stringtranslate.com

Гидроксид алюминия

Гидроксид алюминия , Al ( OH ) 3 , встречается в природе как минерал гиббсит (также известный как гидраргиллит) и три его гораздо более редких полиморфа : байерит , дойлеит и нордстрандит. Гидроксид алюминия является амфотерным , т. е . он обладает как основными , так и кислотными свойствами. Тесно связаны с ним гидроксид оксида алюминия , AlO(OH), и оксид алюминия или глинозем ( Al2O3 ), последний из которых также является амфотерным. Эти соединения вместе являются основными компонентами алюминиевой руды бокситов . Гидроксид алюминия также образует гелеобразный осадок в воде.

Структура

Al(OH) 3 состоит из двойных слоев гидроксильных групп с ионами алюминия, занимающими две трети октаэдрических пустот между двумя слоями. [5] [6] Известны четыре полиморфа . [7] Все они состоят из слоев октаэдрических единиц гидроксида алюминия с водородными связями между слоями. Полиморфы различаются по способу укладки слоев. Все формы кристаллов Al(OH) 3 являются гексагональными [ оспаривается – обсуждается ] :

Гидраргиллит , который когда-то считался гидроксидом алюминия, является фосфатом алюминия . Тем не менее, и гиббсит , и гидраргиллит относятся к одному и тому же полиморфизму гидроксида алюминия, причем гиббсит чаще всего используется в Соединенных Штатах, а гидраргиллит — в Европе. Гидраргиллит назван в честь греческих слов, обозначающих воду ( hydra ) и глину ( argylles ). [ необходима цитата ]

Характеристики

Гидроксид алюминия амфотерный . В кислоте он действует как основание Бренстеда-Лоури . Он нейтрализует кислоту, давая соль: [9]

3 HCl + Al(OH) 3 → AlCl 3 + 3 H 2 O

В основаниях он действует как кислота Льюиса , связывая гидроксид-ионы: [9]

Al(OH) 3 + ОН− → [Al(OH) 4 ] −

Производство

Резервуары красного шлама (в данном случае в Штаде , Германия) содержат едкие остатки от производства гидроксида алюминия.

Практически весь используемый в коммерческих целях гидроксид алюминия производится по методу Байера [10] , который включает растворение боксита в гидроксиде натрия при температуре до 270 °C (518 °F). Твердые отходы, бокситовые хвосты , удаляются, а гидроксид алюминия осаждается из оставшегося раствора алюмината натрия . Этот гидроксид алюминия может быть преобразован в оксид алюминия или глинозем путем прокаливания . [ требуется ссылка ]

Остаток или бокситовые хвосты , которые в основном состоят из оксида железа, очень едкие из-за остаточного гидроксида натрия. Исторически они хранились в лагунах; это привело к аварии на глиноземном заводе Айка в 2010 году в Венгрии, где прорыв плотины привел к утоплению девяти человек. Еще 122 человека обратились за лечением химических ожогов. Грязь загрязнила 40 квадратных километров (15 квадратных миль) земли и достигла Дуная . Хотя грязь считалась нетоксичной из-за низкого уровня тяжелых металлов, связанный с ней шлам имел pH 13. [11]

Использует

Наполнитель и антипирен

Гидроксид алюминия находит применение в качестве огнезащитного наполнителя для полимерных применений. Он выбран для этих применений, потому что он бесцветен (как и большинство полимеров), недорог и имеет хорошие огнезащитные свойства. [12] Гидроксид магния и смеси хантита и гидромагнезита используются аналогично. [13] [14] [15] [16] [17] Эти смеси начинают разлагаться при температурах около 180 °C (356 °F) до 220 °C (428 °F) (в зависимости от типа используемого гидроксида алюминия), поглощая в процессе значительное количество тепла и выделяя водяной пар. Скорость разложения гидроксида алюминия увеличивается с повышением температуры, при этом максимальная скорость зафиксирована при 250 °C (482 °F). [18]

Помимо того, что он действует как антипирен, он очень эффективен как средство для подавления дыма в широком спектре полимеров, особенно в полиэфирах , акрилах , этиленвинилацетате , эпоксидных смолах , поливинилхлориде (ПВХ) и резине . [19]

Гидроксид алюминия используется в качестве наполнителя в некоторых композитных материалах из искусственного камня , часто в акриловой смоле . [ необходима ссылка ]

