Водород алюминий гидрид алюминия уравнение

Гидрид алюминия
Систематическое наименование	Гидрид алюминия
Традиционные названия	Гидрид алюминия, гидрид алюминия III, алан
Хим. формула	(AlH3)n
Рац. формула	AlH3
Состояние	твёрдое
Молярная масса	30,005 г/моль
Плотность	1,45
Температура
• разложения	105
Энтальпия
• образования	− 12 кДж/моль
Рег. номер CAS	7784-21-6
PubChem	14488
Рег. номер EINECS	232-053-2
SMILES
ChEBI	30136
ChemSpider	13833
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Гидрид алюминия — AlH₃, неорганическое бинарное соединение алюминия с водородом. В нормальных условиях — бесцветное или белое твёрдое вещество, имеющее полимерную структуру: (AlH₃)_n.

Впервые был получен в 1942 году действием тлеющего электрического разряда на смесь триметилалюминия и водорода.

Используется как компонент ракетного топлива, мощный восстановитель в органическом синтезе и в качестве катализатора для реакций полимеризации.

Видео:Получение чистого водорода путем химической реакции алюминия со щелочамиСкачать

Содержание

• 1 Молекулярная структура
• 2 Физические свойства
• 3 Химические свойства
• 4 Получение
• 5 Применение

Видео:Химия 9 класс (Урок№25 - Алюминий. Свойства алюминия. Амфотерность оксида и гидроксида алюминия.)Скачать

Молекулярная структура

В обычных условиях гидрид алюминия имеет полимерную молекулярную структуру (AlH₃)_n, при этом его кристаллическая форма существует в семи полиморфных модификациях: α-(AlH₃)_n, α 1 -(AlH₃)_n, β-(AlH₃)_n, δ-(AlH₃)_n, ε-(AlH₃)_n, γ-(AlH₃)_n, ζ-(AlH₃)_n.

Самой устойчивой является модификация α-(AlH₃)_n, имеющая гексагональную сингонию (пространственная группа R3c, а = 4,449 Å, b = 4,449 Å, c = 11,804 Å). Длина связи Al—H составляет 1,72 Å, длина связи Al—Al: 3,24 Å. Структура α-(AlH₃)_n представляет собой совокупность октаэдров АlН₆, объединенных шестью трехцентровыми двухэлектронными связями Аl—Н—Аl в кристаллический каркас.

Модификация γ-(AlH₃)_n существует в ромбической сингонии, пространственная группа Pnnm (а = 5,3806 Å, b = 7,3555 Å, c = 5,77509 Å). Ячейка кристаллической решётки гидрида состоит из двух октаэдров AlH₆, длина связи Al—Al составляет 2,606 Å. Особенностью структуры является наличие разветвлённой двойной мостиковой связи Al—2H—Al (длина связи Al—H: 1,68—1,70 Å) в дополнение к обычной связи Al—H—Al (длина связи Al—H: 1,77—1,78 Å). Из-за наличия больших полостей в кристаллической структуре γ-(AlH₃)_n, данная модификация имеет плотность примерно на 11 % меньше, чем α-(AlH₃)_n.

При взаимодействии распылённых лазером атомов алюминия с водородом при сверхнизких температурах (3,5 K) с последующим ультрафиолетовым излучением и нормализацией при 6,5 K, в продуктах фотолиза можно обнаружить структуры димера Al₂H₆, аналогичные структуре диборана B₂H₆. Димер (см. структуру на рисунке) очень неустойчив в конденсированном состоянии, поэтому его существование обнаружилось лишь спустя примерно пятьдесят лет после открытия гидрида алюминия.

