Ալյումինի քլորիդ

Ալյումինի քլորիդ
Քիմիական բանաձև	AlCl₃
Մոլային զանգված	2,2E−25 կիլոգրամ գ/մոլ
Իոնիզացման էներգիա	1,9E−18 ջոուլ կՋ/մոլ
Հալման ջերմաստիճան	190 °C °C
Բյուրեղային կառուցվածք	Մոնոցիկլիկ բյուրեղային համակարգ
Դիպոլ մոմենտ	0 Կլ·մ
Դասակարգում
CAS համար	7446-70-0
PubChem	24012
EINECS համար	231-208-1
SMILES	[Al](Cl)(Cl)Cl
ЕС	231-208-1
RTECS	BD0530000
ChEBI	22445
	Եթե հատուկ նշված չէ, ապա բոլոր արժեքները բերված են ստանդարտ պայմանների համար (25 °C, 100 կՊա)

Ալյումինի քլորիդ, հայտնի է նաև ալյումինի եռքլորիդ անվամբ, անօրգանական նյութ՝ AlCl₃ բանաձևով։ Այն ձևավորում է հեքսահիդրատ [Al(H₂O)₆]Cl₃, որը պարունակում է հիդրացիայի վեց ջրի մոլեկուլ։ Ե՛վ անհիդրիդը, և՛ հեքսահիդրատը անգույն բյուրեղներ են, սակայն նմուշները հաճախ ախտոտվում են երկաթի (III) քլորիդով, որը նրանց տալիս է դեղին գույն։

Անհիդրիդը կարևոր է առևտրային առումով։ Այն ունի ցածր հալման և եռման ջերմաստիճան։ Այն հիմնականում արտադրվում և սպառվում է ալյումինե մետաղի արտադրության մեջ, սակայն մեծ քանակությամբ օգտագործվում է նաև քիմիական արդյունաբերության այլ ոլորտներում։ Միացությունը հաճախ նշվում է որպես Լյուիս թթու։ Այն անօրգանական միացության օրինակ է, որը ցածր ջերմաստիճանում հետադարձելիորեն փոխվում է պոլիմերից մոնոմերի։

Կառուցվածք խմբագրել

Անհիդրիդ խմբագրել

AlCl₃-ն ընդունում է երեք կառուցվածք՝ կախված ջերմաստիճանից և ագրեգատային վիճակից (պինդ, հեղուկ, գազային)։ Պինդ AlCl₃-ն ունի թիթեղանման շերտավոր կառուցվածք՝ խորանարդով փակված քլորիդ իոններով։ Այս շրջանակում Al կենտրոնները ցուցադրում են ութանիստ կոորդինացիոն երկրաչափություն^[3]։ Իտրիում (III) քլորիդն ընդունում է նույն կառուցվածքը, ինչպես և մի շարք այլ միացություններ։ Երբ ալյումինի եռքլորիդը հալված վիճակում է, այն գոյություն ունի որպես դիմեր AlCl₃՝ քառակոորդինատային ալյումինով։ Կառուցվածքի այս փոփոխությունը կապված է հեղուկ փուլի (1,78 գ/սմ³) ավելի ցածր խտության հետ՝ համեմատած պինդ ալյումինի տրիքլորիդի (2,48 գ/սմ³): AlCl₃ դիմերները հանդիպում են նաև գոլորշու վիճակում։ Ավելի բարձր ջերմաստիճաններում AlCl₃ դիմերները տարանջատվում են եռանկյուն հարթ AlCl₃ մոնոմերի մեջ, որը կառուցվածքային առումով նման է BCl₃-ին։ Հալվածքը վատ է փոխանցում էլեկտրականությունը՝ ի տարբերություն այլ իոնային հալոգենիդների, ինչպիսին է նատրիումի քլորիդը։

Ալյումինի քլորիդի մոնոմերը պատկանում է D_3h կետային խմբին իր մոնոմերային ձևով և D_2h՝ իր դիմերիկ ձևով։

