氯化铝
氯化鋁，或三氯化铝，化学式为AlCl3，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。
| 氯化鋁 | |
|---|---|
| IUPAC名 Aluminium(III) chloride | |
| 别名 | 三氯化鋁 |
| 识别 | |
| CAS号 | 7446-70-0（無水） 10124-27-3（水合） 7784-13-6（六水合物） |
| PubChem | 24012 |
| ChemSpider | 22445 |
| SMILES |
|
| InChI |
|
| InChIKey | VSCWAEJMTAWNJL-DFZHHIFOAR |
| Gmelin | 1876 |
| ChEBI | 30114 |
| RTECS | BD0530000 |
| 性质 | |
| 化学式 | AlCl3 |
| 摩尔质量 | (無水) 133.34 g·mol−1 (含結晶水) 241.432 g·mol⁻¹ |
| 外观 | 易潮解的黃色或白色固體 |
| 密度 | 2.48 g·cm−3 |
| 熔点 | 190 °C (463 K，2.5 大氣壓） |
| 沸点 | 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) |
| 结构 | |
| 晶体结构 | 6配位层状晶格 |
| 配位几何 | 八面體(固體), 四面體(液體) |
| 分子构型 | 平面三角形(單分子蒸氣) |
| 危险性 | |
| 欧盟危险性符号 腐蚀性 C | |
| 警示术语 | R：R34 |
| 安全术语 | S：S1/2-S7/8-S28-S45 |
| 相关物质 | |
| 其他阴离子 | 氟化鋁，溴化鋁，碘化鋁 |
| 其他阳离子 | 氯化硼，氯化鎵，氯化銦，氯化鉈，氯化鎂 |
| 相关路易斯酸 | 氯化鐵，氟化硼 |
| 若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。 | |
AlCl3采取“YCl3”结构，为Al3+立方最密堆积层状结构，[2] 而AlBr3中Al3+却占Br−最密堆积框架的相邻四面体间隙。熔融时AlCl3生成可挥发的二聚体Al2Cl6，含有两个三中心四电子氯桥键，更高温度下Al2Cl6二聚体则离解生成平面三角形AlCl3，与BF3结构类似。
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异构化反应中。
鋁亦可以生成一氯化鋁（AlCl），但這种化合物很不穩定，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。
化學性質 编辑
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。[3] 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，形成氯化氫气体或H3O+離子。其水溶液和其他含鋁物质的溶液相同，含有水合铝离子，跟適當份量的氫氧化鈉反應可生成氫氧化鋁沉淀：[4]
- AlCl3(aq) + 3 NaOH(aq) → Al(OH)3(s) + 3NaCl(aq)
- AlCl3(aq) + 3 H2O → AlO2-+ 3HCl + H3O+
用途 编辑
氯化鋁主要用在傅-克反应[3] 中，例如以苯和光气为原料制备蒽醌，应用于染整工業中。[1] 在廣義的傅-克反应中，醯氯或鹵代烷和芳香族物質的反應式如下:[3]
苯及其衍生物在发生上述反應时，主產物是對位的異構物。相比较下，烷基化反应涉及的问题较多，不如酰基化反应应用广泛。无论是哪种反应，氯化铝和其他原料和仪器都必须是中等干燥的，少量的水有助于反应进行。
由于氯化铝可与反应产物配位，因此应用在傅克反应时，它的用量必须与反应物相同，而非“催化量”。反应后的氯化铝很难回收，会产生大量的腐蚀性废料。为了达到绿色化学的要求，化学家开始使用三氟化釔或三氟化鏑来替代氯化铝，减少污染。
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[5]
氯化铝在有机化学中有很广泛的应用。[6] 它可以催化Ene反應，比如3-丁烯-2-酮（甲基乙烯基甲酮）与香芹酮加成：[7]
AlCl3也常用在烃类聚合反应和异构化反应中，重要的例子包括[1] 工业上乙苯的生产。乙苯可用于进一步制备苯乙烯、聚苯乙烯以及用作清洁剂的十二烷基苯。
芳烃存在下，氯化铝与铝混合可用于合成二(芳烃)金属配合物。例如，二苯铬就是通过特定金属卤化物经由Fischer-Hafner合成制备的。
低浓度的碱式氯化铝常是防汗药的成分之一，而多汗症患者在使用时浓度会高些（12%或更高）。
氯化铝和氯化钠不同，其化学键的构成大部分是共价键，而离子键的占比极低，因此熔融态的氯化铝不易电离，且电离产生的Cl-会和AlCl3分子结合生成更稳定的四氯合铝酸根离子AlCl4−；并且氯化铝在180 °C（356 °F）以上的温度下会升华成为气体；因此在工业上不会通过电解氯化铝的方式量产金属铝。但是在熔融态的氯化铝添加氯化钠、无水氯化钙和少量的氯化锂，增强氯化铝分子的电离效率，添加氯酸钾阻止氯化铝的升华；用此方法可以电解制备高纯度的金属铝[8][9]。
注意事項 编辑
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 编辑
- ^ 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.
- ^ 3.0 3.1 3.2 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]. （原始内容于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. 谷歌学术. 2023-04-09 [2023-04-09]. （原始内容于2023-04-14） （中文（中国大陆））.
- ^ 氯化鋁的製造和電解. 国立台湾大学. 2023-04-09 [2023-04-09]. （原始内容于2023-04-12） （中文（臺灣））.