Трифторид алюминия
| Трифторид алюминия | |||
|---|---|---|---|
 | |||
| Общие | |||
| Традиционные названия | трифторид алюминия, фторид алюминия, алюминия трифторид | ||
| Хим. формула | AlF3 | ||
| Физические свойства | |||
| Состояние | белое твердое кристаллическое вещество без запаха | ||
| Молярная масса | |||
| Плотность | 2,88 г/см³ | ||
| Термические свойства | |||
| Температура | |||
| • плавления | 1291 °C | ||
| Мол. теплоёмк. | 75,10 Дж/(моль·К) | ||
| Энтальпия | |||
| • образования | −1510 кДж/моль | ||
| Удельная теплота испарения | (возгонка) 272 Дж/кг | ||
| Химические свойства | |||
| Растворимость | |||
| • в воде |
(при 0 ℃) 0,56 (при 20 ℃) 0,67 (при 100 ℃) 1,72 г/100 мл |
||
| Структура | |||
| Кристаллическая структура | ромбоэдрическая | ||
| Классификация | |||
| Рег. номер CAS |
7784-18-1 (ангидрид), 32287-65-3 (моногидрат) 15098-87-0 (тригидрат) |
||
| PubChem | 2124 и 10129892 | ||
| Рег. номер EINECS | 232-051-1 (ангидрид) | ||
| SMILES | |||
| InChI | |||
| RTECS | BD0725000 | ||
| ChEBI | 49464 | ||
| ChemSpider | 2039 | ||
| Безопасность | |||
| Предельная концентрация | 2 мг/м3 | ||
| ЛД50 | 100 мг/кг (крысы, орально) | ||
| Пиктограммы ECB |
   |
||
| NFPA 704 | |||
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |||
 Медиафайлы на Викискладе | |||
Фторид алюминия — неорганическое бинарное соединение алюминия и фтора. Химическая формула AlF3.
Физические свойства
[править | править код]Фторид алюминия представляет собой бесцветное или белое кристаллическое вещество. Данное соединение не встречается в природе, производится искусственно различными способами, или же образуется как сопутствующее вещество при обработке фторсодержащего сырья. При сильном нагревании возгоняется без разложения. При обычных условиях устойчива α-модификация с тригональной решёткой (а = 0,5039 нм, α = 58,50°, z = 2, пространственная группа R32), плотность 2,882 г/см³. При нагревании до 700 ℃ переходит в γ-модификацию с тетрагональной решёткой (а = 0,354 нм, с = 0,600 нм).
Длина связи Al—F составляет 0,163 нм. В газовой фазе при температуре около 1000 ℃ трифторид алюминия существует в виде молекул тригональной симметрии D3h.
Фторид алюминия плохо растворим в воде (0,41 % по массе при 25 ℃), лучше — в растворах HF; нерастворим в органических растворителях.
Получение
[править | править код]Взаимодействием Аl2О3 или Аl(ОН)3 с раствором HF с последующим выделением, сушкой и прокаливанием при 500—600 ℃ образовавшегося кристаллогидрата AlF3·3H2O:
Действием на Аl2О3 газообразного HF при 450—600 ℃:
По реакции:
с последующем выделением, сушкой и прокаливанием гидрата.
При температуре 700 ℃ спекание гексафторсиликата натрия с алюминием даёт на выходе чистый кремний, гексафторалюминат натрия и трифторид алюминия:
![{\displaystyle {\mathsf {3Na_{2}[SiF_{6}]+4Al{\xrightarrow {700^{o}C}}\ 3Si+2Na_{3}[AlF_{6}]+2AlF_{3}}}}](https://wikimedia.org/ruwiki/api/rest_v1/media/math/render/svg/23c021fe53e8a743f7cbd1d74925a6c270fc1346)
Самым лёгким путём получения трифторида алюминия является прямая реакция фтора с алюминием при температуре 600 ℃:
Нагрев моногидрата трифторида алюминия до примерно 175 ℃ приводит к его разложению на воду и трифторид алюминия:
Для получения чистого безводного трифторида алюминия необходимо нагреть гексафторалюминат аммония, после чего образуется трифторид алюминия и фторид аммония:
В основном трифторид алюминия получают при обработке оксида алюминия гексафторсиликоновой кислотой, где на выходе получается оксид кремния(IV), трифторид алюминия и вода:
Кроме того, он изготавливается путём термического разложения аммония гексафторалюмината.
