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
Термические свойства
Температура
• плавления	+66 °C (с разл.); нонагидрат: 73,5
• разложения	+150-200 °C
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	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. 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. Разлагается в горячей воде.

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:

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

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

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

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.

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.)