Предшественник соединений Al

Гидроксид алюминия является сырьем для производства других соединений алюминия: прокаленных глиноземов, сульфата алюминия , полиалюминийхлорида, хлорида алюминия , цеолитов , алюмината натрия , активированного глинозема и нитрата алюминия . [6]

Свежеосажденный гидроксид алюминия образует гели , которые являются основой для применения солей алюминия в качестве флокулянтов при очистке воды. Этот гель со временем кристаллизуется. Гели гидроксида алюминия можно дегидратировать (например, с помощью смешивающихся с водой неводных растворителей, таких как этанол ) для образования аморфного порошка гидроксида алюминия, который легко растворяется в кислотах. Нагревание преобразует его в активированные оксиды алюминия, которые используются в качестве осушителей , адсорбентов при очистке газов и носителей катализаторов . [12]

Фармацевтическая

Под общим названием «алгелдрат» гидроксид алюминия используется в качестве антацида у людей и животных (в основном у кошек и собак). Он предпочтительнее других альтернатив, таких как бикарбонат натрия , потому что Al(OH) 3 , будучи нерастворимым, не повышает pH желудка выше 7, и, следовательно, не вызывает секрецию избыточной кислоты желудком. Торговые марки включают Alu-Cap, Aludrox, Gaviscon или Pepsamar. Он реагирует с избыточной кислотой в желудке, снижая кислотность содержимого желудка, [20] [21] что может облегчить симптомы язвы , изжоги или диспепсии . Такие продукты могут вызывать запор , потому что ионы алюминия подавляют сокращения гладкомышечных клеток в желудочно-кишечном тракте, замедляя перистальтику и удлиняя время, необходимое для прохождения стула через толстую кишку . [22] Некоторые такие продукты разработаны для минимизации таких эффектов путем включения равных концентраций гидроксида магния или карбоната магния , которые оказывают уравновешивающее слабительное действие. [23]

Это соединение также используется для контроля гиперфосфатемии (повышенный уровень фосфата или фосфора в крови) у людей и животных, страдающих почечной недостаточностью. Обычно почки отфильтровывают избыток фосфата из крови, но почечная недостаточность может привести к накоплению фосфата. Соль алюминия при попадании в организм связывается с фосфатом в кишечнике и уменьшает количество фосфора, которое может быть усвоено. [24] [25]

Осажденный гидроксид алюминия входит в состав некоторых вакцин (например, вакцины против сибирской язвы ) в качестве адъюванта . Одной из известных марок адъюванта гидроксида алюминия является Alhydrogel, производимый Brenntag Biosector. [26] [ необходима полная цитата ] [ неработающая ссылка ] Поскольку он хорошо поглощает белок, он также выполняет функцию стабилизации вакцин, предотвращая осаждение белков в вакцине или прилипание к стенкам контейнера во время хранения. Гидроксид алюминия иногда называют « квасцами », термин, обычно используемый для одного из нескольких сульфатов. [ необходима цитата ]

Вакцинные составы, содержащие гидроксид алюминия, стимулируют иммунную систему , вызывая высвобождение мочевой кислоты , иммунологический сигнал опасности . Это сильно привлекает определенные типы моноцитов , которые дифференцируются в дендритные клетки . Дендритные клетки подхватывают антиген, переносят его в лимфатические узлы и стимулируют Т-клетки и В-клетки . [27] По-видимому, он способствует индукции хорошего ответа Th2 , поэтому полезен для иммунизации против патогенов, которые блокируются антителами. Однако он имеет небольшую способность стимулировать клеточные (Th1) иммунные ответы, важные для защиты от многих патогенов, [28] и бесполезен, когда антиген основан на пептиде . [29]

Безопасность

В 1960-х и 1970-х годах предполагалось, что алюминий связан с различными неврологическими расстройствами , включая болезнь Альцгеймера . [30] [31] С тех пор многочисленные эпидемиологические исследования не обнаружили никакой связи между воздействием алюминия из окружающей среды или проглоченным алюминием и неврологическими расстройствами, хотя инъекционный алюминий в этих исследованиях не рассматривался. [32] [33] [34]

Нейронные расстройства были обнаружены в экспериментах на мышах, мотивированных болезнью войны в Персидском заливе (GWI). Гидроксид алюминия, вводимый в дозах, эквивалентных тем, которые вводились военным США, показал увеличение реактивных астроцитов, увеличение апоптоза двигательных нейронов и микроглиальной пролиферации в спинном мозге и коре. [35]

