氯化鋁
氯化鋁 | |
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IUPAC名 Aluminium(III) chloride | |
別名 | 三氯化鋁 |
識別 | |
CAS號 | 7446-70-0(無水) ![]() 10124-27-3(水合) ![]() 7784-13-6(六水合物) ![]() |
PubChem | 24012 |
ChemSpider | 22445 |
SMILES |
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InChI |
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InChIKey | VSCWAEJMTAWNJL-DFZHHIFOAR |
Gmelin | 1876 |
ChEBI | 30114 |
RTECS | BD0530000 |
性質 | |
化學式 | AlCl3 |
摩爾質量 | (無水) 133.34 g·mol−1 (含結晶水) 241.432 g·mol⁻¹ |
外觀 | 易潮解的黃色或白色固體 |
密度 | 2.48 g·cm−3 |
熔點 | 190 °C (463 K,2.5 大氣壓) |
沸點 | 183 °C (456 K) 178 °C (451 K)(昇華) |
溶解性(水) | 43.9 g/100 ml (0°C) 44.9 g/100 ml (10°C) 45.8 g/100 ml (20°C) 46.6 g/100 ml (30°C) 47.3 g/100 ml (40°C) 48.1 g/100 ml (60°C) 48.6 g/100 ml (80°C) 49 g/100 ml (100°C) |
結構 | |
晶體結構 | 6配位層狀晶格 |
配位幾何 | 八面體(固體), 四面體(液體) |
分子構型 | 平面三角形(單分子蒸氣) |
危險性 | |
歐盟危險性符號 | |
警示術語 | R:R34 |
安全術語 | S:S1/2-S7/8-S28-S45 |
相關物質 | |
其他陰離子 | 氟化鋁,溴化鋁,碘化鋁 |
其他陽離子 | 氯化硼,氯化鎵,氯化銦,氯化鉈,氯化鎂 |
相關路易斯酸 | 氯化鐵,氟化硼 |
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。 |
氯化鋁,或三氯化鋁,化學式為,是氯和鋁的化合物。氯化鋁熔點、沸點都很低,且會昇華,為有離子性的共價化合物。熔化的氯化鋁不易導電[1],和大多數含鹵素離子的鹽類(如氯化鈉)不同。
採取結構,為Al3+立方最密堆積層狀結構,[2] 而中Al3+卻佔Br−最密堆積框架的相鄰四面體間隙。熔融時生成可揮發的,含有兩個三中心四電子氯橋鍵,更高溫度下Al2Cl6二聚體則離解生成平面三角形,與結構類似。
氯化鋁是很常用的路易斯酸。在化學工業,它常是傅-克反應的催化劑。它亦用於烴的聚合和異構化反應中。
鋁亦可以生成一氯化鋁(),但這種化合物很不穩定,只能以氣態的形式出現。
工業上,它經鋁土礦加工,由鋁和氯之間的放熱反應所製。
製備
[編輯]無水氯化鋁可由氧化鋁和碳的混合物與氯氣反應得到:[3]
也可由鋁和鹽酸的混合物得到:
化學性質
[編輯]氯化鋁是強路易斯酸, 可和路易斯鹼作用產生化合物,甚至也可和二苯甲酮和均三甲苯之類的弱路易斯鹼作用。[4]若有氯離子存在,氯化鋁會生成(四)氯鋁酸根離子AlCl4−:
- AlCl3(aq) + Cl−(aq) ⇌ AlCl4−(aq)
在水中,氯化鋁會部分水解,形成氯化氫氣體或H3O+離子。其水溶液和其他含鋁物質的溶液相同,含有水合鋁離子,跟適當份量的氫氧化鈉反應可生成氫氧化鋁沉澱:[5]
- AlCl3(aq) + 3 NaOH(aq) → Al(OH)3(s) + 3NaCl(aq)
- AlCl3(aq) + 3 H2O → AlO2-+ 3HCl + H3O+[來源請求]
用途
[編輯]氯化鋁主要用在傅-克反應[4] 中,例如以苯和光氣為原料制備蒽醌,應用於染整工業中。[1] 在廣義的傅-克反應中,酰氯或鹵代烷和芳香族物質的反應式如下:[4]
苯及其衍生物在發生上述反應時,主產物是對位的異構物。相比較下,烷基化反應涉及的問題較多,不如酰基化反應應用廣泛。無論是哪種反應,氯化鋁和其他原料和儀器都必須是中等乾燥的,少量的水有助於反應進行。
