Нитрат алюминия

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[1]
Термические свойства
Температура
• плавления	+66 °C (с разл.)[1]; нонагидрат: 73,5[1]
• разложения	+150-200 °C
Энтальпия
• образования	− 927 кДж/моль; нонагидрат: − 3757[2]; гексагидрат: − 2871[3] кДж/моль
Химические свойства
Растворимость
• в воде	при 25 °C: 63,7 г/100 мл
• в воде	нонагидрат при 20 °C: 73,9[4]
• в в метаноле	при 35 °C: 14,45[5]
• в в этаноле	при 35 °C: 8,63[5]
• в в этиленгликоле	при 35 °C: 18,32[5]
Структура
Кристаллическая структура	моноклинная
Классификация
Рег. номер CAS	13473-90-0 7784-27-2 (нонагидрат)
PubChem	16713320, 16693912 и 26053
Рег. номер EINECS	236-751-8
SMILES	[Al+3].O=[N+]([O-])[O-].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O
InChI	InChI=1S/Al.3NO3/c;3*2-1(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	0 0 3 OX
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Нитра́т алюми́ния, 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[2][6]. Хорошо растворим в холодной воде (63,7 % при 25 °C) и полярных органических растворителях[6]. Температура плавления 66 °C (с разложением), в вакууме возгоняется при 50 °C. Разлагается в горячей воде[2].

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[2].

Плотность водного раствора нитрата алюминия при 18 °C[7]:

	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[8]:

${\displaystyle {\mathsf {Al(NO_{3})_{3}+4H_{2}O\leftrightarrows [Al(H_{2}O)_{4}]^{3+}+3NO_{3}^{-}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {[Al(H_{2}O)_{4}]^{3+}+H_{2}O\leftrightarrows [Al(H_{2}O)_{3}(OH)]^{2+}+H_{3}O^{+}}}}$

Водные растворы нитрата алюминия имеют pH от 2,5 до 3,7[9].

При нагревании гидролиз можно провести полностью[8]:

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

• Вступает в реакцию со щелочами:

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

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

Реакция с концентрированным водным раствором аммиака может идти по двум направлениям[8].

На холоде:

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

При нагревании:

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

• При нагревании разлагается [8]:

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

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[10].

• 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:

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

Альтернативный метод заключается во взаимодействии гидроксида алюминия с азотной кислотой:

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

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

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

Из водного раствора посредством кристаллизации выделяют нонагидрат нитрата алюминия. Кристаллогидраты с меньшим количеством воды получают из водных растворов азотной кислоты[10].

Безводный нитрат алюминия можно получить реакцией кристаллогидрата с избытком оксидом азота (V) (реакция (1)) или безводного хлорида алюминия с нитратом хлора (реакция (2))[10][11]:

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

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

Промышленное производство

В промышленности безводный нитрат алюминия получают взаимодействием оксида или гидроксида алюминия с оксидом азота (V)[8]:

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

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

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

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

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

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[12].

Опасность

ЛД₅₀ (крысы, перорально) = 4,28 г/кг[13].

Примечания

1. Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А. Глава 3. Физические свойства // Константы неорганических веществ: справочник / Под редакцией проф. Р.А.Лидина. — 2-е изд., перераб. и доп.. — М.: «Дрофа», 2006. — С. 76. — ISBN 5-7107-8085-5.
2. Алюминия нитрат // Химическая энциклопедия / Главный редактор И. Л. Кнунянц. — М.: «Советская энциклопедия», 1988. — Т. 1. — С. 212.
3. Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А. Часть IV. Термодинамика. Глава 1. Энтальпия образования, энтропия и энергия Гиббса образования веществ // Константы неорганических веществ: справочник / Под редакцией проф. Р.А.Лидина. — 2-е изд., перераб. и доп.. — М.: «Дрофа», 2006. — С. 441. — ISBN 5-7107-8085-5.
4. Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А. Часть VI. Растворимость веществ в воде // Константы неорганических веществ: справочник / Под редакцией проф. Р.А.Лидина. — 2-е изд., перераб. и доп.. — М.: «Дрофа», 2006. — С. 618. — ISBN 5-7107-8085-5.
5. Perry D.L. , Phillips S.L. Handbook of Inorganic Compounds. — CRC Press, 1995. — P. 9. — ISBN 0-8493-8671-3.
6. Patnaik P. Handbook of inorganic chemical. — McGraw-Hill, 2003. — P. 9. — ISBN 0-07-049439-8.
7. Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А. Часть VII. Плотность воды и водных растворов. Глава 3. Соли // Константы неорганических веществ: справочник / Под редакцией проф. Р.А.Лидина. — 2-е изд., перераб. и доп.. — М.: «Дрофа», 2006. — С. 641. — ISBN 5-7107-8085-5.
8. Лидин Р.А., Молочко В.А., Андреева Л.Л. Химические свойства неорганических веществ / Под редакцией проф. Р.А.Лидина. — 3-е изд.. — М.: «Химия», 2000. — С. 84. — ISBN 5-7245-1163-0.
9. Тихонов В.Н. Аналитическая химия алюминия. — Серия «Аналитическая химия элементов». — М.: «Наука». — Т. 1971. — С. 16.
10. Downs A.J. Chemistry of aluminium, gallium, indium, and thallium. — First edition. — London: Chapman & Hall, 1993. — P. 153. — 526 p. — ISBN 0-7514-0103-X.
11. Турова Н.Я. Неорганическая химия в таблицах. — М.: «Высший химический колледж РАН», 1997. — С. 66.
12. Vincoli J. W. Aluminium nitrate // Risk Management for Hazardous Chemicals. — CRC Press, 1997. — 3136 p. — ISBN 1-56670-200-3.
13. Gardner's commercially important chemicals: synonyms, trade names, and properties / Edited by Milne G.W.A.. — New Jersey: John Wiley and Sons, 2005. — P. 22. — ISBN 0-471-73518-3.

Литература

1. Downs A.J. Chemistry of aluminium, gallium, indium, and thallium. — First edition. — London: Chapman & Hall, 1993. — 526 p. — ISBN 0-7514-0103-X.

• Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М.: Высшая школа, 2001. — ISBN 5-06-003363-5.
• Лидин Р. А. Справочник по общей и неорганической химии. — М.: КолосС, 2008. — ISBN 978-5-9532-0465-1.
• Некрасов Б. В. Основы общей химии. — М.: Лань, 2004. — ISBN 5-8114-0501-4.
• Спицын В. И., Мартыненко Л. И. Неорганическая химия. — М.: МГУ, 1991, 1994.
• Турова Н. Я. Неорганическая химия в таблицах. Учебное пособие. — М.: ЧеРо, 2002. — ISBN 5-88711-168-2.

Ссылки

• Синтез нитрата алюминия на сайте Youtube. Архивная копия от 29 марта 2020 на Wayback Machine (англ.)