Ссылки

  1. ^ Для продукта растворимости: "Константы продукта растворимости". Архивировано из оригинала 15 июня 2012 г. Получено 17 мая 2012 г.
  2. ^ Для изоэлектрической точки: Gayer, KH; Thompson, LC; Zajicek, OT (сентябрь 1958 г.). «Растворимость гидроксида алюминия в кислых и основных средах при 25 °C». Canadian Journal of Chemistry . 36 (9): 1268–1271. doi : 10.1139/v58-184 . ISSN  0008-4042.
  3. ^ Zumdahl, Steven S. (2009). Химические принципы (6-е изд.). Houghton Mifflin Company. ISBN 978-0-618-94690-7.
  4. ^ Блэк, Рональд А.; Хилл, Д. Эшли (15 июня 2003 г.). «Лекарства, отпускаемые без рецепта во время беременности». American Family Physician . 67 (12): 2517–2524. ISSN  0002-838X. PMID  12825840 . Получено 1 июля 2017 г. .
  5. ^ Уэллс, А.Ф. (1975), Структурная неорганическая химия (4-е изд.), Оксфорд: Clarendon Press
  6. ^ ab Evans, KA (1993). "Свойства и применение оксидов и гидроксидов алюминия". В AJ Downs (ред.). Химия алюминия, галлия, индия и таллия (1-е изд.). Лондон; Нью-Йорк: Blackie Academic & Professional. ISBN 9780751401035.
  7. ^ Карамалидис, АК; Джомбак Д.А. (2010). Моделирование поверхностного комплексообразования: Гиббсит. Джон Уайли и сыновья . стр. 15–17. ISBN 978-0-470-58768-3.
  8. ^ abc Wefers, Karl; Misra, Chanakya (1987). Оксиды и гидроксиды алюминия. Alcoa Research Laboratories. стр. 2. OCLC  894928306.
  9. ^ ab Boundless (26 июля 2016 г.). "Основные и амфотерные гидроксиды". Boundless Chemistry . Архивировано из оригинала 22 августа 2017 г. . Получено 2 июля 2017 г. .
  10. ^ Hind, AR; Bhargava SK; Grocott SC (1999). «Поверхностная химия твердых веществ процесса Байера: обзор». Colloids Surf Physiochem Eng Aspects . 146 (1–3): 359–74. doi :10.1016/S0927-7757(98)00798-5.
  11. ^ "Венгрия борется за остановку потока токсичного шлама". Веб-сайт BBC News . 5 октября 2010 г.
  12. ^ ab Hudson, L. Keith; Misra, Chanakya; Perrotta, Anthony J.; Wefers, Karl; Williams, FS (2000). "Aluminum Oxide". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a01_557. ISBN 3527306730.
  13. ^ Холлингбери, LA; Халл TR (2010). «Огнезащитное поведение хантита и гидромагнезита — обзор» (PDF) . Полимерная деградация и стабильность . 95 (12): 2213–2225. doi :10.1016/j.polymdegradstab.2010.08.019.
  14. ^ Холлингбери, LA; Халл TR (2010). «Термическое разложение хантита и гидромагнезита — обзор» (PDF) . Thermochimica Acta . 509 (1–2): 1–11. doi :10.1016/j.tca.2010.06.012.
  15. ^ Холлингбери, LA; Халл TR (2012). «Огнезащитные эффекты хантита в природных смесях с гидромагнезитом» (PDF) . Разложение и стабильность полимеров . 97 (4): 504–512. doi :10.1016/j.polymdegradstab.2012.01.024.
  16. ^ Холлингбери, LA; Халл TR (2012). «Термическое разложение природных смесей хантита и гидромагнезита» (PDF) . Thermochimica Acta . 528 : 45–52. doi :10.1016/j.tca.2011.11.002.
  17. ^ Халл, ТР; Витковски А; Холлингбери ЛА (2011). «Огнезащитное действие минеральных наполнителей» (PDF) . Деградация и стабильность полимеров . 96 (8): 1462–1469. doi :10.1016/j.polymdegradstab.2011.05.006. S2CID  96208830.
  18. ^ "Гидроксид алюминия". www.chembk.com . Получено 20 октября 2024 г. .
  19. ^ Huber Engineered Materials. "Huber Non-Halogen Fire Retardant Additives" (PDF) . Получено 3 июля 2017 г.
