氯化鋁

化合物

氯化鋁,或三氯化鋁,化學式為,是化合物。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
別名 三氯化鋁
識別
CAS號 7446-70-0無水 checkY
10124-27-3水合 ☒N
7784-13-6六水合物 ☒N
PubChem 24012
ChemSpider 22445
SMILES
 
  • Cl[Al](Cl)Cl
InChI
 
  • 1/Al.3ClH/h;3*1H/q+3;;;/p-3
InChIKey VSCWAEJMTAWNJL-DFZHHIFOAR
Gmelin 1876
ChEBI 30114
RTECS BD0530000
性質
化學式 AlCl3
摩爾質量 (無水)
133.34 g·mol−1
(含結晶水)
241.432 g·mol⁻¹
外觀 潮解的黃色或白色固體
密度 2.48 g·cm−3
熔點 190 °C (463 K,2.5 大氣壓)
沸點 183 °C (456 K)
178 °C (451 K)(昇華
溶解性 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)
結構
晶體結構 6配位層狀晶格
配位幾何 八面體(固體), 四面體(液體)
分子構型 平面三角形(單分子蒸氣)
危險性
歐盟危險性符號
腐蝕性腐蝕性 C
警示術語 R:R34
安全術語 S:S1/2-S7/8-S28-S45
相關物質
其他陰離子 氟化鋁溴化鋁碘化鋁
其他陽離子 氯化硼氯化鎵氯化銦氯化鉈氯化鎂
相關路易斯酸 氯化鐵氟化硼
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。

採取結構,為Al3+立方最密堆積層狀結構,[2]中Al3+卻佔Br最密堆積框架的相鄰四面體間隙。熔融時生成可揮發的,含有兩個三中心四電子氯橋鍵,更高溫度下Al2Cl6二聚體則離解生成平面三角形,與結構類似。

氯化鋁的三種結構


氯化鋁是很常用的路易斯酸。在化學工業,它常是傅-克反應催化劑。它亦用於聚合異構化反應中。

鋁亦可以生成一氯化鋁),但這種化合物很不穩定,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。

製備

無水氯化鋁可由氧化鋁和碳的混合物與氯氣反應得到:[3] 

也可由鋁和鹽酸的混合物得到:

 

化學性質

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均三甲苯之類的弱路易斯鹼作用。[4]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,形成氯化氫氣體或H3O+離子。其水溶液和其他含鋁物質的溶液相同,含有水合鋁離子,跟適當份量的氫氧化鈉反應可生成氫氧化鋁沉澱[5]

AlCl3(aq) + 3 NaOH(aq) → Al(OH)3(s) + 3NaCl(aq)
AlCl3(aq) + 3 H2O → AlO2-+ 3HCl + H3O+[來源請求]

用途

氯化鋁主要用在傅-克反應[4] 中,例如以苯和光氣為原料制備蒽醌,應用於染整工業中。[1] 在廣義的傅-克反應中,酰氯鹵代烷芳香族物質的反應式如下:[4] 

苯及其衍生物在發生上述反應時,主產物是對位的異構物。相比較下,烷基化反應涉及的問題較多,不如酰基化反應應用廣泛。無論是哪種反應,氯化鋁和其他原料和儀器都必須是中等乾燥的,少量的水有助於反應進行。

由於氯化鋁可與反應產物配位,因此應用在傅克反應時,它的用量必須與反應物相同,而非「催化量」。反應後的氯化鋁很難回收,會產生大量的腐蝕性廢料。為了達到綠色化學的要求,化學家開始使用三氟化釔三氟化鏑來替代氯化鋁,減少污染。

氯化鋁也常用來將醛基加在苯環上,如加特曼-科赫反應一氧化碳氯化氫氯化鋁氯化亞銅為催化劑[6]

 

氯化鋁在有機化學中有很廣泛的應用。[7] 它可以催化Ene反應,比如3-丁烯-2-酮(甲基乙烯基甲酮)與香芹酮加成:[8]

 

氯化鋁也常用在烴類聚合反應異構化反應中,重要的例子包括[1] 工業上乙苯的生產。乙苯可用於進一步製備苯乙烯聚苯乙烯以及用作清潔劑十二烷基苯

芳烴存在下,氯化鋁與鋁混合可用於合成二(芳烴)金屬配合物。例如,二苯鉻就是通過特定金屬鹵化物經由Fischer-Hafner合成製備的。

低濃度的鹼式氯化鋁常是防汗藥的成分之一,而多汗症患者在使用時濃度會高些(12%或更高)。

氯化鋁和氯化鈉不同,其化學鍵的構成大部分是共價鍵,而離子鍵的佔比極低,因此熔融態的氯化鋁不易電離,且電離產生的Cl-會和氯化鋁分子結合生成更穩定的四氯合鋁酸根離子AlCl4−;並且氯化鋁在180 °C(356 °F)以上的溫度下會升華成為氣體;因此在工業上不會通過電解氯化鋁的方式量產金屬鋁。但是在熔融態的氯化鋁添加氯化鈉、無水氯化鈣和少量的氯化鋰,增強氯化鋁分子的電離效率,添加氯酸鉀阻止氯化鋁的升華;用此方法可以電解製備高純度的金屬鋁[9][10]

注意事項

無水氯化鋁會和劇烈反應,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

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, Pergamon Press, Oxford, United Kingdom, 1984.
  2. ^ A. F. Wells, Structural Inorganic Chemistry, Oxford Press, Oxford, United Kingdom, 1984.
  3. ^ Stover, Norman M.; Constantinescu, Clinton (1936). THE REACTION ALUMINIUM OXIDE–CARBON–CHLORINE. Canadian Journal of Research, 14b(9), 328–335. doi:10.1139/cjr36b-038
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 G. A. Olah (ed.), Friedel-Crafts and Related Reactions, Vol. 1, Interscience, New York, 1963.
  5. ^ 氯化铝字典-Guidechem.com. [2011-12-13]. (原始內容存檔於2016-03-05). 
  6. ^ L. G. Wade, Organic Chemistry, 5th edition, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, United States, 2003.
  7. ^ 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.
  8. ^ B. B. Snider, Accounts of Chemical Research 13, 426 (1980).
  9. ^ 一种从氯化铝中提取纯铝的方法. 谷歌學術. 2023-04-09 [2023-04-09]. (原始內容存檔於2023-04-14) (中文(中國大陸)). 
  10. ^ 氯化鋁的製造和電解. 國立台灣大學. 2023-04-09 [2023-04-09]. (原始內容存檔於2023-04-12) (中文(臺灣)).