Нитрат алюминия

Нитрат алюминия

09.03.2021


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

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:

Химические свойства

  • При растворении в воде подвергается гидролизу:
A l ( N O 3 ) 3 + 4 H 2 O ⇆ [ A l ( H 2 O ) 4 ] 3 + + 3 N O 3 − {displaystyle {mathsf {Al(NO_{3})_{3}+4H_{2}Oleftrightarrows [Al(H_{2}O)_{4}]^{3+}+3NO_{3}^{-}}}} [ A l ( H 2 O ) 4 ] 3 + + H 2 O ⇆ [ A l ( H 2 O ) 3 ( O H ) ] 2 + + H 3 O + {displaystyle {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: A l ( N O 3 ) 3 + 3 H 2 O = A l ( O H ) 3 ↓ + 3 H N O 3 ↑ {displaystyle {mathsf {Al(NO_{3})_{3}+3H_{2}O=Al(OH)_{3}!downarrow !+3HNO_{3}!uparrow }}}
  • Вступает в реакцию со щелочами:
A l ( N O 3 ) 3 + 3 N a O H = A l ( O H ) 3 ↓ + 3 N a N O 3 {displaystyle {mathsf {Al(NO_{3})_{3}+3NaOH=Al(OH)_{3}!downarrow !+3NaNO_{3}}}} A l ( N O 3 ) 3 + 4 N a O H = N a [ A l ( O H ) 4 ] + 3 N a N O 3 {displaystyle {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: A l ( N O 3 ) 3 + 3 N H 3 + 3 H 2 O = A l ( O H ) 3 ↓ + 3 N H 4 N O 3 {displaystyle {mathsf {Al(NO_{3})_{3}+3NH_{3}+3H_{2}O=Al(OH)_{3}!downarrow !+3NH_{4}NO_{3}}}} При нагревании: A l ( N O 3 ) 3 + 3 N H 3 + 3 H 2 O = A l O ( O H ) ↓ + 3 N H 4 N O 3 + H 2 O {displaystyle {mathsf {Al(NO_{3})_{3}+3NH_{3}+3H_{2}O=AlO(OH)!downarrow !+3NH_{4}NO_{3}+H_{2}O}}}
  • При нагревании разлагается :
4 A l ( N O 3 ) 3 = 2 A l 2 O 3 + 12 N O 2 ↑ + 3 O 2 ↑ {displaystyle {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:

8 A l + 30 H N O 3 = 8 A l ( N O 3 ) 3 + 3 N 2 O ↑ + 15 H 2 O {displaystyle {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:

A l ( O H ) 3 + 3 H N O 3 = A l ( N O 3 ) 3 + 3 H 2 O {displaystyle {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:

A l 2 ( S O 4 ) 3 + 3 B a ( N O 3 ) 2 = 2 A l ( N O 3 ) 3 + 3 B a S O 4 ↓ {displaystyle {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)):

A l ( N O 3 ) 3 ⋅ 9 H 2 O + 9 N 2 O 5 ⟶ A l ( N O 3 ) 3 + 18 H N O 3             ( 1 ) {displaystyle {mathsf {Al(NO_{3})_{3}cdot 9H_{2}O+9N_{2}O_{5}longrightarrow Al(NO_{3})_{3}+18HNO_{3}~~~~~~(1)}}} A l C l 3 + 3 C l N O 3 ⟶ A l ( N O 3 ) 3 + 3 C l 2             ( 2 ) {displaystyle {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):

A l 2 O 3 + 3 N 2 O 5 ⟶ 2 A l ( N O 3 ) 3 {displaystyle {mathsf {Al_{2}O_{3}+3N_{2}O_{5}longrightarrow 2Al(NO_{3})_{3}}}} A l ( O H ) 3 + 3 N 2 O 5 ⟶ A l ( N O 3 ) 3 + 3 H N O 3 {displaystyle {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:

2 A l B r 3 + 8 N 2 O 5 = 2 [ N O 2 ] − [ A l ( N O 3 ) 4 ] + + 3 B r 2 + 6 N O 2 {displaystyle {mathsf {2AlBr_{3}+8N_{2}O_{5}=2[NO_{2}]^{-}[Al(NO_{3})_{4}]^{+}+3Br_{2}+6NO_{2}}}} 2 [ N O 2 ] − [ A l ( N O 3 ) 4 ] = 2 A l ( N O 3 ) 3 + 4 N O 2 + O 2 {displaystyle {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.