Հեքսահիդրատ խմբագրել

Հեքսահիդրատը բաղկացած է ութանիստ [Al(H₂O)₆]³⁺ կատիոն կենտրոններից և քլորիդային (Cl−) անիոններից որպես հակաիոններ։ Ջրածնային կապերը կապում են կատիոնը և անիոնները^[4]։ Ալյումինի քլորիդի հիդրատացված ձևն ունի ութանիստ մոլեկուլային երկրաչափություն, որի կենտրոնական ալյումինի իոնը շրջապատված է ջրի լիգանդի վեց մոլեկուլներով։ Լինելով կոորդինատիվ հագեցվածությամբ, հիդրատը քիչ արժեք ունի որպես կատալիզատոր Friedel-Crafts-ի ալկիլացման և նմանատիպ ռեակցիաներում։

Կիրառություն խմբագրել

Արեների ալկիլացում և ացիլացում խմբագրել

AlCl₃-ը տարածված Լյուիս թթու է և կատալիզատոր Friedel-Crafts ռեակցիաների համար՝ ինչպես ակիլացիաների, այնպես էլ ալկիլացիաների համար^[5]։ Կարևոր ապրանքներն են լվացող միջոցները և էթիլբենզոլը։ Այս տեսակի ռեակցիաները հիմնականում ալյումինի քլորիդի հիմնական սպառողներից են, օրինակ՝ բենզոլից և ֆոսգենից անտրաքինոնի (օգտագործվում է ներկանյութերի արդյունաբերության մեջ) պատրաստումը։ Ընդհանուր Friedel-Crafts ռեակցիայի մեջ ացիլ քլորիդը կամ ալկիլ հալոգենը փոխազդում է արոմատիկ համակարգի հետ, ինչպես ցույց է տրված^[5]

Ալկիլացման ռեակցիան ավելի լայնորեն կիրառվում է, քան ացիլացման ռեակցիան, թեև դրա պրակտիկան տեխնիկապես ավելի պահանջկոտ է։ Երկու ռեակցիաների դեպքում ալյումինի քլորիդը, ինչպես նաև այլ նյութերն ու սարքավորումները պետք է չոր լինեն, թեև ռեակցիայի առաջացման համար անհրաժեշտ է խոնավություն^[6]։ Մանրամասն ընթացակարգերը հասանելի են արենների ալկիլացման^[7] և ացիլացման^[8]^[9] համար։

Friedel-Crafts-ի ռեակցիայի հիմնական խնդիրն այն է, որ ալյումինի քլորիդի կատալիզատորը երբեմն պահանջվում է ամբողջական ստոյխիոմետրիկ քանակով, քանի որ այն ուժեղ կապվում է վերջնանյութեր հետ։ Այս բարդությունը երբեմն առաջացնում է մեծ քանակությամբ քայքայիչ թափոններ։ Այս և նմանատիպ պատճառներով ալյումինի քլորիդի օգտագործումը հաճախ փոխարինվել է ցեոլիտներով։

Ալյումինի քլորիդը կարող է օգտագործվել նաև ալդեհիդային խմբեր արոմատիկ օղակներին կապելու համար, օրինակ՝ Գաթերման-Կոխ ռեակցիայի միջոցով, որն օգտագործում է ածխածնի մոնօքսիդ, ջրածնի քլորիդ և պղնձի (I) քլորիդ համակատալիզատոր^[10]։

Օրգանական և օրգանո-մետաղական սինթեզում այլ կիրառություններ խմբագրել

Ալյումինի քլորիդը օրգանական քիմիայում ունի այլ կիրառությունների լայն շրջանակ^[11]։ Օրինակ, այն կարող է կատալիզացնել «էնեի ռեակցիան», ինչպիսին է 3-բուտեն-2-ոնի (մեթիլ վինիլկետոն) ավելացումը կարվոնին^[12]

Այն օգտագործվում է մի շարք ածխաջրածնային ագույցներ և վերադասավորումներ առաջացնելու համար^[13]^[14]։

Արենի առկայության դեպքում ալյումինի հետ համակցված ալյումինի քլորիդը կարող է օգտագործվել բիս(արեն) մետաղական կոմպլեքսներ սինթեզելու համար, օրինակ՝ բիս(բենզոլ)քրոմ, որոշակի մետաղների հալոգենիդներից, այսպես կոչված, Ֆիշեր-Հաֆներ սինթեզի միջոցով։ Դիքլորոֆենիլֆոսֆինը պատրաստվում է բենզոլի և ֆոսֆորի եռքլորիդի ռեակցիայի միջոցով, որոնք կատալիզացված են ալյումինի քլորիդով^[15]։

