آلومینیوم نیترات

نیترات آلومینیوم

Aluminum nitrate

1-مقدمه

نیترات آلومینیوم یک نمک سفید و محلول در آب از آلومینیوم و اسید نیتریک می باشد که معمولاً به صورت هیدرات کریستالی یا نمک متبلور حاوی آب وجود دارد و نیترات آلومینیوم نوناهیدرات آن، که 9 آبه است نوع رایج آن است و به صورت فرمول شیمیایی  Al(NO3)3·9H2O نمایش داده می شود. این نمک آلومینیوم که با نام آلومینیوم نیتریک نیز گزارش می شود, بسیار کمتر از کلرید آلومینیوم و سولفات آلومینیوم دیده می شود. زیرا نیترات به خودی خود, یونی اکسنده و ناپایدار است. نیترات یک یون چند اتمی با فرمول شیمیایی NO3-  می باشد. نیترات ها اجزای رایج کود ها و مواد منفجره و اکسنده هستند. تقریباً تمام نیترات های معدنی در آب محلول می باشند. نمونه ای از نیترات نامحلول بیسموت اکسی نیترات است. این یون, یون باز مزدوج اسید نیتریک است که از یک اتم نیتروژن مرکزی تشکیل شده است که توسط سه اتم اکسیژن با پیوند یکسان در یک آرایش مسطح مثلثی احاطه شده است. یون نیترات حامل بار ۱- است. این بار ناشی از ترکیب بار های اتم های سازنده آن است که در آن هر یک از سه اتم اکسیژن دارای بار منفی کمتر از یک هستند، در حالی که نیتروژن یک بار +1 را داراست، همه این ها به بار یون نیترات چند اتمی اضافه می شود. این آرایش معمولاً به عنوان نمونه ای از رزونانس استفاده می شود. مانند یون کربنات ایزوالکترونیک، یون نیترات را می توان با ساختارهای رزونانسی نشان داد:

از طرف دیگر آلومینیوم ویژگی های قبل و بعد فلزات واسطه را به صورت ترکیبی داراست. از آنجایی که الکترون ‌های کمی برای پیوند فلزی دارد، مانند عناصر سنگین ‌تر گروه 13، ویژگی ‌های فیزیکی مشخصه یک فلز پس از واسطه ها، با فواصل بین اتمی طولانی‌تر از حد انتظار را دارد. علاوه بر این، از آنجایی که Al3+  یک کاتیون کوچک و دارای بار زیاد است، به شدت قطبی می‌شود و پیوند در ترکیبات آلومینیوم به سمت کووالانسی می‌رود؛  این رفتار شبیه رفتار بریلیم  Be2+ است. به همین خاطر فرمول شیمیایی نمک نیترات آلومینیوم به شکلی که گفته شد نوشته می شود.

این نمک در شکل بلور به صورت کریستال های لوزی بی رنگ تشکیل می شود. نیترات آلومینیوم در آب بسیار محلول است. هنگامی که گرم می شود، آب تبلورش را در دمای 73 درجه سانتیگراد از دست می دهد. این نمک نقطه ذوب ندارد و از حدود 150 درجه سانتیگراد تجزیه می شود.

2-تاریخچه

نیترات ها برای اولین بار توسط T. Haenke، یک طبیعت شناس در سال 1798 توصیف شد. بعد از آن نیترات های فلزات مختلف وارد عرصه صنعت شدند. نیترات های آهن, مس و آلومینیوم به علت شناخته تر بودن فلزات آن سریع تر مسیر صنعتی شدن را طی کردند.

3-کاربردها

نونا هیدرات و سایر نیترات های آلومینیوم هیدراته کاربرد های زیادی دارند:

1-3-عامل اکسنده

نیترات آلومینیوم یک عامل اکسید کننده قوی است و در بسیاری از واکنش ها به علت همین کاربرد استفاده می گردد.

2-3-منبع نیترات

از این ترکیب در دباغی چرم، ضد تعریق، بازدارنده های خوردگی، استخراج اورانیوم، پالایش نفت و به عنوان عامل و منبع نیترات استفاده می شود.