Химические свойства
[править | править код]Не обаладает летучестью, тугоплавкий, плохо растворим в воде и органических кислотах. Хорошо растворяется в водных растворах плавиковой кислоты. При нагреве имеет склонность испарению, не переходя в жидкое состояние. Не горюч, и не взрывоопасен, однако очень токсичен.
Не вступает в реакции с щелочами и кислотами, кроме серной кислоты. Вступает в реакции с расплавами щелочей. При реакции с водой под воздействием высоких температур образует гидроксид алюминия. При реакции с фторидными соединения из трифторида алюминия можно получить фтороалюминаты.
Образует кристаллогидраты с 1 и 3 молекулами воды, которые легко разрушаются при нагревании:
При нагревании гидролизуется парами воды:
Медленно взаимодействует с концентрированной серной кислотой H2SO4:
Разлагается растворами и расплавами щелочей.
![{\displaystyle {\mathsf {4AlF_{3}+4NaOH{\xrightarrow {}}Na[Al(OH)_{4}]+3Na[AlF_{4}]}}}](https://wikimedia.org/ruwiki/api/rest_v1/media/math/render/svg/68656974ee3d6cfd4ddf7461bce0911fd7cba57a)
С фторидами щелочных металлов AlF3 образует фтороалюминаты, например, гексафтороалюминат натрия Na3[AlF6]:
![{\displaystyle {\mathsf {AlF_{3}+3NaF{\xrightarrow {}}Na_{3}[AlF_{6}]}}}](https://wikimedia.org/ruwiki/api/rest_v1/media/math/render/svg/d684e7efb65c818fd1e5747d63960da5b032b99c)
Применение
[править | править код]- Трифторид алюминия используется как компонент электролита (примерно 5-15 %) при электролитическом производстве алюминия. Совместно с другими применяемыми добавками в электролит (фторид кальция, фторид магния, фторид лития), он уменьшает температуру плавления электролита до 930—950 ℃ и повышает эффективность процесса электролиза (увеличивается выход по току, уменьшается удельный расход электроэнергии).
- Входит в состав флюсов, эмалей, стёкол, глазурей, керамики, покрытий сварочных электродов; является катализатором в органическом синтезе.
- Как антисептик для предотвращения брожения;
- В производстве киноплёнки.
- Получение чистого алюминия;
- Производство криолита;
- Очистка алюминия и перекиси водорода;
- Изготовление флюсов или сварочных электродов;
- Изготовление оптических деталей, приборов и т.д.
Безопасность
[править | править код]Фторид алюминия ядовит, при контакте с кожей вызывает раздражение. Обладает нейротоксичностью. Полулетальная доза (ЛД50) для крыс составляет 100 мг/кг при пероральном введении.
Систематическое или длительное вдыхание пыли фторида алюминия может спровоцировать развитие астмы и оказать негативное воздействие на костную ткань и нервную систему, приводя к флюорозу и нарушениям нервной системы. Из-за содержания в составе вещества ионов фтора является очень токсичным веществом. Нейротоксические эффекты фторидов обусловлены образованием фторидных комплексов, структурно схожими с фосфатными остатками, что приводит к связыванию с АТФ-фосфогидролазами и фосфолипазой D, что приводит к их ингибированию[1].
Вещество относят к 3-му классу опасности. При попадании в органы дыхания в виде пыли (или других мелких частиц) может вызвать сильное отравление. Плохо выводится из организма, имеет накопительный эффект. При длительном взаимодействии человека с трифторидом алюминия может вызвать различные сердечно-сосудистые заболевания, разрушение зубов, кожные заболевания. Работы с трифторидом алюминия проводят в помещениях с хорошей вентиляцией. В местах, где возможно образование пыли данного вещества должна быть оборудована локальная вытяжка. Производственные установки должны быть герметичны. Человек должен работать с данным соединением только в респираторе, защитных очках и перчатках.
Примечания
[править | править код]- ↑ Fluoride in Drinking Water: A Scientific Review of EPA's Standards. — Washington, D.C.: National Academies Press, 2006-12-22. — ISBN 978-0-309-10128-8.