В 2007 году группа учёных из США воздействовала на алюминий плазменным потоком атомов водорода и обнаружила, что в результате образуются различные анионные полиядерные гидриды алюминия, среди которых особый интерес вызвал анион Al₄H₆ − , чей нейтральный гибрид Al₄H₆ по расчётам должен отличаться заметной стабильностью. Структурно соединение должно представлять искажённый тетраэдр с вершинами — атомами алюминия, в котором атомы водорода образуют четыре терминальные связи Al–H и две мостиковые связи Al–H–Al. Большой энергетический порог между высшими занятыми и низшими свободными молекулярными орбиталями в сочетании с исключительно высоким значением теплоты сгорания позволяют предположить, что этот гидрид алюминия может представлять собой перспективный материал для ракетного топлива.

Видео:Гидрид лития и гидрид лития-алюминия(ЛАГ) и их воспламенениеСкачать

Физические свойства

Гидрид алюминия представляет собой твёрдое белое или бесцветное вещество. Плотность 1,45 (по другим данным 1,47) г/см³. Растворим в тетрагидрофуране (5 г в 100 г растворителя при 19,5 °C).

• стандартная энтальпия образования, ΔH o ₂₉₈: −12 кДж/моль (по другим данным: −11,43±0,84 кДж/моль);
• стандартная энтропия, S o ₂₉₈: 30 Дж/(моль·K) (по другим данным: 30,06±0,42 Дж/(моль·K));
• стандартная энергия Гиббса, ΔG o ₂₉₈: 46 кДж/моль (по другим данным: 46,52±0,96 кДж/моль).

Большое содержание водорода в гидриде алюминия обуславливает ряд его свойств, связанных с проблемой высокотемпературной сверхпроводимости: в области давлений

60 ГПа и температуре

1000 K он обладает полупроводниковым механизмом проводимости, а в области высоких давлений и температур (до 90 ГПа и 2000 K) его проводимость сопоставима с металлической электропроводностью водорода.

Видео:ПОЛУЧЕНИЕ AlCl3 | ГИДРОКСИД АЛЮМИНИЯ И ЕГО РАСТВОРЕНИЕСкачать

Химические свойства

• Соединение нестабильно: при нагревании выше 100 °C разлагается:

2 AlH₃ → to 2 Al + 3 H₂

• Бурно взаимодействует с водой:

AlH₃ + 3 H₂O → Al(OH)₃ + 3 H₂ ↑

• С диэтиловым эфиром образует высокореакционный, но относительно стабильный комплекс переменного состава, который часто используется для синтетических целей:

AlH₃ + n(C₂H₅)₂O → AlH₃ ⋅ n(C₂H₅)₂O Аналогичный комплекс образуется с другими низшими алифатическими эфирами, а также с триметиламином: AlH₃ • N(CH₃)₃. Последний взаимодействует с водой со взрывом. Для стабилизации гидрида алюминия также можно использовать комплексы с другими аминами, например с N-метилпирролидином (NMP): AlH₃ • NMP и AlH₃ • (NMP)₂.

• Гидрид алюминия — очень сильный восстановитель. Он способен восстановить углекислый газ до метана:

4 AlH₃ + 3 CO₂ → to 3 CH₄ + 2 Al₂O₃ Известны многочисленные реакции восстановления органических соединений с использованием гидрида алюминия.

• Взаимодействует с гидридом лития, образуя алюмогидрид:

AlH₃ + LiH → (C₂H₅)₂O LiAlH₄ Медленно вступает в реакцию с дибораном, образуя борогидрид алюминия (точнее тетрагидридоборат алюминия): 2 AlH₃ + B₂H₆ → 2 Al(BH₄)₃

Видео:Химическая реакция йода и алюминия.Скачать

Получение

Используемый сегодня принципиальный метод получения чистого гидрида алюминия из гидрида лития в среде диэтилового эфира был предложен ещё в 1947 году:

Хлорид лития выпадает в осадок до момента полимеризации AlH₃ и отделяется от эфирного раствора, из которого путём дальнейшей отгонки эфира получают комплекс гидрида алюминия с диэтиловым эфиром.

