Как получить фосфат алюминия уравнение реакции

Фосфат алюминия (ортофосфат алюминия, алюминий фосфорнокислый) — AlPO₄, неорганическое соединение, алюминиевая соль фосфорной кислоты. Твёрдое, белое кристаллическое вещество, нерастворимое в воде. Встречается в природе в виде многочисленных минералов. Образуется в виде студёнистого осадка при действии на водорастворимые соли алюминия растворимых фосфатов.

Используется в качестве флюса в производстве керамики, добавки для цемента, высокотемпературного дегидратирующего агента, для выпуска специальных сортов стекла, как катализатор в органическом синтезе. Также применяется как компонент для некоторых разрыхлителей в кондитерском деле и в медицине как антацид.

Видео:РЕАКЦИИ ИОННОГО ОБМЕНА, ИОННОЕ УРАВНЕНИЕ - Урок Химия 9 класс / Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

Нахождение в природе и физические свойства

Белое (в аморфном виде) или бесцветное кристаллическое вещество, существующая в четырёх модификациях, среди которых устойчивы [1] :

• α-AlPO₄ — с гексагональной решёткой (пространственная группа P3₁21), устойчив до 580 °C;

Плотность: 2,64 г/см³, удельная теплоёмкость: 93,2 Дж/(моль·К), стандартная энтальпия образования: −1733 кДж/моль, стандартная энергия Гиббса: −1617 кДж/моль, стандартная энтропия: 90,8 Дж/(моль·K).

• β-AlPO₄ — с гексагональной (580—1047 °C) или кубической (выше 1047 °C) решёткой.

Соединение плохо растворимо в воде (ПР 9,83⋅10 −10 ) и спирте, хорошо растворимо в соляной и азотной кислоте [2] . Хуже всего соль растворима в воде при pH 4,07—6,93 [3] .

При осаждении из водных растворов выпадает в виде аморфного осадка общей формулой AlPO₄•xH₂O. Известны кристаллогидраты, где x=2; 3,5. Безводную соль можно получить при нагревании фосфата выше 1300 °C.

Видео:Химические уравнения // Как Составлять Уравнения Реакций // Химия 9 классСкачать

Алюминий. Химия алюминия и его соединений

Бинарные соединения алюминия

Алюминий

Положение в периодической системе химических элементов

Алюминий расположен в главной подгруппе III группы (или в 13 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение алюминия и свойства

Электронная конфигурация алюминия в основном состоянии :

+13Al 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 1s 2s 2p 3s 3p

Электронная конфигурация алюминия в возбужденном состоянии :

+13Al * 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2 1s 2s 2p 3s 3p

Алюминий проявляет парамагнитные свойства. Алюминий на воздухе быстро образует прочные оксидные плёнки, защищающие поверхность от дальнейшего взаимодействия, поэтому устойчив к коррозии.

Физические свойства

Алюминий – лёгкий металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.

Температура плавления 660 о С, температура кипения 1450 о С, плотность алюминия 2,7 г/см 3 .

Алюминий — один из наиболее ценных цветных металлов для вторичной переработки. На протяжении последних лет, цена на лом алюминия в пунктах приема непреклонно растет. По ссылке можно узнать о том, как сдать лом алюминия.

Нахождение в природе

Алюминий — самый распространенный металл в природе, и 3-й по распространенности среди всех элементов (после кислорода и кремния). Содержание в земной коре — около 8%.

В природе алюминий встречается в виде соединений:

Корунд Al₂O₃. Красный корунд называют рубином, синий корунд называют сапфиром.

Способы получения

Алюминий образует прочную химическую связь с кислородом. Поэтому традиционные способы получения алюминия восстановлением из оксида протекают требуют больших затрат энергии. Для промышленного получения алюминия используют процесс Холла-Эру. Для понижения температуры плавления оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите (при температуре 960-970 о С) Na₃AlF₆, а затем подвергают электролизу с углеродными электродами. При растворении в расплаве криолита оксид алюминия распадается на ионы:

На катоде происходит восстановление ионов алюминия:

Катод: Al 3+ +3e → Al 0

На аноде происходит окисление алюминат-ионов:

Суммарное уравнение электролиза расплава оксида алюминия:

Лабораторный способ получения алюминия заключается в восстановлении алюминия из безводного хлорида алюминия металлическим калием:

AlCl₃ + 3K → Al + 3KCl

Качественные реакции

Качественная реакция на ионы алюминия — взаимодействие избытка солей алюминия с щелочами . При этом образуется белый аморфный осадок гидроксида алюминия.