Ռեակցիաներ խմբագրել

Aլյումինի քլորիդի անհիդրիդը հզոր Լյուիս թթու է, որը կարող է ձևավորել Լյուիսի թթվա-հիմնային հավելումներ նույնիսկ թույլ Լյուիս հիմքերով, ինչպիսիք են բենզոֆենոնը և մեզիտիլենը^[5]։ Քլորիդ իոնների առկայության դեպքում ձևավորում է տետրաքլորալյումինատ ([AlCl₄]⁻)։

Ալյումինի քլորիդը տետրահիդրոֆուրանի մեջ փոխազդում է կալցիումի և մագնեզիումի հիդրիդների հետ՝ առաջացնելով տետրահիդրոալյումինատներ։

Ջրի հետ ռեակցիաներ խմբագրել

Ալյումինի քլորիդի անհիդրիդը հիգրոսկոպիկ է, ունի շատ ընդգծված կապ ջրի հետ։ Այն ծխում է խոնավ օդում և թշշում, երբ խառնվում է հեղուկ ջրի հետ, քանի որ Cl⁻ լիգանդները տեղահանվում են H₂O մոլեկուլների հետ՝ ձևավորելով հեքսահիդրատ [Al(H₂O)₆]Cl₃: Անհիդրիդը չի կարող վերականգնվել հեքսահիդրատը տաքացնելիս։ Փոխարենը HCl-ը կորչում է՝ թողնելով ալյումինի հիդրօքսիդ կամ կավահող (ալյումինի օքսիդ).

[Al(H₂O)₆]Cl₃ → Al(OH)₃ + 3HCl + 3H₂O

Մետաղների ջրային կոմպլեքսների նման, ջրային AlCl₃-ը թթվային է ջրի լիգանդների իոնացման պատճառով

[Al(H₂O)₆]³⁺ ⇌ [Al(OH)(H₂O)₅]²⁺ + H⁺

Ջրային լուծույթները փոխազդում են այնպես, ինչպես ալյումինի այլ աղերի հետ, որոնք պարունակում են հիդրատացված Al³⁺ իոններ՝ նոսր նատրիումի հիդրօքսիդի հետ ռեակցիայի ժամանակ տալով ալյումինի հիդրօքսիդի դոնդողանման նստվածք

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃ + 3NaCl

Ստացում խմբագրել

Ալյումինի քլորիդը մեծ ծավալներով արտադրվում է ալյումինի քլորի կամ ջրածնի քլորիդի հետ էքզոտերմիկ ռեակցիայի միջոցով 650-ից 750 °C (1202-ից 1382 °F) ջերմաստիճանում։

2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂

Ալյումինի քլորիդը կարող է ձևավորվել պղնձի (II) քլորիդի և ալյումինի մետաղի միջև տեղակալման ռեակցիայի միջոցով

2Al + 3CuCl₂ → 2AlCl₃ + 3Cu

ԱՄՆ-ում 1993 թվականին արտադրվել է մոտավորապես 21000 տոննա՝ չհաշված ալյումինի արտադրության մեջ սպառված քանակությունները։

Հիդրատացված ալյումինի եռքլորիդը պատրաստվում է ալյումինի օքսիդները աղաթթվի մեջ լուծելու միջոցով։ Մետաղական ալյումինը նույնպես հեշտությամբ լուծվում է աղաթթվի մեջ՝ ազատելով ջրածին և անջատելով զգալի ջերմություն։ Այս նյութը տաքացնելով ալյումինի եռքլորիդի անհիդրիդչի ստացվում, հեքսահիդրատը տաքացնելիս քայքայվում է ալյումինի հիդրօքսիդի.

[Al(H₂O)₆]Cl₃ → Al(OH)₃ + 3HCl + 3H₂O

Ալյումինը նաև ձևավորում է ավելի ցածր քլորիդ՝ ալյումինի (I) քլորիդ (AlCl), բայց դա շատ անկայուն է և գոյություն ունի միայն որպես գոլորշի։

Բնության մեջ տարածվածություն խմբագրել

Ալյումինի քլորիդի անհիդրիդը որպես հանքանյութ չի հայտնաբերվում։ Հեքսահիդրատը, սակայն, հայտնի է որպես հազվագյուտ հանքային քլորալյումինիտ^[16]։ Ավելի բարդ, հիմնային և հիդրացված ալյումինի քլորիդ հանքանյութը կադվալադերիտն է^[16]^[17]։

