Трифторид алюминия

Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview= |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}} Фторид алюминия — неорганическое бинарное соединение алюминия и фтора. Химическая формула AlF₃.

Физические свойства

Фторид алюминия представляет собой бесцветное или белое кристаллическое вещество. Данное соединение не встречается в природе, производится искусственно различными способами, или же образуется как сопутствующее вещество при обработке фторсодержащего сырья. При сильном нагревании возгоняется без разложения. При обычных условиях устойчива α-модификация с тригональной решёткой (а = 0,5039 нм, α = 58,50°, z = 2, пространственная группа R32), плотность 2,882 г/см³. При нагревании до 700 ℃ переходит в γ-модификацию с тетрагональной решёткой (а = 0,354 нм, с = 0,600 нм).

Длина связи Al—F составляет 0,163 нм. В газовой фазе при температуре около 1000 ℃ трифторид алюминия существует в виде молекул тригональной симметрии D_3h.

Фторид алюминия плохо растворим в воде (0,41 % по массе при 25 ℃), лучше — в растворах HF; нерастворим в органических растворителях.

Получение

Взаимодействием Аl₂О₃ или Аl(ОН)₃ с раствором HF с последующим выделением, сушкой и прокаливанием при 500—600 ℃ образовавшегося кристаллогидрата AlF₃·3H₂O:

$𝖠𝗅\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}𝖧𝖥\mathsf{\to }𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{\cdot }\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\stackrel{500^{o}C}{\to }𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Действием на Аl₂О₃ газообразного HF при 450—600 ℃:

$𝖠{𝗅}_{\mathrm{𝟤}}{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟨}𝖧𝖥\stackrel{450-600^{o}C}{\to }\mathrm{𝟤}𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

По реакции:

$\mathrm{𝟤}𝖠𝗅\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖲𝗂{𝖥}_{\mathrm{𝟨}}\stackrel{H_{2}O}{\to }\mathrm{𝟤}𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{\cdot }\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{+}𝖲𝗂{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\cdot }𝗇{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

с последующем выделением, сушкой и прокаливанием гидрата.

При температуре 700 ℃ спекание гексафторсиликата натрия с алюминием даёт на выходе чистый кремний, гексафторалюминат натрия и трифторид алюминия:

$\mathrm{𝟥}𝖭{𝖺}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{[}𝖲𝗂{𝖥}_{\mathrm{𝟨}}\mathsf{]}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}𝖠𝗅\stackrel{700^{o}C}{\to }\mathrm{𝟥}𝖲𝗂\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖭{𝖺}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{[}𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟨}}\mathsf{]}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}$

Самым лёгким путём получения трифторида алюминия является прямая реакция фтора с алюминием при температуре 600 ℃:

$\mathrm{𝟤}𝖠𝗅\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\stackrel{600^{o}C}{\to }\mathrm{𝟤}𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}$

Нагрев моногидрата трифторида алюминия до примерно 175 ℃ приводит к его разложению на воду и трифторид алюминия:

$𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{\cdot }{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\stackrel{175^{o}C}{\to }𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Для получения чистого безводного трифторида алюминия необходимо нагреть гексафторалюминат аммония, после чего образуется трифторид алюминия и фторид аммония:

$\mathsf{(}𝖭{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟥}}𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟨}}\mathsf{⟶}𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}𝖭{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}𝖥$

В основном трифторид алюминия получают при обработке оксида алюминия гексафторсиликоновой кислотой, где на выходе получается оксид кремния(IV), трифторид алюминия и вода:

${𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖲𝗂{𝖥}_{\mathrm{𝟨}}\mathsf{+}𝖠{𝗅}_{\mathrm{𝟤}}{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{⟶}\mathrm{𝟤}𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}𝖲𝗂{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Кроме того, он изготавливается путём термического разложения аммония гексафторалюмината.

Химические свойства

Не обаладает летучестью, тугоплавкий, плохо растворим в воде и органических кислотах. Хорошо растворяется в водных растворах плавиковой кислоты. При нагреве имеет склонность испарению, не переходя в жидкое состояние. Не горюч, и не взрывоопасен, однако очень токсичен.

