铝的化合物及应用领域

铝是活泼金属，电负性为1.61，但由于Al3＋电荷高、半径小，具有很强的极化能力，所以铝的化合物既有共价型，也有离子型。例如，Al3＋与难变形的阴离子结合时，形成离子型化合物，如Al2O3、AlF3等；而与易变性的阴离子结合时，形成共价化合物，如AlCl3等。铝的化合物以共价化合物为主。在形成共价化合物时，铝也是缺电子原子，铝的化合物是缺电子分子。铝的重要化合物有Al2O3、AlCl3、Al2（SO4）3·18H2O等，它们在工业中有很多重要的应用。

1.氧化铝

加热氢氧化铝［Al（OH）3］可使其脱水生成氧化铝（Al2O3）。在不同的温度条件下制得的Al2O3可以有不同的形态、不同的用途。目前制得的Al2O3至少有8种同质异晶（某些统一化学成分的物质，在不同条件下结晶成不同的晶形）的形态，一般用希腊字母分别表示成α－Al2O3、β－Al2O3、γ－Al2O3等。其中主要的有两种，即α－Al2O3与γ－Al2O3。

自然界中存在的结晶氧化物是α－Al2O3，称为刚玉；Al（OH）3热分解得到的α－Al2O3称为人造刚玉。刚玉的化学性质稳定，不溶于水，也不溶于酸或碱，在催化剂中常用作载体；它有很高的熔点，可作耐火、耐高温材料。例如，用含少量Fe3O4的刚玉粉制得的坩埚可烧至1 800℃。α－Al2O3有很高的硬度（仅次于金刚石），可作高硬度材料和耐磨材料。纯的刚玉是白色不透明的，俗称白刚玉，若有少量杂质，便可呈现鲜明的颜色。例如，在α－Al2O3中含有少量Cr（Ⅲ）时，可制成红宝石，含少量铁（Ⅱ）、铁（Ⅲ）和钛（Ⅳ）的氧化物时，可制成蓝宝石。各种宝石均可用于制造机械轴承、钟表及各种饰品。

γ－Al2O3的化学性质与α－Al2O3的不同，它既能溶于酸，也能溶于碱，是典型的两性氧化物，被称为活性氧化铝，其硬度不高，化学性质较α－Al2O3活泼，当受到强热灼烧时，可以转化成α－Al2O3。γ－Al2O3有很大的表面积（200～600 m3·g－1，比同质量的活性炭表面积大2～4倍），所以有很强的吸附能力和催化活性，多用作吸附剂和催化剂。

2.氢氧化铝

Al（OH）3是典型的两性氢氧化物，其碱性略强于酸性。

根据其具有的弱碱性，医药工业上用作抗胃酸药，以中和胃酸和保护胃部溃疡面。

3.铝盐

常见的铝盐有三氯化铝（AlCl3）、硫酸铝［Al（SO4）3］和硝酸铝［Al（NO3）3］等。铝盐极易水解，一些弱酸的铝盐在水中几乎完全水解。例如，向Al3＋溶液中滴加Na2 CO3或Na2S溶液，都生成Al（OH）3沉淀，而不能得到Al2（CO3）3或Al2S3。

无水铝盐不能通过简单地将溶液加热进行蒸发浓缩的方法来制取，须用干法制得。例如，通过金属铝和氯气反应而得：(www.xing528.com)

或通过氧化铝的氯化制取：

若控制蒸发条件，抑制水解，设法使铝盐从水溶液中析出，也可制得固体的铝盐，不过它们都含有结晶水，如AlCl3·6H2O、Al2（SO4）3·18H2O、Al（NO3）3·6H2O等。

（1）卤化铝

因为Al3＋有很强的极化能力，因此，在卤化铝中，除AlF3是离子型化合物外，AlCl3、AlBr3、AlI3都是共价型化合物。而且它们均为缺电子分子，都易形成双聚分子Al2 Cl6、Al2Br6、Al2I6。卤化铝中最主要的是AlCl3，其中的Al是缺电子原子，存在空轨道，Cl原子有孤电子对，因此可通过配位键形成具有桥式结构的气态双聚分子Al2Cl6，其结构如图9－3所示。

Al2Cl6分子有四个键和两个三中心四电子氯桥键。在800℃时，双聚分子完全分解为单分子，分子是平面三角形构型。

常温下，无水AlCl3是白色晶体，但常因为含有FeCl3而呈黄色，能溶于几乎所有的有机溶剂，在水中会发生强烈水解，甚至在空气中遇到水也会猛烈冒烟。应避免无水AlCl3接触皮肤，以免其水解释放出大量热而被灼伤。无水AlCl3最重要的工业用途是作为有机合成和石油化工的催化剂。

图9－3　Al2Cl6结构

（2）硫酸铝

无水硫酸铝为白色粉末，易溶于水，其水溶液因Al3＋的水解而呈酸性，硫酸铝易与碱金属硫酸盐结合形成复盐。例如，KAl（SO4）2·12H2 O称为铝钾矾，俗称明矾。它们的组成可用通式MIMⅢ（SO4）2·12H2 O来表示，这类化合物称为矾。其中MI＝Na＋、K＋、Rb＋、Cs＋，MⅢ＝Al3＋、Cr3＋、Fe3＋、Co3＋、Ga3＋、V3＋。

硫酸铝与明矾是工业上重要的铝盐，由于它们能水解生成Al（OH）3胶状沉淀，具有很强的吸附性能，所以被用作净水剂以吸附水中的悬浮杂质，其水解产物均有吸附和凝聚作用。