Также гидрид алюминия по аналогии можно получить реакцией алюмогидрида лития с серной кислотой, хлоридом бериллия, хлоридом цинка, хлороводородом и алкилгалогенидами:

2 LiAlH₄ + H₂SO₄ → 2 AlH₃ + Li₂SO₄ + 2 H₂ LiAlH4 + HCl → AlH₃ + LiCl + H₂ 2 LiAlH4 + BeCl₂ → 2 AlH₃ + 2 LiCl + BeH₂ 2 LiAlH4 + ZnCl₂ → 2 AlH₃ + 2 LiCl + ZnH₂ LiAlH4 + R−CH2−Cl → AlH₃ + LiCl + R−CH₃

Вместо алюмогидрида лития можно использовать алюмогидрид натрия:

Для получения чистого гидрида (без примесей растворителя) эфирный комплекс подвергают нагреванию в вакууме с добавлением бензола или в присутствии небольших количеств LiAlH₄ или смеси LiAlH₄+LiBH₄. При этом сперва получаются β-AlH₃ и γ-AlH₃ модификации, которые затем переходят в более стабильный α-AlH₃.

Другим способом получения несольватированного эфиром гидрида алюминия, является электролиз алюмогидрида натрия в среде тетрагидрофурана.

Среди прочих методов отметим синтез с использованием гидрида магния:

Долгое время считалось, что гидрид алюминия невозможно получить прямым взаимодействием элементов, поэтому для его синтеза использовали приведённые выше косвенные методы. Однако, в 1992 году группа российских учёных осуществила прямой синтез гидрида из водорода и алюминия, используя высокое давление (выше 2 ГПа) и температуру (более 800 K). Вследствие очень жёстких условий протекания реакции, в настоящий момент метод имеет лишь теоретическое значение.

Видео:Алюминий и щёлочьСкачать

Применение

Гидрид алюминия находит широкое применение в органическом синтезе в качестве сильнейшего восстанавливающего агента.

В связи с тем, что гидрид алюминия представляет собой соединение с высоким содержанием водорода (10,1 %), он используется в производстве ракетных топлив и некоторых взрывчатых веществ, а также для систем хранения и генерации в автономных энергетических водородных установках.

Видео:Галилео. Эксперимент. Растворяем алюминийСкачать

Реакции алюминия с водородом и другими веществами

Химические свойства самого распространенного металла

Алюминий — активный металл. Он устойчив на воздухе, при нормальной температуре быстро окисляется, покрываясь плотной пленкой оксида, которая защищает металл от дальнейшего разрушения.

Видео:Про алюминий интересноСкачать

Взаимодействие алюминия с другими веществами

При обычных условиях не взаимодействует с водой даже в состоянии кипения. При удалении защитной оксидной пленки алюминий вступает в энергичное взаимодействие с водяным паром воздуха, превращаясь в рыхлую массу гидроксида алюминия с выделением водорода и тепла. Уравнение реакции:

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂

Если снять защитную оксидную пленку с алюминия, то металл вступает в активное взаимодействие с кислородом. При этом порошок алюминия сгорает, образуя оксид. Уравнение реакции:

Этот металл также активно взаимодействует со многими кислотами. При реакции с соляной кислотой наблюдается выделение водорода:

2Al + 6HCl = 2Al­Cl₃ + 3H₂

При обычных условиях концентрированная азотная кислота не взаимодействует с алюминием, так как будучи сильным окислителем, она делает оксидную пленку еще крепче. По этой причине азотная кислота хранится и перевозится в алюминиевой посуде.

Алюминий при обычной температуре пассивируется разбавленной азотной и концентрированной серной кислотами. В горячей серной кислоте металл растворяется:

2Al + 4H₂­SO4 = Al₂(SO4)₃ + S + 4H₂O

Видео:Невероятные свойства самого распространенного металла на ЗемлеСкачать

Взаимодействие с неметаллами

Алюминий реагирует с галогенами, серой, азотом, углеродом и всеми неметаллами. Для протекания реакции необходимо нагревание, после чего взаимодействие происходит с выделением большого количества тепла.

