nordstrandite และ doleyite ซึ่งประกอบเป็นอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ทั้งสี่ชนิด โครงสร้างมีความคล้ายคลึงกันมากแตกต่างกันเพียงเล็กน้อยในลักษณะที่ชั้นหรือแผ่นไอออนอยู่ในตำแหน่งหรือคู่กันตลอดจนประเภทของสิ่งสกปรกที่มีอยู่

โดยการควบคุมค่า pH และพารามิเตอร์การสังเคราะห์สามารถเตรียมโพลีมอร์ฟเหล่านี้ได้ นอกจากนี้สารเคมีบางชนิดที่น่าสนใจสามารถใช้แทนกันระหว่างชั้นของมันได้เพื่อให้มีการสร้างวัสดุหรือสารประกอบที่มีความสอดแทรก นี้แสดงถึงการใช้วิธีการทางเทคโนโลยีมากขึ้นสำหรับ Al _(OH) 3 การใช้งานอื่น ๆ เป็นยาลดกรด

ในทางกลับกันมันถูกใช้เป็นวัตถุดิบเพื่อให้ได้อลูมินาและอนุภาคนาโนของมันถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

โครงสร้าง

สูตรและรูปแปดเหลี่ยม

สูตรทางเคมี Al (OH) ₃ระบุทันทีว่าอัตราส่วน Al ³⁺ : OH ^-คือ 1: 3; นั่นคือมีสาม OH ^-แอนไอออนสำหรับ Al ³⁺ไอออนบวกแต่ละตัวซึ่งเหมือนกับการบอกว่าหนึ่งในสามของไอออนของมันตรงกับอลูมิเนียม ดังนั้น Al ³⁺และ OH ^{- ทำ}ปฏิกิริยากับไฟฟ้าสถิตจนกว่าแรงดึงดูดของมันจะกำหนดผลึกหกเหลี่ยม

อย่างไรก็ตาม Al ³⁺ไม่จำเป็นต้องล้อมรอบด้วยสาม OH ^-แต่เป็นหก ดังนั้นเราจึงพูดถึงรูปแปดเหลี่ยมประสาน Al (OH) ₆ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ของ Al-O หกอัน รูปแปดเหลี่ยมแต่ละอันแสดงถึงหน่วยที่สร้างคริสตัลและจำนวนหนึ่งใช้โครงสร้างแบบไตรคลินิกหรือโมโนคลินิก

ภาพล่างบางส่วนแสดงถึงอัล (OH) _{6 ออคตาเฮด}ราเนื่องจากมีการสังเกตเพียงสี่ปฏิสัมพันธ์สำหรับ Al ³⁺ (ทรงกลมสีน้ำตาลอ่อน)

ผลึกหกเหลี่ยมของกิบไซต์ซึ่งเป็นแร่อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ ที่มา: Benjah-bmm27.

หากสังเกตโครงสร้างนี้อย่างรอบคอบซึ่งสอดคล้องกับของแร่ gibbsite จะเห็นได้ว่าทรงกลมสีขาวประกอบขึ้นเป็น "ใบหน้า" หรือพื้นผิวของชั้นไอออน เหล่านี้เป็นอะตอมไฮโดรเจนของ OH ^-ไอออน

โปรดทราบว่ามีชั้น A และ B อีกชั้นหนึ่ง (เชิงพื้นที่ไม่เหมือนกัน) เชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจน

polymorphs

เลเยอร์ A และ B ไม่ได้อยู่คู่กันเสมอไปเช่นเดียวกับที่สภาพแวดล้อมทางกายภาพหรือไอออนของโฮสต์ (เกลือ) สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ด้วยเหตุนี้ผลึก Al (OH) _{3 จึง}แตกต่างกันไปในสี่แร่วิทยาหรือในกรณีนี้คือรูปแบบหลายรูปแบบ

จากนั้นกล่าวกันว่าอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์มีโพลีมอร์ฟมากถึงสี่ชนิด ได้แก่ กิบไซต์หรือไฮดราร์จิลไลต์ (โมโนคลินิก) ไบเออร์ไรต์ (โมโนคลินิก) ดอยเลไลท์ (ไตรคลินิก) และนอร์ดสแตรนด์ (ไตรคลินิก) ในบรรดาโพลีมอร์ฟเหล่านี้กิบบ์ไซต์มีความเสถียรและอุดมสมบูรณ์ที่สุด ส่วนที่เหลือจัดเป็นแร่ธาตุหายาก

