آلومینیوم کلرید

آلومینیوم کلرید

1- مقدمه

نمک کلرید آلومینیوم با فرمول شیمیایی AlCl3 که به عنوان تری کلرید آلومینیوم نیز شناخته می شود، ترکیباتی با فرمول AlCl3(H2O)n (n = 0 or 6) را توصیف می کند. این ترکیبات از اتم های آلومینیوم و کلر به نسبت 1:3 تشکیل شده اند و یک شکل آن نیز حاوی شش آب هیدراتاسیون یا آب تبلور است. هر دو جامد سفید رنگ هستند، اما برخی از نمونه ‌ها (که اغلب نیز این اتفاق می افتد) با نمک کلرید آهن (III) آلوده می‌شوند و زرد رنگ می شوند.

نوع یا فرم بدون آب این نمک از نظر تجاری مهم است و نقطه ذوب و جوش پایینی دارد. این ماده عمدتاً در تولید فلز آلومینیوم تولید و مصرف می گردد، اما مقادیر زیادی در سایر زمینه‌ های صنایع شیمیایی نیز به کار، برده می شود. مهمترین خصلت این ترکیب, آن است که به عنوان اسید لوئیس شناخته می شود. این نمک آلومینیوم مثال و نمونه ای است از یک ترکیب معدنی که در دمای معمولی به طور برگشت پذیر از پلیمر به مونومر تغییر می کند.

1-1- فرم بدون آب

AlCl3 با توجه به دما و حالت فیزیکی (جامد، مایع، گاز) سه ساختار متفاوت دارد. آلومینیوم کلرید جامد یک لایه ورقه مانند مکعبی و بسته بندی شده است. در این چارچوب، مراکز آلومینیوم هندسه کوئوردیناسیونی هشت وجهی یا اکتاهدرال را نشان می‌دهند. هنگامی که تری کلرید آلومینیوم در حالت مذاب است، به شکل یک دیمر با فرمول شیمیایی Al2Cl6 در می آید و عدد کوئوردیناسیونی اتم آلومینیوم آن چهار می باشد. دیمرهای Al2Cl6 در فاز بخار به ندرت یافت می شوند. در دماهای بسیار بالاتر، دیمرهای Al2Cl6 به AlCl3 با ساختار مسطح مثلثی تجزیه می‌شوند که از نظر ساختاری، مشابه مولکول های BF3 هستند. نمک مذاب، برخلاف هالید های یونی مانند کلرید سدیم، جریان الکتریکی ضعیفی را هدایت می کند. 

2-1- فرم شش آبه

هگزا هیدرات یا  6آبه از مراکز هشت وجهی یا اکتاهدرال تشکیل شده است و با فرمول شیمیایی [Al(H2O)6] 3+  نمایش داده می شود و یون های کلرید به صورت یون های زوج شده در کنار آن قرار می گیرند و انواع پیوند های هیدروژنی و یونی، کاتیون و آنیون را به یکدیگر پیوند می دهند. شکل هیدراته کلرید آلومینیوم دارای یک هندسه ی مولکولی هشت وجهی یا اکتاهدرال است که یون آلومینیوم مرکزی توسط شش مولکول لیگاند آب احاطه شده است و یک ساختار دو هرمی مربع القاعده را تشکیل می دهند. از آنجایی که در این مولکول, هیدرات به طور هماهنگ اشباع شده است، ارزش کمی به عنوان کاتالیزور در آلکیلاسیون فریدل-کرافت و واکنش های مرتبط دارد.

2-تاریخچه

شاید تاریخچه ی دقیقی از اولین استفاده ها از این نمک در دسترس نباشد, اما حداقل این موضوع روشن است که با توجه به کشف عنصر کلر در سال 1774 توسط کارل ویلهلم, این نمک بعد از آن سال ها شناسایی شده است.

3-کاربرد ها

1-3- تولید آنتراکینون

واکنش های آلکیلاسیون مربوط به آرن ها که همراه با این نمک صورت می پذیرد, بیشترین کاربرد کلرید آلومینیوم می باشند، برای مثال، در تهیه آنتراکینون از بنزن و فسژن, که در صنعت رنگ بسیار دارای استفاده است, از آلومینیوم کلرید استفاده می شود.

2-3- تشخیص گروه آلدهیدی

کلرید آلومینیوم می‌تواند جهت معرفی گروه‌ های آلدئیدی به حلقه ‌های آروماتیک استفاده شود.