Например , хлорид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия:

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃ + 3NaCl

При дальнейшем добавлении щелочи амфотерный гидроксид алюминия растворяется с образованием тетрагидроксоалюмината:

Обратите внимание , если мы поместим соль алюминия в избыток раствора щелочи, то белый осадок гидроксида алюминия не образуется, т.к. в избытке щелочи соединения алюминия сразу переходят в комплекс:

AlCl₃ + 4NaOH = Na[Al(OH)₄] + 3NaCl

Соли алюминия можно обнаружить с помощью водного раствора аммиака. При взаимодействии растворимых солей алюминия с водным раствором аммиака также в ыпадает полупрозрачный студенистый осадок гидроксида алюминия.

AlCl₃ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3NH₄Cl

Al 3+ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3NH₄ +

Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида алюминия с раствором аммиака можно посмотреть здесь.

Химические свойства

1. Алюминий – сильный восстановитель . Поэтому он реагирует со многими неметаллами .

1.1. Алюминий реагируют с галогенами с образованием галогенидов:

1.2. Алюминий реагирует с серой с образованием сульфидов:

1.3. Алюминий реагируют с фосфором . При этом образуются бинарные соединения — фосфиды:

Al + P → AlP

1.4. С азотом алюминий реагирует при нагревании до 1000 о С с образованием нитрида:

2Al + N₂ → 2AlN

1.5. Алюминий реагирует с углеродом с образованием карбида алюминия:

1.6. Алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

Видеоопыт взаимодействия алюминия с кислородом воздуха (горение алюминия на воздухе) можно посмотреть здесь.

2. Алюминий взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Реагирует ли алюминий с водой? Ответ на этот вопрос вы без труда найдете, если покопаетесь немного в своей памяти. Наверняка хотя бы раз в жизни вы встречались с алюминиевыми кастрюлями или алюминиевыми столовыми приборами. Такой вопрос я любил задавать студентам на экзаменах. Что самое удивительное, ответы я получал разные — у кого-то алюминий таки реагировал с водой. И очень, очень многие сдавались после вопроса: «Может быть, алюминий реагирует с водой при нагревании?» При нагревании алюминий реагировал с водой уже у половины респондентов))

Тем не менее, несложно понять, что алюминий все-таки с водой в обычных условиях (да и при нагревании) не взаимодействует. И мы уже упоминали, почему: из-за образования оксидной пленки . А вот если алюминий очистить от оксидной пленки (например, амальгамировать), то он будет взаимодействовать с водой очень активно с образованием гидроксида алюминия и водорода:

2Al 0 + 6 H₂ + O → 2 Al +3 ( OH)₃ + 3 H₂ 0

Амальгаму алюминия можно получить, выдержав кусочки алюминия в растворе хлорида ртути ( II ):

3HgCl₂ + 2Al → 2AlCl₃ + 3Hg

Видеоопыт взаимодействия амальгамы алюминия с водой можно посмотреть здесь.

2.2. Алюминий взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой). При этом образуются соль и водород.

Например , алюминий бурно реагирует с соляной кислотой :

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑

2.3. При обычных условиях алюминий не реагирует с концентрированной серной кислотой из-за пассивации – образования плотной оксидной пленки. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат алюминия и вода:

2.4. Алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации.

С разбавленной азотной кислотой алюминий реагирует с образованием молекулярного азота:

При взаимодействии алюминия в виде порошка с очень разбавленной азотной кислотой может образоваться нитрат аммония:

2.5. Алюминий – амфотерный металл, поэтому он взаимодействует с щелочами . При взаимодействии алюминия с раствором щелочи образуется тетрагидроксоалюминат и водород:

2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂ ↑

Видеоопыт взаимодействия алюминия со щелочью и водой можно посмотреть здесь.

Алюминий реагирует с расплавом щелочи с образованием алюмината и водорода:

2Al + 6NaOH → 2Na₃AlO₃ + 3H₂ ↑

Эту же реакцию можно записать в другом виде (в ЕГЭ рекомендую записывать реакцию именно в таком виде):

2Al + 6NaOH → 2NaAlO₂ + 3H₂↑ + 2Na₂O

2.6. Алюминий восстанавливает менее активные металлы из оксидов . Процесс восстановления металлов из оксидов называется алюмотермия .

Например , алюминий вытесняет медь из оксида меди (II). Реакция очень экзотермическая:

2Al + 3CuO → 3Cu + Al₂O₃

Еще пример : алюминий восстанавливает железо из железной окалины, оксида железа (II, III):

Восстановительные свойства алюминия также проявляются при взаимодействии его с сильными окислителями: пероксидом натрия, нитратами и нитритами в щелочной среде, перманганатами, соединениями хрома (VI):

Видео:Химия 9 класс (Урок№16 - Фосфор. Аллотропия фосфора. Свойства фосфора. Оксид фосфора(V).)Скачать

Фосфат алюминия (AlPO4): состав, свойства, производство, применение

Фосфат алюминия (AlPO4): состав, свойства, производство, применение — Наука

Видео:Получение сульфата алюминия (3 способа)Скачать

Содержание:

В фосфат алюминия представляет собой неорганическое твердое вещество, образованное ионом алюминия Al 3+ и фосфат-ион PO₄ 3- . Его химическая формула — AlPO.₄. Это белое твердое вещество, кристаллическая структура которого похожа на структуру кремнезема SiO.₂. Не растворяется в воде.