Անվտանգություն խմբագրել

AlCl₃-ի անհիդրիդը ակտիվորեն փոխազդում է հիմքերի հետ, ուստի անհրաժեշտ են համապատասխան նախազգուշական միջոցներ։ Այն կարող է առաջացնել աչքերի, մաշկի և շնչառական համակարգի գրգռում, եթե ներշնչվի կամ շփվի^[18]։

Ծանոթագրություններ խմբագրել

↑ ^1,0 ^1,1 ALUMINUM CHLORIDE
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 ^2,4 David R. Lide, Jr. Basic laboratory and industrial chemicals: A CRC quick reference handbook — CRC Press, 1993. — ISBN 978-0-8493-4498-5
↑ In contrast, AlCl₃ has a more molecular structure, with the Al³⁺ centers occupying adjacent tetrahedral holes of the close-packed framework of Cl^- ions. Wells, A. F. (1984) Structural Inorganic Chemistry, Oxford Press, Oxford, United Kingdom. 0198553706.
↑ Andress, K.R.; Carpenter, C. (1934). «Kristallhydrate II. Die Struktur von Chromchlorid- und Aluminiumchloridhexahydrat». Zeitschrift für Kristallographie – Crystalline Materials. 87. doi:10.1524/zkri.1934.87.1.446.
↑ ^5,0 ^5,1 ^5,2 Olah, G. A., ed. (1963). Friedel-Crafts and Related Reactions. Vol. 1. New York City: Interscience.
↑ Nenitzescu, Costin D.; Cantuniari, Ion P. (1933). «Durch Aluminiumchlorid Katalysierte Reaktion, VI. Mitteil.: Die Umlagerung des Cyclohexans in Metyl-cyclopentan». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (A and B Series) (անգլերեն). 66 (8): 1097–1100. doi:10.1002/cber.19330660817. ISSN 1099-0682.
↑ Jonathan T. Reeves; Zhulin Tan; Daniel R. Fandrick; Jinhua J. Song; Nathan K. Yee; Chris H. Senanayake (2012). «Synthesis of Trifluoromethyl Ketones from Carboxylic Acids: 4-(3,4-Dibromophenyl)-1,1,1-trifluoro-4-methylpentan-2-one». Organic Syntheses. 89: 210. doi:10.15227/orgsyn.089.0210.
↑ Kamil Paruch; Libor Vyklicky; Thomas J. Katz (2003). «Preparation of 9,10-Dimethoxyphenanthrene and 3,6-Diacetyl-9,10-Dimethoxyphenanthrene». Organic Syntheses. 80: 227. doi:10.15227/orgsyn.080.0227.
↑ Alexander J. Seed; Vaishali Sonpatki; Mark R. Herbert (2002). «3-(4-Bromobenzoyl)propanoic Acid». Organic Syntheses. 79: 204. doi:10.15227/orgsyn.079.0204.
↑ Wade, L. G. (2003) Organic Chemistry, 5th edition, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, United States. 013033832X.
↑ Galatsis, P. (1999) Handbook of Reagents for Organic Synthesis: Acidic and Basic Reagents, H. J. Reich, J. H. Rigby (eds.) Wiley, New York City. pp. 12–15. 978-0-471-97925-8.
↑ Snider, B. B. (1980). «Lewis-acid catalyzed ene reactions». Acc. Chem. Res. 13 (11): 426. doi:10.1021/ar50155a007.
↑ Reuben D. Rieke; Stephen E. Bales; Phillip M. Hudnall; Timothy P. Burns; Graham S. Poindexter (1979). «Highly Reactive Magnesium for the Preparation of Grignard Reagents: 1-Norbornanecarboxylic Acid». Organic Syntheses. 59: 85. doi:10.15227/orgsyn.059.0085.
↑ Sami A. Shama; Carl C. Wamser (1983). «Hexamethyl Dewar Benzene». Organic Syntheses. 61: 62. doi:10.15227/orgsyn.061.0062.
↑ B. Buchner; L. B. Lockhart Jr. (1951). «Phenyldichlorophosphine». Organic Syntheses. 31: 88. doi:10.15227/orgsyn.031.0088.
↑ ^16,0 ^16,1 «List of Minerals». www.ima-mineralogy.org. International Mineralogical Association. 2011 թ․ մարտի 21.
↑ «Cadwaladerite». www.mindat.org.
↑ Aluminium Chloride. solvaychemicals.us