由於氯化鋁可與反應產物配位,因此應用在傅克反應時,它的用量必須與反應物相同,而非「催化量」。反應後的氯化鋁很難回收,會產生大量的腐蝕性廢料。為了達到綠色化學的要求,化學家開始使用三氟化釔或三氟化鏑來替代氯化鋁,減少污染。
氯化鋁也常用來將醛基加在苯環上,如加特曼-科赫反應用一氧化碳、氯化氫、氯化鋁及氯化亞銅為催化劑[6]
氯化鋁在有機化學中有很廣泛的應用。[7] 它可以催化Ene反應,比如3-丁烯-2-酮(甲基乙烯基甲酮)與香芹酮加成:[8]
氯化鋁也常用在烴類聚合反應和異構化反應中,重要的例子包括[1] 工業上乙苯的生產。乙苯可用於進一步製備苯乙烯、聚苯乙烯以及用作清潔劑的十二烷基苯。
芳烴存在下,氯化鋁與鋁混合可用於合成二(芳烴)金屬配合物。例如,二苯鉻就是通過特定金屬鹵化物經由Fischer-Hafner合成製備的。
低濃度的鹼式氯化鋁常是防汗藥的成分之一,而多汗症患者在使用時濃度會高些(12%或更高)。
氯化鋁和氯化鈉不同,其化學鍵的構成大部分是共價鍵,而離子鍵的佔比極低,因此熔融態的氯化鋁不易電離,且電離產生的Cl-會和氯化鋁分子結合生成更穩定的四氯合鋁酸根離子AlCl4−;並且氯化鋁在180 °C(356 °F)以上的溫度下會升華成為氣體;因此在工業上不會通過電解氯化鋁的方式量產金屬鋁。但是在熔融態的氯化鋁添加氯化鈉、無水氯化鈣和少量的氯化鋰,增強氯化鋁分子的電離效率,添加氯酸鉀阻止氯化鋁的升華;用此方法可以電解製備高純度的金屬鋁[9][10]。
注意事項
[編輯]無水氯化鋁會和鹼劇烈反應,因此需妥善處理。含結晶水的氯化鋁較無此問題。
如果吸入無水氯化鋁或接觸眼睛和皮膚會造成刺激。
參考文獻
[編輯]- ^ 1.0 1.1 1.2 N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, Pergamon Press, Oxford, United Kingdom, 1984.
- ^ A. F. Wells, Structural Inorganic Chemistry, Oxford Press, Oxford, United Kingdom, 1984.
- ^ Stover, Norman M.; Constantinescu, Clinton (1936). THE REACTION ALUMINIUM OXIDE–CARBON–CHLORINE. Canadian Journal of Research, 14b(9), 328–335. doi:10.1139/cjr36b-038
- ^ 4.0 4.1 4.2 G. A. Olah (ed.), Friedel-Crafts and Related Reactions, Vol. 1, Interscience, New York, 1963.
- ^ 氯化铝字典-Guidechem.com. [2011-12-13]. (原始內容存檔於2016-03-05).
- ^ L. G. Wade, Organic Chemistry, 5th edition, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, United States, 2003.
- ^ P. Galatsis, in: Handbook of Reagents for Organic Synthesis: Acidic and Basic Reagents, (H. J. Reich, J. H. Rigby, eds.), pp12-15, Wiley, New York, 1999.
- ^ B. B. Snider, Accounts of Chemical Research 13, 426 (1980).
- ^ 一种从氯化铝中提取纯铝的方法. 谷歌學術. 2023-04-09 [2023-04-09]. (原始內容存檔於2023-04-14) (中文(中國大陸)).
- ^ 氯化鋁的製造和電解. 國立台灣大學. 2023-04-09 [2023-04-09]. (原始內容存檔於2023-04-12) (中文(臺灣)).
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