3-3- سنتز مواد آلی و آلی فلزی

کلرید آلومینیوم کاربردهای گسترده ای در شیمی آلی داراست. برای مثال، می تواند واکنش اضافه شدن 3-بوتن-2-اون (متیل وینیل کتون) به کاروون را به خوبی پیش ببرد. همچنین برای القای انواع کوپلینگ ها و بازآرایی های هیدروکربنی نیز از این نمک استفاده می شود.

4-3-سنتز کمپلکس ها

نمک کلرید آلومینیوم همراه با آلومینیوم فلزی در حضور ترکیبات آرن می تواند برای سنتز کمپلکس های فلزی بیس (آرن) نیز استفاده شود، برای مثال, بیس بنزن کروم، از هالید های فلزی خاص از طریق سنتز فیشر-هافنر, با استفاده از این نمک به دست می آید، دی کلروفنیل فسفین از واکنش بنزن و تری کلرید فسفر که توسط کلرید آلومینیوم کاتالیز می شود، تهیه می شود.

4- واکنش ها

1-4- آلکیلاسیون و آسیلاسیون آرن ها

نمک آلومینیوم کلرید، یک کاتالیزور رایج اسید لوئیس برای واکنش ‌های فریدل- کرافت است، (هم برای واکنش آسیلاسیون و هم جهت آلکیلاسیون) که محصولات مهم، مواد شوینده و اتیل بنزن هستند. در واکنش کلی فریدل- کرافت، یک آسیل کلرید یا آلکیل هالید با یک سیستم آروماتیک واکنش نشان می دهد:

از بین این دو واکنش, واکنش آلکیلاسیون به طور گسترده ‌تری نسبت به واکنش آسیلیاسیون مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای هر دو واکنش، کلرید آلومینیوم و سایر مواد و تجهیزات مصرفی بایستی حتما خشک باشند، اگرچه مقداری رطوبت برای ادامه واکنش ضروری است. 
یک مشکل کلی در واکنش فریدل- کرافت آن است که کاتالیست کلرید آلومینیوم گاهی اوقات در مقادیر کامل استوکیومتری مورد نیاز است، زیرا که به شدت با محصولات کمپلکس می شود. این موضوع سبب می گردد گاهی اوقات مقدار زیادی پسماند خورنده ایجاد شود, در نتیجه به این دلایل، به جای استفاده از کلرید آلومینیوم، اغلب از زئولیت ها استفاده می شود.

2-4- واکنش گاترمن

در واکنش گاترمن, نمک آلومینیوم کلرید, در کنار مونوکسید کربن، کلرید هیدروژن و یک کاتالیزور کمکی کلرید مس (I)  , جهت شناسایی گروه های آلدهیدی استفاده می شود.

5- روش تولید

1-5- آلومینیوم و کلر

نمک کلرید آلومینیوم در مقیاس صنعتی از طریق واکنش گرمازای فلز آلومینیوم همراه با کلر یا کلرید هیدروژن در دمای بین 650 تا 750 درجه سانتیگراد به دست می آید.

2-5- جا به جایی تکی

آلومینیوم کلرید می تواند از طریق واکنش جابجایی یکتا مابین کلرید مس و فلز آلومینیوم تشکیل شود.

3-5- انحلال در اسید

تری کلرید آلومینیوم هیدراته با حل کردن اکسیدهای آلومینیوم در اسید هیدروکلریدریک به دست می آید. 

6- تحقیقات جدید

یکی از زمینه های جدیدی که از نمک کلرید آلومینیوم در آن استفاده می گردد, مربوط به زمینه ی پزشکی است, در همین مورد مطالعه و پژوهشی با عنوان "مقایسه اثر کلرید روی و کلرید آلومینیوم در کنترل خونریزی کبدی، مطالعه مدل حیوانی" در نشریه ی جراحی ایران به چاپ رسیده است.

7- روش نگهداری

این نمک در فرم بدون آب، به شدت با بازها واکنش نشان می دهد، بنابراین بایستی به دور از مواد بازی نگهداری شود.

8- ایمنی

با توجه به واکنش پذیری بالای این نمک و خطرات زیادی که برای سلامتی در پی دارد, بایستی اقدامات احتیاطی مناسب در هنگام کار با آن لحاظ شود. در صورت استنشاق یا تماس با قسمت های مختلف بدن, می تواند سبب تحریک چشم، پوست و دستگاه تنفسی گردد.