[_18d3b25cdc28469e-1] 1,0 ^1,1 ALUMINUM CHLORIDE

[_6c7a0c00002e3c70-2] 2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 ^2,4 David R. Lide, Jr. Basic laboratory and industrial chemicals: A CRC quick reference handbook — CRC Press, 1993. — ISBN 978-0-8493-4498-5

[Wells-3] In contrast, AlCl₃ has a more molecular structure, with the Al³⁺ centers occupying adjacent tetrahedral holes of the close-packed framework of Cl^- ions. Wells, A. F. (1984) Structural Inorganic Chemistry, Oxford Press, Oxford, United Kingdom. 0198553706.

[4] Andress, K.R.; Carpenter, C. (1934). «Kristallhydrate II. Die Struktur von Chromchlorid- und Aluminiumchloridhexahydrat». Zeitschrift für Kristallographie – Crystalline Materials. 87. doi:10.1524/zkri.1934.87.1.446.

[Friedel-5] 5,0 ^5,1 ^5,2 Olah, G. A., ed. (1963). Friedel-Crafts and Related Reactions. Vol. 1. New York City: Interscience.

[6] Nenitzescu, Costin D.; Cantuniari, Ion P. (1933). «Durch Aluminiumchlorid Katalysierte Reaktion, VI. Mitteil.: Die Umlagerung des Cyclohexans in Metyl-cyclopentan». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (A and B Series) (անգլերեն). 66 (8): 1097–1100. doi:10.1002/cber.19330660817. ISSN 1099-0682.

[7] Jonathan T. Reeves; Zhulin Tan; Daniel R. Fandrick; Jinhua J. Song; Nathan K. Yee; Chris H. Senanayake (2012). «Synthesis of Trifluoromethyl Ketones from Carboxylic Acids: 4-(3,4-Dibromophenyl)-1,1,1-trifluoro-4-methylpentan-2-one». Organic Syntheses. 89: 210. doi:10.15227/orgsyn.089.0210.

[8] Kamil Paruch; Libor Vyklicky; Thomas J. Katz (2003). «Preparation of 9,10-Dimethoxyphenanthrene and 3,6-Diacetyl-9,10-Dimethoxyphenanthrene». Organic Syntheses. 80: 227. doi:10.15227/orgsyn.080.0227.

[9] Alexander J. Seed; Vaishali Sonpatki; Mark R. Herbert (2002). «3-(4-Bromobenzoyl)propanoic Acid». Organic Syntheses. 79: 204. doi:10.15227/orgsyn.079.0204.

[10] Wade, L. G. (2003) Organic Chemistry, 5th edition, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, United States. 013033832X.

[11] Galatsis, P. (1999) Handbook of Reagents for Organic Synthesis: Acidic and Basic Reagents, H. J. Reich, J. H. Rigby (eds.) Wiley, New York City. pp. 12–15. 978-0-471-97925-8.

[12] Snider, B. B. (1980). «Lewis-acid catalyzed ene reactions». Acc. Chem. Res. 13 (11): 426. doi:10.1021/ar50155a007.

[13] Reuben D. Rieke; Stephen E. Bales; Phillip M. Hudnall; Timothy P. Burns; Graham S. Poindexter (1979). «Highly Reactive Magnesium for the Preparation of Grignard Reagents: 1-Norbornanecarboxylic Acid». Organic Syntheses. 59: 85. doi:10.15227/orgsyn.059.0085.

[14] Sami A. Shama; Carl C. Wamser (1983). «Hexamethyl Dewar Benzene». Organic Syntheses. 61: 62. doi:10.15227/orgsyn.061.0062.

[15] B. Buchner; L. B. Lockhart Jr. (1951). «Phenyldichlorophosphine». Organic Syntheses. 31: 88. doi:10.15227/orgsyn.031.0088.

[ima-mineralogy.org-16] 16,0 ^16,1 «List of Minerals». www.ima-mineralogy.org. International Mineralogical Association. 2011 թ․ մարտի 21.

[17] «Cadwaladerite». www.mindat.org.

[18] Aluminium Chloride. solvaychemicals.us

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]