  20. ^ Гэлбрейт, А.; Буллок, С.; Маниас, Э.; Хант, Б.; Ричардс, А. (1999). Основы фармакологии: учебник для медсестер и специалистов здравоохранения . Harlow: Pearson. стр. 482.
  21. ^ Папич, Марк Г. (2007). «Гидроксид алюминия и карбонат алюминия». Saunders Handbook of Veterinary Drugs (2-е изд.). Сент-Луис, Миссури: Saunders/Elsevier. стр. 15–16. ISBN 9781416028888.
  22. ^ Вашингтон, Нина (2 августа 1991 г.). Антациды и противорефлюксные средства . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. стр. 10. ISBN 978-0-8493-5444-1.
  23. ^ Билл, Роберт Л. (1 сентября 2016 г.). Клиническая фармакология и терапия для ветеринарных техников - Электронная книга. Elsevier Health Sciences. стр. 105. ISBN 9780323444026.
  24. ^ Plumb, Donald C. (2011). «Гидроокись алюминия». Справочник ветеринарных препаратов Plumb (7-е изд.). Стокгольм, Висконсин; Эймс, Айова: Wiley. стр. 36–37. ISBN 9780470959640.
  25. ^ Lifelearn Inc. (1 ноября 2010 г.). «Гидроксид алюминия». Know Your Pet . Получено 30 июня 2017 г.
  26. ^ "О Brenntag Biosector - Brenntag". brenntag.com . Получено 19 апреля 2018 г. .
  27. ^ Kool, M; Soullié T; van Nimwegen M; Willart MA; Muskens F; Jung S; Hoogsteden HC; Hammad H; Lambrecht BN (24 марта 2008 г.). «Алюмовый адъювант усиливает адаптивный иммунитет, вызывая образование мочевой кислоты и активируя воспалительные дендритные клетки». J Exp Med . 205 (4): 869–82. doi :10.1084/jem.20071087. PMC 2807488. PMID 18362170  . 
  28. ^ Петровский Н., Агилар Дж. К. (2004). «Вакцинные адъюванты: текущее состояние и будущие тенденции». Иммунология и клеточная биология . 82 (5): 488–96. doi :10.1111/j.0818-9641.2004.01272.x. PMID  15479434. S2CID  154670.
  29. ^ Cranage, MP; Robinson A (2003). Robinson A; Hudson MJ; Cranage MP (ред.). Протоколы вакцинации - Том 87 Методов в молекулярной медицине Биомедицинские протоколы (2-е изд.). Springer . стр. 176. ISBN 978-1-59259-399-6.
  30. ^ "Мифы об болезни Альцгеймера". Ассоциация болезни Альцгеймера . Получено 29 июля 2012 г.
  31. ^ Хан, А. (1 сентября 2008 г.). «Алюминий и болезнь Альцгеймера». Общество Альцгеймера . Архивировано из оригинала 11 марта 2012 г. Получено 8 марта 2012 г.
  32. ^ Rondeau V (2002). «Обзор эпидемиологических исследований алюминия и кремния в связи с болезнью Альцгеймера и связанными с ней расстройствами». Rev Environ Health . 17 (2): 107–21. doi :10.1515/REVEH.2002.17.2.107. PMC 4764671. PMID  12222737 . 
  33. ^ Martyn CN, Coggon DN, Inskip H, Lacey RF, Young WF (май 1997). «Концентрация алюминия в питьевой воде и риск болезни Альцгеймера». Эпидемиология . 8 (3): 281–6. doi : 10.1097/00001648-199705000-00009 . JSTOR  3702254. PMID  9115023. S2CID  32190038.
  34. ^ Грейвс AB, Роснер D, Эчеверрия D, Мортимер JA, Ларсон EB (сентябрь 1998 г.). «Воздействие растворителей и алюминия на рабочем месте и предполагаемый риск болезни Альцгеймера». Occup Environ Med . 55 (9): 627–33. doi :10.1136/oem.55.9.627. PMC 1757634. ​​PMID  9861186 . 
  35. ^ Шоу, Кристофер А.; Петрик, Майкл С. (ноябрь 2009 г.). «Инъекции гидроксида алюминия приводят к двигательным дефицитам и дегенерации двигательных нейронов». Журнал неорганической биохимии . 103 (11): 1555–1562. doi :10.1016/j.jinorgbio.2009.05.019. ISSN  1873-3344. PMC 2819810. PMID 19740540  . 

Внешние ссылки