Его можно получить из оксида алюминия (Al₂ИЛИ₃) и фосфорной кислоты (H₃PO₄). Также его можно получить, исходя из водных растворов хлорида алюминия (AlCl₃) и фосфат натрия (Na₃PO₄).

Фосфат алюминия имеет очень высокую температуру плавления, поэтому он широко используется в качестве компонента огнеупорных керамики, то есть, керамики, которые выдерживают очень высокие температуры.

Он также используется в качестве антацида для желудка, в смесях для восстановления зубов и в качестве адъюванта к вакцинам, то есть для стимуляции иммунного ответа организма.

Некоторые огнеупорные бетоны содержат AlPO.₄ в своем составе, что увеличивает механические и жаропрочные поддерживающие свойства этого типа цемента.

Он использовался в качестве защитного экрана для предотвращения горения горючих материалов, таких как определенные полимеры.

Видео:Как Решать Задачи по Химии // Задачи с Уравнением Химической Реакции // Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

Состав

АльПО₄ Он образован катионом алюминия Al 3+ и фосфат-анион PO₄ 3- .

Кристаллический фосфат алюминия также называют берлинитом или альфа-фазой (α-AlPO₄) и его кристаллы подобны кварцу.

Альфа-фаза фосфата алюминия представляет собой твердое тело, образованное ковалентной сеткой тетраэдров ПО.₄ и АлПО₄ Они чередуются и связаны атомами кислорода.

Эта структура изоморфна кремнезему, то есть имеет ту же форму, что и кремнезем SiO.₂.

Видео:Ортофорфорная кислота. Соли фосфорной кислоты. 9 класс.Скачать

Номенклатура

— Алюминиевая соль фосфорной кислоты.

Видео:Составление уравнений химических реакций. 1 часть. 8 класс.Скачать

Свойства

Видео:8 класс. Составление уравнений химических реакций.Скачать

Физическое состояние

Кристаллическое белое твердое вещество.

Видео:ОКСИДЫ, КИСЛОТЫ, СОЛИ И ОСНОВАНИЯ ХИМИЯ 8 класс / Подготовка к ЕГЭ по Химии - INTENSIVСкачать

Молекулярный вес

Видео:ОВР и Метод Электронного Баланса — Быстрая Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

Температура плавления

Видео:Расстановка Коэффициентов в Химических Реакциях // Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

Плотность

Видео:СОЛИ ХИМИЯ 8 КЛАСС: Химические Свойства Солей и Получение // Реакция Солей с Кислотами и МеталламиСкачать

Растворимость

Не растворим в воде

Видео:Опыты по химии. Получение и исследование амфотерных свойств гидроксида алюминияСкачать

Другие свойства

Структура АлПО₄ очень похож на кремнезем SiO₂, поэтому он имеет многие физические и химические свойства.

Фосфат алюминия — это очень тугоплавкий материал, то есть он выдерживает очень высокие температуры, не меняя своего физического состояния или структуры и не разлагаясь.

АльПО₄ кристаллический или берлинит при нагревании превращается в структуру типа тридимита, а затем в тип кристобалита, другие формы этого соединения, которые напоминают кремнезем SiO₂.

Видео:Качественная реакция ионов алюминия с гидрофосфатом натрияСкачать

Получение

Фосфат алюминия AlPO₄ может быть получен реакцией между фосфорной кислотой H₃PO₄ и оксид алюминия Al₂ИЛИ₃. Требуется температура нанесения, например, от 100 до 150 ° C.

Его также можно получить, присоединив водный раствор хлорида алюминия AlCl₃ с водным раствором фосфата натрия Na₃PO₄:

Видео:Как получить соль в 2 стадииСкачать

Использование в керамике

Фосфат алюминия AlPO₄ он часто входит в состав глиноземной керамики.

Керамика с высоким содержанием глинозема — один из материалов, который из-за своей твердости используется в приложениях, где требуется выдерживать высокие нагрузки и суровые условия.

Этот тип керамики устойчив к коррозии, воздействию высоких температур, присутствию горячего пара или восстановительной атмосфере, такой как окись углерода (CO).

Глиноземная керамика также имеет низкую электрическую и теплопроводность, поэтому ее используют для изготовления огнеупорных кирпичей и электроизоляционных компонентов.