หากสังเกตเห็นผลึกภายใต้กล้องจุลทรรศน์จะเห็นว่ารูปทรงเรขาคณิตเป็นหกเหลี่ยม (แม้ว่าจะผิดปกติบ้างก็ตาม) pH มีบทบาทสำคัญในการเจริญเติบโตของผลึกดังกล่าวและโครงสร้างที่เกิดขึ้น นั่นคือเมื่อกำหนดค่า pH แล้วสามารถเกิดโพลีมอร์ฟหนึ่งตัวหรืออีกตัวได้

ตัวอย่างเช่นถ้าตัวกลางที่ Al (OH) ₃ตกตะกอนมี pH ต่ำกว่า 5.8 จะเกิด gibbsite ขึ้น ในขณะที่ถ้า pH สูงกว่าค่านี้จะเกิดไบเออร์ไรต์ขึ้น

ในสื่อขั้นพื้นฐานมีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นผลึก nordstrandite และ doyleite ดังนั้นการเป็นกิบไซต์ที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดจึงเป็นความจริงที่สะท้อนถึงความเป็นกรดของสภาพแวดล้อมที่ผุกร่อน

คุณสมบัติ

ลักษณะทางกายภาพ

ของแข็งสีขาวที่สามารถมาในรูปแบบที่แตกต่างกัน: เป็นเม็ดหรือผงและมีลักษณะเป็นอสัณฐาน

มวลโมลาร์

78.00 ก. / โมล

ความหนาแน่น

2.42 ก. / มล

จุดหลอมเหลว

300 องศาเซลเซียส มันไม่ได้มีจุดเดือดเพราะไฮดรอกไซสูญเสียน้ำเพื่อเปลี่ยนเป็นอลูมิเนียมหรืออลูมิเนียมออกไซด์ Al ₂ O 3

ความสามารถในการละลายน้ำ

1 · 10 ^-4ก. / 100 มล. อย่างไรก็ตามความสามารถในการละลายจะเพิ่มขึ้นเมื่อเติมกรด (H ₃ O ⁺ ) หรือด่าง (OH ^- )

ผลิตภัณฑ์ละลาย

K _sp = 3 10 ⁻³⁴

ค่าที่น้อยมากหมายความว่ามีเพียงส่วนเล็ก ๆ เท่านั้นที่ละลายในน้ำ:

อัล (OH) ₃ (s) <=> อัล³⁺ (aq) + 3OH ^- (aq)

และในความเป็นจริงความสามารถในการละลายเล็กน้อยนี้ทำให้เป็นสารทำให้เป็นกลางของความเป็นกรดได้ดีเนื่องจากไม่ได้เป็นพื้นฐานของสภาพแวดล้อมในกระเพาะอาหารมากเกินไปเพราะไม่ปล่อยไอออน OH ^-เกือบทั้งหมด

Amphotericism

Al (OH) ₃มีลักษณะเป็นแอมโฟเทอริก นั่นคือมันสามารถทำปฏิกิริยาหรือแสดงพฤติกรรมราวกับว่ามันเป็นกรดหรือเบส

ยกตัวอย่างเช่นมันจะทำปฏิกิริยากับ H ₃ O ⁺ไอออน(ถ้ากลางเป็นน้ำ) ในรูปแบบที่ซับซ้อนน้ำ³⁺ ; ซึ่งในทางกลับกันจะถูกไฮโดรไลซ์เพื่อทำให้เป็นกรดดังนั้น Al ^{3+ จึง}เป็นไอออนของกรด:

อัล (OH) ₃ (s) + 3H ₃ O ⁺ (aq) => ³⁺ (aq)

³⁺ (aq) + H ₂ O (l) <=> ²⁺ (aq) + H ₃ O ⁺ (aq)

เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้ได้มีการกล่าวว่าอัล (OH) ₃พฤติกรรมเช่นฐานเพราะมันทำปฏิกิริยากับ H ₃ O + ในทางกลับกันมันสามารถทำปฏิกิริยากับ OH ^-ซึ่งมีพฤติกรรมเหมือนกรด:

อัล (OH) ₃ (s) + OH ^- (aq) => อัล (OH) ₄ ^- (aq)

ในปฏิกิริยานี้การตกตะกอนสีขาวของ Al (OH) ₃จะละลายก่อนส่วนเกินของ OH ^-ไอออน; นี้ไม่ได้เป็นเหมือนกันกับไฮดรอกไซอื่น ๆ เช่นแมกนีเซียม Mg (OH) 2

Al (OH) ₄ ^-ซึ่งเป็นไอออนของอลูมิเนตสามารถแสดงได้อย่างเหมาะสมมากขึ้นเช่น: ^-โดยเน้นจำนวนโคออร์ดิเนชันของ 6 สำหรับไอออนบวก Al ³⁺ (รูปแปดหน้า)

ไอออนนี้ยังคงสามารถทำปฏิกิริยากับ OH มากขึ้น^-จนกว่าจะเสร็จสิ้นการประสานงานแปดด้าน: ^3-เรียกว่า hexahydroxoaluminate ไอออน

ศัพท์เฉพาะ

ชื่อ 'อลูมิเนียมไฮดรอกไซด์' ซึ่งสารประกอบนี้ถูกอ้างถึงบ่อยที่สุดสอดคล้องกับที่อยู่ภายใต้ระบบการตั้งชื่อหุ้น (III) ถูกละไว้ที่ส่วนท้ายเนื่องจากสถานะออกซิเดชั่นของอลูมิเนียมคือ +3 ในสารประกอบทั้งหมด

อีกสองชื่อที่เป็นไปได้ที่จะอ้างถึง Al (OH) ₃คือ: aluminium trihydroxide ตามระบบการตั้งชื่อและการใช้คำนำหน้าตัวนับภาษากรีก และอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ลงท้ายด้วยคำต่อท้าย –ico เนื่องจากมีสถานะออกซิเดชันเดียว

แม้ว่าในสาขาเคมีระบบการตั้งชื่อของ Al (OH) ₃ไม่ได้แสดงถึงความท้าทายหรือความสับสนใด ๆ นอกนั้นมีแนวโน้มที่จะผสมกับความคลุมเครือ

ยกตัวอย่างเช่นกิบบ์ไซต์แร่เป็นหนึ่งในโพลิมอตามธรรมชาติของอัล (OH) ₃ซึ่งยังเป็นที่รู้จักกันγ-Al (OH) ₃หรือα-Al (OH) 3 อย่างไรก็ตามα-Al (OH) ₃อาจสอดคล้องกับแร่ Bayerite หรือβ-Al (OH) ₃ตามระบบการตั้งชื่อแบบผลึก ในขณะเดียวกันโพลิมอ nordstrandite และ doyleite มักจะกำหนดเพียงว่าอัล (OH) 3

รายการต่อไปนี้สรุปสิ่งที่เพิ่งได้รับการอธิบายอย่างชัดเจน:

-Gibbsite: (γหรือα) -Al (OH) ₃

-Bayerite: (αหรือβ) -Al (OH) ₃

-Nordstrandite: อัล (OH) ₃

-Doyleite: อัล (OH) ₃

การประยุกต์ใช้งาน

วัตถุดิบ

การใช้อลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ในทันทีเป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตอลูมินาหรือสารประกอบอื่น ๆ อนินทรีย์หรืออินทรีย์ของอลูมิเนียม ตัวอย่างเช่น: AlCl ₃อัล (NO ₃ ) ₃ , อาล์ฟ₃หรือ NAAL (OH) 4

ตัวเร่งปฏิกิริยารองรับ

Al (OH) ₃อนุภาคนาโนสามารถทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสนับสนุน; นั่นคือตัวเร่งปฏิกิริยาจะจับตัวกับพวกมันเพื่อคงที่บนพื้นผิวของมันซึ่งปฏิกิริยาทางเคมีจะถูกเร่ง