3-3- آلومینا

این نمک و سایر نمک های هیدارته آلومینیوم برای تولید آلومینا و جهت تهیه کاغذ های عایق، در عناصر گرمایش لوله پرتو کاتدی و روی لایه های هسته ترانسفورماتور استفاده می شوند. نمک های هیدراته نیز برای استخراج عناصر اکتینید استفاده می شود.

4-واکنش ها

در آزمایشگاه واکنش زیر بسیار استفاده می شود تا دو نمک ارزشمند هیدروکسید آلومینیوم و نیترات سدیم به دست آید:

5- روش تولید

نیترات آلومینیوم را نمی توان از طریق واکنش آلومینیوم با اسید نیتریک غلیظ سنتز نمود، زیرا آلومینیوم یک لایه غیرفعال بر روی مواد واکنش دهنده تشکیل می دهد و از ادامه یافتن آن جلوگیری می کند و با گرمای حاصل از واکنش لایه های بیشتری نیز حاصل شده و واکنش متوقف می شود. 

1-5-کلرید آلومینیوم

نیترات آلومینیوم را می توان از واکنش اسید نیتریک با کلرید آلومینیوم  (III) تهیه نمود. در این واکنش نیتروزیل کلرید به عنوان یک محصول جانبی تولید می شود و به صورت گاز از محلول خارج می شود. 

2-5-هیدروکسید آلومینیوم

در فرایندی راحت تر، این نمک را می توان با واکنش اسید نیتریک با هیدروکسید آلومینیوم نیز تولید نمود.

3-5-سولفات آلومینیوم

نیترات آلومینیوم را می توان از طریق یک واکنش بین نمک سولفات آلومینیوم و نمک نیترات با کاتیون مناسب مانند باریم، استرانسیوم، کلسیم، نقره و یا سرب تهیه نمود.

4-5-اکسید آلومینیوم    

نیترات آلومینیوم را می توان با اثر اسید نیتریک بر روی تری اکسید آلومینیوم تهیه کرد:

6- تحقیقات جدید

همانطور که گفته شد , این نمک منبع و واکنش دهنده آغازین بسیاری از واکنش ها و ترکیبات است و در زمینه های بسیاری مانند کاتالیست و سنتز مواد نقش دارد, در همین زمینه پژوهشی با عنوان "بررسی توزیع آلومینیوم شبکه کاتالیست (Si/Al=10) ZSM5 سنتز شده با منبع آلومینیوم نیترات" در دومین کنفرانس بین المللی یافته های نوین پژوهشی در شیمی و مهندسی شیمی منتشر شده است که به اهمیت این ماده در صنعت امروز اشاره دارد.

7-روش  نگهداری

این ترکیب در دمای نه چندان بالا تجزیه شده و نیترات که یک عامل اکسید کننده قوی است را آزاد می کند و بنابراین دارای اثر آتش سوزی است و در نتیجه دماهای بالای 150 درجه و نور و شعله ی مستقیم به شدت برای این ماده خطرناک است. لذا ضمن دور نگهداشتن آن از این موارد, فراهم نمودن وسایل اتفا حریق امری ضروری است.
علاوه بر این موارد گرما سبب می شود که میزان آب تبلور آن تغییر و برای کار های کمّی و دارای اندازه گیری وزنی دچار خطا شود, لذا وجود گرما و همچنین وجود رطوبت در محیط میزان آب تبلور این نمک را تغییر می دهند, لذا خالی کردن محیط نگهداری از رطوبت و یا استفاده از مواد جاذب رطوبت برای نگهداری این ماده بسیار حائز اهمیت است.

8-ایمنی

نیترات آلومینیوم دارای اثر تحریک کنندگی قوی بر روی غشا های مخاطی چشم و دستگاه تنفسی است. در صورت مصرف این نمک و تجزیه آن داخل بدن، یون های نیترات مصرف شده می تواند منجر به سرگیجه، سردرد و درد در ناحیه شکم، استفراغ خونی، اسهال، شل شدن عضلات عروقی و کاهش ضربان قلب شود.  در کل این نمک , ترکیبی خطرناک برای انسان می باشد.