Поскольку фосфат алюминия образуется при гораздо более низкой температуре, чем кремнезем SiO₂, его производство дешевле, что является преимуществом при производстве керамики, подходящей для требовательных услуг.

Видео:Нерастворимые соли БАРИЯ. Реакция ХЛОРИДА БАРИЯ, СУЛЬФАТА АЛЮМИНИЯ, ФОСФАТА НАТРИЯ и КАРБОНАТА. ОпытСкачать

Производство керамики из фосфата алюминия

Используется глинозем₂ИЛИ₃ и фосфорная кислота H₃PO₄ в водной среде.

Предпочтительный pH пласта составляет 2-8, так как существует большое количество растворенных форм фосфорной кислоты, таких как H₂PO₄ – и HPO₄ 2- . При кислом pH концентрация ионов Al 3+ высокий, возникающий из-за растворения оксида алюминия Al₂ИЛИ₃.

Сначала образуется гель гидратированного дифосфата алюминия с триводородом AlH.₃(PO₄)₂.ЧАС₂ИЛИ:

Однако наступает время, когда pH раствора падает и становится нейтральным, и оксид алюминия Al₂ИЛИ₃ он имеет низкую растворимость. В это время нерастворимый оксид алюминия образует слой на поверхности частиц, предотвращая продолжение реакции.

Поэтому необходимо увеличить растворимость оксида алюминия, и это достигается осторожным нагреванием. При нагревании до 150 ° C гель продолжает реакцию с оксидом алюминия Al.₂ИЛИ₃ высвобождая воду и кристаллический берлинит (альфа-AlPO₄).

Берлинит связывает отдельные частицы и образует керамику.

Видео:ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ ХИМИЯ 8 класс // Подготовка к ЕГЭ по Химии - INTENSIVСкачать

Другое использование

АльПО₄ Он используется как антацид, как адсорбент, как молекулярное сито, как носитель катализатора и как покрытие для повышения устойчивости к горячей коррозии. Вот и другие приложения.

Видео:Реакции металлов с кислородом и водой. 8 класс.Скачать

При получении бетона

Фосфат алюминия входит в состав огнеупорных или жаропрочных бетонов.

Он придает этим бетонам прекрасные механические и преломляющие свойства, такие как термостойкость. В диапазоне температур 1400-1600 ° C ячеистый бетон на основе фосфата алюминия является одним из наиболее эффективных материалов в качестве теплоизолятора.

Не требует сушки, его отверждение достигается за счет самораспространяющейся экзотермической реакции. Из этого материала можно приготовить кирпичи любой формы и размера.

Видео:ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ ПО ХИМИИ: Химическое Количество Вещества, Моль, Молярная Масса и Молярный ОбъемСкачать

В стоматологических цементах

Фосфат алюминия входит в состав стоматологических цементов или материалов, используемых для лечения разрушенных зубов.

В стоматологических цементах оксид алюминия используется в качестве замедлителя кислотно-основных реакций, где замедляющий эффект обусловлен образованием фосфата алюминия на частицах других материалов.

Эти цементы обладают очень высоким сопротивлением сжатию и растяжению, что связано с присутствием фосфата алюминия.

Видео:ВСЕ ПРО АЛКАНЫ за 8 минут: Химические Свойства и ПолучениеСкачать

В вакцинах

АльПО₄ В течение многих лет он использовался в различных вакцинах для человека для усиления иммунного ответа организма. Говорят, что АлПО₄ это «адъювант» вакцин. Механизм еще недостаточно изучен.

Известно, что иммуностимулирующий эффект AlPO₄ это зависит от процесса адсорбции антигена на адъюванте, то есть от способа, которым он к нему прикрепляется. Антиген — это соединение, которое при попадании в организм вырабатывает антитела для борьбы с определенным заболеванием.

Антигены могут адсорбироваться на AlPO₄ электростатическим взаимодействием или связыванием с лигандами. Они адсорбируются на поверхности адъюванта.

Также считается, что размер частиц AlPO₄ он также имеет влияние. Чем меньше размер частиц, тем больше и продолжительнее ответ антител.

В качестве антипирена в полимерах

АльПО₄ Он использовался в качестве антипирена и для предотвращения возгорания или горения некоторых полимеров.

Добавление АлПО₄ к полипропиленовому полимеру, который уже имеет антипирен, вызывает синергетический эффект между обоими антипиренами, что означает, что эффект намного больше, чем у обоих антипиренов по отдельности.

Когда полимер подвергается горению или сжигается в присутствии AlPO₄образуется метафосфат алюминия, который проникает через обугленную поверхность и заполняет ее поры и трещины.

Это приводит к образованию высокоэффективного защитного экрана, предотвращающего возгорание или возгорание полимера. Другими словами, АлПО₄ герметизирует обугленную поверхность и предотвращает возгорание полимера.