Видео:Реакция жидкого галлия и алюминия.Скачать

Взаимодействие алюминия с водородом

Алюминий непосредственно с водородом не реагирует, хотя известно твердое полимерное соединение алан, в котором существуют так называемые трехцентровые связи. При температуре выше 100 градусов Цельсия алан необратимо разлагается на простые вещества. Гидрид алюминия бурно реагирует с водой.

Алюминий напрямую не реагирует с водородом: металл образует соединения путем потери электронов, которые принимаются другими элементами. Атомы водорода не принимают электроны, которые отдают металлы для образования соединений. «Принуждать» атомы водорода принять электроны с образованием твердых ионных соединений (гидридов) могут только очень реактивные металлы (калий, натрий, магний, кальций). Для прямого синтеза гидрида алюминия из водорода и алюминия требуется огромное давление (около 2 миллиардов атмосфер) и температура выше 800 К. Здесь вы сможете узнать о химических свойствах других металлов.

Следует отметить, что водород — это единственный газ, заметно растворяющийся в алюминии и его сплавах. Растворимость водорода изменяется пропорционально температуре и квадратному корню из давления. Растворимость водорода в жидком алюминии значительно выше, чем в твердом. Это свойство незначительно изменяется в зависимости от химического состава сплавов.

Видео:Опыты по химии. Взаимодействие алюминия с кислотой и щелочьюСкачать

Алюминий и его водородная пористость

Образование в алюминии пузырей водорода непосредственно зависит от скорости охлаждения и затвердевания, а также от наличия центров зарождения для выделения водорода — захваченных внутрь расплава оксидов. Для образования пористости алюминия необходимо значительное превышение содержания растворенного водорода по сравнению с растворимостью водорода в твердом алюминии. При отсутствии центров зарождения для выделения водорода требуется относительно высокая концентрация вещества.

Расположение водорода в затвердевшем алюминии зависит от уровня его содержания в жидком алюминии и условий, при которых происходило затвердевание. Так как водородная пористость — это результат механизмов зарождения и роста, контролируемых диффузией, то такие процессы, как снижение концентрации водорода и увеличение скорости затвердевания, подавляют зарождение и рост пор. Из-за этого выполненные методом литья в разъемный кокиль отливки металла более подвержены дефектам, связанным с водородом, чем отливки, изготовленные методом литья под давлением.

Есть разные источники попадания водорода в алюминий.

Шихтовые материалы (лом, слитки, литейный возврат, оксиды, песок и смазки, применяющиеся при механической обработке). Эти загрязнители — потенциальные источники водорода, образовавшегося при химическом разложении паров воды или восстановлении органических веществ.

Плавильные инструменты. Скребки, пики, лопаты являются источником водорода. Оксиды и остатки флюсов на инструментах впитывают влагу из окружающего воздуха. Печные огнеупоры, распределительные каналы, ковши для отбора проб, известковые желоба и цементные растворы — потенциальные источники водорода.

Атмосфера печи. Если плавильная печь работает на мазуте или на природном газе, возможно неполное сгорание топлива с образованием свободного водорода.

Флюсы (гигроскопичные соли, готовые мгновенно впитывать воду). По этой причине влажный флюс неизбежно вносит в расплав водород, образовавшийся при химическом разложении воды.

Литейные формы. В процессе заполнения литейной формы жидкий алюминий течет турбулентно и захватывает воздух во внутренний объем. Если воздух не успеет выйти из формы до начала затвердевания алюминия, то водовод проникнет в металл.

Видео:Активный алюминий 🧪 Реакция алюминия с водой ⚗️ Опыты по химииСкачать

Гидрид алюминия (AlH3): строение, свойства, применение

Гидрид алюминия (AlH3): строение, свойства, применение — Наука

Видео:Взаимодействие алюминия с соляной кислотой HCL с выделением водорода и образованием AlCl3Скачать

Содержание:

В гидрид алюминия неорганическое соединение, химическая формула которого AlH₃. Хотя это может показаться простым по своей природе, на самом деле это довольно сложная субстанция. Из-за кристаллического блеска, который может проявляться в твердом теле, его обычно принимают за ионный гидрид, образованный ионами Al. 3+ и H – .

