Нитрат алюминия — свойства, получение и применение

Содержание

Физические свойства
Химические свойства
Получение
Лабораторные методы
Промышленное производство
Применение
Опасность

Нитрат алюминия, азотнокислый алюминий — Al(NO₃)₃, неорганическое соединение, алюминиевая соль азотной кислоты.

Нитрат алюминия
Общие
Систематическое наименование	Нитрат алюминия
Традиционные названия	Азотнокислый алюминий; нитрат алюминия(+3), тринитрат алюминия, алюминия (III) нитрат
Хим. формула	Al(NO₃)₃
Рац. формула	Al(NO₃)₃
Физические свойства
Состояние	твёрдое
Молярная масса	212,996 г/моль
Плотность	1,89
Термические свойства
Температура
• плавления	66 °C (с разл.); нонагидрат: 73,5
Энтальпия
• образования	− 927 кДж/моль; нонагидрат: − 3757; гексагидрат: − 2871 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость
• в воде	при 25 °C: 63,7 г/100 мл
• в воде	нонагидрат при 20 °C: 73,9
• в в метаноле	при 35 °C: 14,45
• в в этаноле	при 35 °C: 8,63
• в в этиленгликоле	при 35 °C: 18,32
Структура
Кристаллическая структура	моноклинная
Классификация
Рег. номер CAS	13473-90-0 7784-27-2 (нонагидрат)
PubChem	16713320
Рег. номер EINECS	236-751-8
SMILES	[Al+3].O=[N+]([O-])[O-].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O
InChI	1S/Al.3NO3/c;32-1(3)4/q+3;3-1 JLDSOYXADOWAKB-UHFFFAOYSA-N
RTECS	BD1040000 BD1050000 (нонагидрат)
ChemSpider	24267
Безопасность
ЛД₅₀	(крысы, перорально) 4280 мг/кг
Токсичность	Низкая
NFPA 704

Помимо собственно безводного нитрата, у алюминия существуют и основные нитраты: AlOH(NO₃)₂ и Al(OH)₂NO₃, а также ряд гидратированных солей Al(NO₃)₃•xH₂O (х = 4, 6, 8, 9), среди которых наиболее стабилен нонагидрат: Al(NO₃)₃•9H₂O.

Физические свойства

Безводный нитрат алюминия представляет собой белое или бесцветное кристаллическое, чрезвычайно гигроскопичное вещество, дымящее на воздухе. Хорошо растворим в холодной воде (63,7 % при 25 °C) и полярных органических растворителях. Температура плавления 66 °C (с разложением), в вакууме возгоняется при 50 °C.

Нонагидрат Al(NO₃)₃•9H₂O — белые кристаллы, расплывающееся на воздухе, с моноклинной структурой (a=1,086 нм, b=0,959 нм, c=1,383 нм, β=95,15°, z=4, пространственная группа P2₁/a). При нагревании чуть выше температуры плавления (73,6 °C) теряет сперва одну, а затем ещё две молекулы воды.

Плотность водного раствора нитрата алюминия при 18 °C:

	1 %	2 %	4 %	6 %	8 %	10 %	12 %	14 %
Плотность, г/л	1006,5	1014,4	1030,5	1046,9	1063,8	1081,1	1098,9	1117,1
	16 %	18 %	20 %	24 %	28 %	30 %	32 %	—
	1135,7	1154,9	1174,5	1215,3	1258,2	1280,5	1303,6	—

Химические свойства

При растворении в воде подвергается гидролизу:

{mathsf {Al(NO_{3})_{3}+4H_{2}Oleftrightarrows [Al(H_{2}O)_{4}]^{{3+}}+3NO_{3}^{-}}}

{mathsf {[Al(H_{2}O)_{4}]^{{3+}}+H_{2}Oleftrightarrows [Al(H_{2}O)_{3}(OH)]^{{2+}}+H_{3}O^{+}}}

Водные растворы нитрата алюминия имеют pH от 2,5 до 3,7.