สารประกอบ Intercalation

ในส่วนของโครงสร้างอธิบายว่า Al (OH) ₃ประกอบด้วยชั้นหรือแผ่น A และ B ควบคู่ไปกับการกำหนดคริสตัล ภายในมีช่องว่างขนาดเล็กแปดเหลี่ยมหรือรูที่สามารถครอบครองได้โดยไอออนอื่น ๆ โลหะหรืออินทรีย์หรือโมเลกุลที่เป็นกลาง

เมื่อสังเคราะห์ Al (OH) ₃ผลึกที่มีการปรับเปลี่ยนโครงสร้างเหล่านี้กล่าวกันว่ากำลังเตรียมสารประกอบอธิกินี นั่นคือพวกมันแทรกระหว่างกันหรือแทรกสายพันธุ์ทางเคมีระหว่างแผ่น A และ B ด้วยการทำเช่นนั้นวัสดุใหม่ที่ทำจากไฮดรอกไซด์นี้จึงเกิดขึ้น

สารหน่วงไฟ

Al (OH) ₃เป็นสารหน่วงไฟที่ดีซึ่งพบว่าการประยุกต์ใช้เป็นวัสดุฟิลเลอร์สำหรับเมทริกซ์พอลิเมอร์หลายชนิด เนื่องจากมันดูดซับความร้อนเพื่อปล่อยไอน้ำเช่นเดียวกับ Mg (OH) ₂หรือ brucite

เป็นยา

Al (OH) ₃ยังเป็นตัวทำให้เป็นกลางของความเป็นกรดทำปฏิกิริยากับ HCl ในการหลั่งในกระเพาะอาหาร อีกครั้งในทำนองเดียวกันกับ Mg (OH) ₂ในนมแมกนีเซีย

ไฮดรอกไซด์ทั้งสองชนิดสามารถผสมในยาลดกรดที่แตกต่างกันเพื่อบรรเทาอาการของผู้ที่เป็นโรคกระเพาะหรือแผลในกระเพาะอาหาร

ดูดซับ

เมื่อได้รับความร้อนต่ำกว่าจุดหลอมเหลวอลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จะเปลี่ยนเป็นอะลูมินาที่เปิดใช้งาน (เช่นเดียวกับถ่านกัมมันต์) ของแข็งนี้ใช้เป็นตัวดูดซับสำหรับโมเลกุลที่ไม่พึงปรารถนาไม่ว่าจะเป็นสีสิ่งสกปรกหรือก๊าซที่เป็นมลพิษ

ความเสี่ยง

ความเสี่ยงที่อลูมิเนียมไฮดรอกไซด์สามารถก่อให้เกิดไม่ได้เกิดจากของแข็ง แต่เป็นยา ไม่จำเป็นต้องมีโปรโตคอลหรือข้อบังคับใด ๆ ในการจัดเก็บเนื่องจากไม่ทำปฏิกิริยารุนแรงกับตัวออกซิไดซ์และไม่ติดไฟ

เมื่อรับประทานในยาลดกรดที่มีจำหน่ายจากร้านขายยาอาจเกิดผลข้างเคียงที่ไม่พึงปรารถนาได้เช่นท้องผูกและการยับยั้งฟอสเฟตในลำไส้ นอกจากนี้และแม้ว่าจะไม่มีการศึกษาเพื่อพิสูจน์ แต่ก็มีความเกี่ยวข้องกับความผิดปกติของระบบประสาทเช่นโรคอัลไซเมอร์

อ้างอิง

1. ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill
2. วิกิพีเดีย (2019) อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์. สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
3. ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (2019) อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์. ฐานข้อมูล PubChem CID = 10176082 สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Danielle Reid (2019) อลูมิเนียมไฮดรอกไซด์: สูตรและผลข้างเคียง ศึกษา. ดึงมาจาก: study.com
5. Robert Schoen และ Charles E. Roberson (1970) โครงสร้างของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์และผลกระทบทางธรณีเคมี นักแร่วิทยาชาวอเมริกันเล่มที่ 55
6. Vitaly P. Isupov & col. (2000) การสังเคราะห์โครงสร้างคุณสมบัติและการประยุกต์ใช้สารประกอบอลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ Intercalation เคมีเพื่อการพัฒนาที่ยั่งยืน 8,121-127.
7. ยาเสพติด (24 มีนาคม 2562). ผลข้างเคียงของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ ดึงมาจาก: drugs.com