Однако его свойства демонстрируют обратное: это полимерное твердое тело, наиболее точное представление которого будет иметь тип (AlH₃)_п, будучи п количество мономерных единиц AlH₃ который будет включать цепочку или слой кристалла. Следовательно, AlH₃ Это один из тех полимеров, которому удается принять кристаллическую структуру.

Гидрид алюминия не является твердым телом с большим коммерческим распространением, поэтому его изображений мало. Он специально предназначен для органического синтеза, где он служит мощным восстановителем. Кроме того, он занимает особое место в технологическом прогрессе материалов, являясь многообещающей альтернативой хранению водорода.

Это соединение, также называемое аланом, тесно связано с LiAlH.₄, названиями которых являются алюмогидрид лития, аланат лития или тетрагидроалюминат лития. Хотя он имеет полимерные характеристики и термическую метастабильность, он встречается в семи полиморфных модификациях с различной кристаллической морфологией.

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

Состав

Видео:химические свойства алюминияСкачать

Координации

Независимо от рассматриваемого полиморфа или кристаллической фазы, координаты между атомами алюминия и водорода остаются постоянными. На верхнем изображении, например, как и на первом изображении, показан координационный октаэдр для атомов алюминия (коричневая сфера).

Каждый атом Al окружен шестью атомами водорода, образующими шесть связей Al-H. То, как октаэдры ориентированы в пространстве, будет иметь структурное различие между одним полиморфом и другим.

С другой стороны, каждый атом H координируется с двумя атомами Al, устанавливая связь Al-H-Al, что может быть оправдано связью типа 3c2e (3 центра — 2 электрона). Эта ссылка отвечает за соединение нескольких октаэдров AlH.₆ через кристалл алана.

Видео:ВОДОРОД ПО ТРЕБОВАНИЮ. УПРАВЛЯЕМАЯ РЕАКЦИЯСкачать

Изолированная молекула

АльГ₃ считается полимерным из-за сетей AlH₆ которые составляют кристалл. Чтобы выделить отдельную молекулу аллана, необходимо применить низкое давление в инертной атмосфере благородного газа. Таким образом, полимер разрушается и высвобождает молекулы AlH.₃ геометрия тригональной плоскости (аналог BH₃).

С другой стороны, можно димеризовать два AlH₃ чтобы сформировать Al₂ЧАС₆, как и диборан, B₂ЧАС₆. Однако для достижения этого требуется использование твердого водорода, поэтому он не может иметь большого долгосрочного промышленного или коммерческого значения.

Видео:NaOH+H2O+Al=Na(Al(OH)4)+H2+Q Гидроксид натрия реагирует с алюминием выделяется водородСкачать

Полиморфы

Алано или AlH₃ Он способен образовывать до семи полиморфов: α, α ’, β, γ, δ, ε и ζ, из которых α является наиболее устойчивым к изменениям температуры. Α-AlH₃ он отличается кубической морфологией и гексагональной кристаллической структурой. Как правило, это продукт, в который превращаются другие полиморфы, когда они подвергаются термической дестабилизации.

Морфология γ-AlH₃, с другой стороны, он отличается игольчатым типом. Вот почему AlH₃ Твердое вещество может содержать смесь более двух полиморфов и представлять различные кристаллы под микроскопом.

Видео:МЕДЬ, ПИВО, СХРОНЫ, СИСТЕМНЫЙ БЛОК И ДРУГИЕ НИШТЯКИ! ДОБЫВАЮ МЕДЬ! АЛЮМ БАНКИ! ПОИСК МЕТАЛЛОЛОМА!Скачать

Свойства

Видео:Взаимодействие алюминия со щёлочью и водойСкачать

Внешность

Гидрид алюминия представляет собой твердое вещество от бесцветного до не совсем белого цвета с кристаллическим внешним видом и тенденцией проявлять игольчатую форму.