Не вступает в реакции с щелочами и кислотами, кроме серной кислоты. Вступает в реакции с расплавами щелочей. При реакции с водой под воздействием высоких температур образует гидроксид алюминия. При реакции с фторидными соединения из трифторида алюминия можно получить фтороалюминаты.

Образует кристаллогидраты с 1 и 3 молекулами воды, которые легко разрушаются при нагревании:

$𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{\cdot }{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\stackrel{150-200^{o}C}{\to }𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

При нагревании гидролизуется парами воды:

$𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\stackrel{400^{o}C}{\to }𝖠𝗅\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}𝖧𝖥$

Медленно взаимодействует с концентрированной серной кислотой H₂SO₄:

$\mathrm{𝟤}𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\stackrel{}{\to }𝖠{𝗅}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{(}𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟨}𝖧𝖥$

Разлагается растворами и расплавами щелочей.

$𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}\mathsf{(}𝖭{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{\cdot }{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{)}\stackrel{}{\to }𝖠𝗅\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}𝖭{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}𝖥$

$\mathrm{𝟦}𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}𝖭𝖺𝖮𝖧\stackrel{}{\to }𝖭𝖺\mathsf{[}𝖠𝗅\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{]}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}𝖭𝖺\mathsf{[}𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{]}$

С фторидами щелочных металлов AlF₃ образует фтороалюминаты, например, гексафтороалюминат натрия Na₃[AlF₆]:

$𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}𝖭𝖺𝖥\stackrel{}{\to }𝖭{𝖺}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{[}𝖠𝗅{𝖥}_{\mathrm{𝟨}}\mathsf{]}$

Применение

• Трифторид алюминия используется как компонент электролита (примерно 5-15 %) при электролитическом производстве алюминия. Совместно с другими применяемыми добавками в электролит (фторид кальция, фторид магния, фторид лития), он уменьшает температуру плавления электролита до 930—950 ℃ и повышает эффективность процесса электролиза (увеличивается выход по току, уменьшается удельный расход электроэнергии).
• Входит в состав флюсов, эмалей, стёкол, глазурей, керамики, покрытий сварочных электродов; является катализатором в органическом синтезе.
• Как антисептик для предотвращения брожения;
• В производстве киноплёнки.
• Получение чистого алюминия;
• Производство криолита;
• Очистка алюминия и перекиси водорода;
• Изготовление флюсов или сварочных электродов;
• Изготовление оптических деталей, приборов и т.д.

Безопасность

Фторид алюминия ядовит, при контакте с кожей вызывает раздражение. Обладает нейротоксичностью. Полулетальная доза (ЛД50) для крыс составляет 100 мг/кг при пероральном введении.

Систематическое или длительное вдыхание пыли фторида алюминия может спровоцировать развитие астмы и оказать негативное воздействие на костную ткань и нервную систему, приводя к флюорозу и нарушениям нервной системы. Из-за содержания в составе вещества ионов фтора является очень токсичным веществом. Нейротоксические эффекты фторидов обусловлены образованием фторидных комплексов, структурно схожими с фосфатными остатками, что приводит к связыванию с АТФ-фосфогидролазами и фосфолипазой D, что приводит к их ингибированию.

Вещество относят к 3-му классу опасности. При попадании в органы дыхания в виде пыли (или других мелких частиц) может вызвать сильное отравление. Плохо выводится из организма, имеет накопительный эффект. При длительном взаимодействии человека с трифторидом алюминия может вызвать различные сердечно-сосудистые заболевания, разрушение зубов, кожные заболевания. Работы с трифторидом алюминия проводят в помещениях с хорошей вентиляцией. В местах, где возможно образование пыли данного вещества должна быть оборудована локальная вытяжка. Производственные установки должны быть герметичны. Человек должен работать с данным соединением только в респираторе, защитных очках и перчатках.