При нагревании гидролиз можно провести полностью:

{mathsf {Al(NO_{3})_{3}+3H_{2}O=Al(OH)_{3}!downarrow !+3HNO_{3}!uparrow }}

Вступает в реакцию со щелочами:

{mathsf {Al(NO_{3})_{3}+3NaOH=Al(OH)_{3}!downarrow !+3NaNO_{3}}}

{mathsf {Al(NO_{3})_{3}+4NaOH=Na[Al(OH)_{4}]+3NaNO_{3}}}

Реакция с концентрированным водным раствором аммиака может идти по двум направлениям.

На холоде:

{mathsf {Al(NO_{3})_{3}+3NH_{3}+3H_{2}O=Al(OH)_{3}!downarrow !+3NH_{4}NO_{3}}}

При нагревании:

{mathsf {Al(NO_{3})_{3}+3NH_{3}+3H_{2}O=AlO(OH)!downarrow !+3NH_{4}NO_{3}+H_{2}O}}

При нагревании разлагается :

{mathsf {4Al(NO_{3})_{3}=2Al_{2}O_{3}+12NO_{2}!uparrow +3O_{2}!uparrow }}

Нонагидрат при сильном нагревании (135 °C) сперва образует основную соль Al(OH)₂NO₃•1,5H₂O, а при более высокой температуре (200 °C) разлагается до аморфного оксида алюминия.

Нитрат алюминия является сильным окислителем — его безводная форма со взрывом реагирует со многими органическими растворителями (например: с диэтиловым эфиром и бензолом).

Получение

Лабораторные методы

В лаборатории водный раствор нитрата алюминия получают растворением алюминия в разбавленной азотной кислоте:

{mathsf {8Al+30HNO_{3}=8Al(NO_{3})_{3}+3N_{2}O!uparrow +15H_{2}O}}

Альтернативный метод заключается во взаимодействии гидроксида алюминия с азотной кислотой:

{mathsf {Al(OH)_{3}+3HNO_{3}=Al(NO_{3})_{3}+3H_{2}O}}

Наконец, искомую соль можно получить обменной реакцией сульфата алюминия с нитратом бария или свинца:

{mathsf {Al_{2}(SO_{4})_{3}+3Ba(NO_{3})_{2}=2Al(NO_{3})_{3}+3BaSO_{4}!downarrow }}

Из водного раствора посредством кристаллизации выделяют нонагидрат нитрата алюминия. Кристаллогидраты с меньшим количеством воды получают из водных растворов азотной кислоты.

Безводный нитрат алюминия можно получить реакцией кристаллогидрата с избытком оксидом азота (V) (реакция (1)) или безводного хлорида алюминия с нитратом хлора (реакция (2)):

{mathsf {Al(NO_{3})_{3}cdot 9H_{2}O+9N_{2}O_{5}longrightarrow Al(NO_{3})_{3}+18HNO_{3}~~~~~~(1)}}

{mathsf {AlCl_{3}+3ClNO_{3}longrightarrow Al(NO_{3})_{3}+3Cl_{2}~~~~~~(2)}}

Промышленное производство

В промышленности безводный нитрат алюминия получают взаимодействием оксида или гидроксида алюминия с оксидом азота (V):

{mathsf {Al_{2}O_{3}+3N_{2}O_{5}longrightarrow 2Al(NO_{3})_{3}}}

{mathsf {Al(OH)_{3}+3N_{2}O_{5}longrightarrow Al(NO_{3})_{3}+3HNO_{3}}}

В случае использования бромида алюминия в качестве исходного сырья для синтеза, реакция идёт в две стадии:

{mathsf {2AlBr_{3}+8N_{2}O_{5}=2[NO_{2}]^{-}[Al(NO_{3})_{4}]^{+}+3Br_{2}+6NO_{2}}}

{mathsf {2[NO_{2}]^{-}[Al(NO_{3})_{4}]=2Al(NO_{3})_{3}+4NO_{2}+O_{2}}}

Применение

Соединение используется в текстильной промышленности как протрава при крашении тканей, для дубления кожи, в производстве нитей накаливания, в качестве катализатора при очистке нефти, антикоррозионного агента; в производстве изоляционных бумаг, нагревательных элементах, антиперспирантов; в ядерной физике.

Опасность

ЛД₅₀ (крысы, перорально) = 4,28 г/кг.