Видео:водород из алюминия часть 3 финалСкачать

Молярная масса

29,99 г / моль или 30 г / моль

Температура плавления

150 ° С. Но он начинает разлагаться при 105ºC.

Растворимость воды

Высокий, потому что он реагирует с ним.

Растворимость

Нерастворим в диэтиловом эфире и в неполярных растворителях, таких как бензол и пентан. Реагирует со спиртами и другими полярными растворителями.

Разложение

АльГ₃ он подвержен разложению с разной скоростью в зависимости от внешних условий, морфологии и термической стабильности его кристаллов или использования катализаторов. Когда это происходит, он выделяет водород и превращается в металлический алюминий:

Фактически, это разложение, а не проблема, представляет собой одну из причин, по которой алано считается интересным для развития новых энергетических технологий.

Образование аддукта

Когда AlH₃ он не вступает в необратимую реакцию с растворителем, он образует с ним аддукт, то есть своего рода комплекс. Например, он может образовывать комплекс с триметиламином, AlH₃2N (CH₃)₃, с тетрагидрофураном, AlH₃THF, или с диэтиловым эфиром, AlH₃Et₂О. Последний был наиболее известен, когда в 1947 году был введен синтез или производство алана.

Получение

Первые выступления AlH₃ восходит к 1942 и 1947 годам, именно в этом году был представлен его синтез с использованием LiAlH.₄ в среде диэтилового эфира:

Эфирный раствор AlH₃ · пEt₂Или он должен был впоследствии подвергнуться десольватации с целью устранения Et₂Или и получить AlH₃ чистый. В дополнение к этой проблеме необходимо было удалить LiCl из среды продуктов.

Таким образом, с 1950 по 1977 год были разработаны новые синтезы для получения более высоких выходов AlH.₃, а также более чистые твердые вещества с лучшими термическими и морфологическими свойствами. Изменяя количество, этапы и используемые инструменты, можно получить один полиморф лучше, чем другой. Однако α-AlH₃ это обычно продукт большинства.

Другие методы синтеза заключаются в использовании электрохимии. Для этого используются алюминиевый анод и платиновый катод. На аноде происходит следующая реакция:

При этом в катоде получается металлический натрий. Тогда AlH₃ · пTHF также подвергается десольватации для удаления THF и, наконец, получения AlH.₃.

Приложения

Восстановитель

АльГ₃ он служит для восстановления определенных функциональных групп органических соединений, таких как карбоновые кислоты, кетоны, альдегиды и сложные эфиры. Фактически он добавляет водород. Например, сложный эфир можно восстановить до спирта в присутствии нитрогруппы:

Резервуар с водородом

Гидрид алюминия представляет собой альтернативу тому, чтобы служить резервуаром для водорода и, таким образом, иметь возможность переносить его в устройства, которые работают с водородными батареями. Объемы, полученные из H₂ соответствуют объему более чем в два раза больше AlH₃.

Принимая AlH₃, и разложив его контролируемым образом, желаемое количество H₂ в любой момент. Следовательно, его можно использовать в качестве ракетного топлива и во всех тех энергетических приложениях, которые стремятся использовать преимущества сжигания водорода.

Ссылки

1. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия. (Четвертый выпуск). Мак Гроу Хилл.
2. Википедия. (2020). Гидрид алюминия. Получено с: en.wikipedia.org
3. Национальный центр биотехнологической информации. (2020). Гидрид алюминия. База данных PubChem., CID = 14488. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. J. Graetz et al. (2011). Гидрид алюминия как материал для хранения водорода и энергии: прошлое, настоящее и будущее. Elsevier B.V.
5. Сюй Бо и др. (2014). Получение и термические свойства полиморфов гидрида алюминия. doi.org/10.1016/j.vacuum.2013.05.009

Устойчивое потребление: для чего это нужно, важность, действия, примеры

6 типичных ремесел Наярит, наиболее популярных