Трифторид алюминия

Трифторид алюминия
Общие
Традиционные названия	трифторид алюминия, фторид алюминия, алюминия трифторид
Хим. формула	AlF3
Физические свойства
Состояние	белое твердое кристаллическое вещество без запаха
Молярная масса	(безводный) 83,9767 (моногидрат) 101,022 (тригидрат) 138,023 г/моль
Плотность	2,88 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	1291 °C
Мол. теплоёмк.	75,10 Дж/(моль·К)
Энтальпия
• образования	−1510 кДж/моль
Удельная теплота испарения	(возгонка) 272 Дж/кг
Химические свойства
Растворимость
• в воде	(при 0 ℃) 0,56 (при 20 ℃) 0,67 (при 100 ℃) 1,72 г/100 мл
Структура
Кристаллическая структура	ромбоэдрическая
Классификация
Рег. номер CAS	7784-18-1 (ангидрид), 32287-65-3 (моногидрат) 15098-87-0 (тригидрат)
PubChem	2124
Рег. номер EINECS	232-051-1 (ангидрид)
SMILES	F[Al](F)F
InChI	InChI=1S/Al.3FH/h;3*1H/q+3;;;/p-3 KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K
RTECS	BD0725000
ChEBI	49464
ChemSpider	2039
Безопасность
Предельная концентрация	2 мг/м3
ЛД50	100 мг/кг (крысы, орально)
Пиктограммы ECB
NFPA 704	0 3 0 COR
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Фторид алюминия — неорганическое бинарное соединение алюминия и фтора. Химическая формула AlF₃.

Физические свойства

Фторид алюминия представляет собой бесцветное или белое кристаллическое вещество. Данное соединение не встречается в природе, производится искусственно различными способами, или же образуется как сопутствующее вещество при обработке фторсодержащего сырья. При сильном нагревании возгоняется без разложения. При обычных условиях устойчива α-модификация с тригональной решёткой (а = 0,5039 нм, α = 58,50°, z = 2, пространственная группа R32), плотность 2,882 г/см³. При нагревании до 700 ℃ переходит в γ-модификацию с тетрагональной решёткой (а = 0,354 нм, с = 0,600 нм).

Длина связи Al—F составляет 0,163 нм. В газовой фазе при температуре около 1000 ℃ трифторид алюминия существует в виде молекул тригональной симметрии D_3h.

Фторид алюминия плохо растворим в воде (0,41 % по массе при 25 ℃), лучше — в растворах HF; нерастворим в органических растворителях.

Получение

Взаимодействием Аl₂О₃ или Аl(ОН)₃ с раствором HF с последующим выделением, сушкой и прокаливанием при 500—600 ℃ образовавшегося кристаллогидрата AlF₃·3H₂O:

${\mathsf {Al(OH)_{3}+HF\rightarrow AlF_{3}\cdot 3H_{2}O{\xrightarrow {500^{o}C}}AlF_{3}+3H_{2}O}}$

Действием на Аl₂О₃ газообразного HF при 450—600 ℃:

${\mathsf {Al_{2}O_{3}+6HF{\xrightarrow {450-600^{o}C}}2AlF_{3}+3H_{2}O}}$

По реакции:

${\mathsf {2Al(OH)_{3}+H_{2}SiF_{6}{\xrightarrow {H_{2}O}}2AlF_{3}\cdot 3H_{2}O+SiO_{2}\cdot nH_{2}O}}$

с последующем выделением, сушкой и прокаливанием гидрата.

При температуре 700 ℃ спекание гексафторсиликата натрия с алюминием даёт на выходе чистый кремний, гексафторалюминат натрия и трифторид алюминия:

${\mathsf {3Na_{2}[SiF_{6}]+4Al{\xrightarrow {700^{o}C}}\ 3Si+2Na_{3}[AlF_{6}]+2AlF_{3}}}$

Самым лёгким путём получения трифторида алюминия является прямая реакция фтора с алюминием при температуре 600 ℃:

${\mathsf {2Al+3F_{2}{\xrightarrow {600^{o}C}}2AlF_{3}}}$

Нагрев моногидрата трифторида алюминия до примерно 175 ℃ приводит к его разложению на воду и трифторид алюминия:

${\mathsf {AlF_{3}\cdot H_{2}O{\xrightarrow {175^{o}C}}AlF_{3}+H_{2}O}}$

Для получения чистого безводного трифторида алюминия необходимо нагреть гексафторалюминат аммония, после чего образуется трифторид алюминия и фторид аммония:

${\mathsf {(NH_{4})_{3}AlF_{6}\longrightarrow AlF_{3}+3NH_{4}F}}$

В основном трифторид алюминия получают при обработке оксида алюминия гексафторсиликоновой кислотой, где на выходе получается оксид кремния(IV), трифторид алюминия и вода:

${\mathsf {H_{2}SiF_{6}+Al_{2}O_{3}\longrightarrow 2AlF_{3}+SiO_{2}+H_{2}O}}$

Кроме того, он изготавливается путём термического разложения аммония гексафторалюмината.

Химические свойства

Не обаладает летучестью, тугоплавкий, плохо растворим в воде и органических кислотах. Хорошо растворяется в водных растворах плавиковой кислоты. При нагреве имеет склонность испарению, не переходя в жидкое состояние. Не горюч, и не взрывоопасен, однако очень токсичен.

Не вступает в реакции с щелочами и кислотами, кроме серной кислоты. Вступает в реакции с расплавами щелочей. При реакции с водой под воздействием высоких температур образует гидроксид алюминия. При реакции с фторидными соединения из трифторида алюминия можно получить фтороалюминаты.

Образует кристаллогидраты с 1 и 3 молекулами воды, которые легко разрушаются при нагревании:

${\mathsf {AlF_{3}\cdot H_{2}O{\xrightarrow {150-200^{o}C}}AlF_{3}+H_{2}O}}$

При нагревании гидролизуется парами воды:

${\mathsf {AlF_{3}+3H_{2}O{\xrightarrow {400^{o}C}}Al(OH)_{3}+3HF}}$

Медленно взаимодействует с концентрированной серной кислотой H₂SO₄:

${\mathsf {2AlF_{3}+3H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}Al_{2}(SO_{4})_{3}+6HF}}$

Разлагается растворами и расплавами щелочей.

${\mathsf {AlF_{3}+3(NH_{3}\cdot H_{2}O){\xrightarrow {}}Al(OH)_{3}+3NH_{4}F}}$

${\mathsf {4AlF_{3}+4NaOH{\xrightarrow {}}Na[Al(OH)_{4}]+3Na[AlF_{4}]}}$

С фторидами щелочных металлов AlF₃ образует фтороалюминаты, например, гексафтороалюминат натрия Na₃[AlF₆]:

${\mathsf {AlF_{3}+3NaF{\xrightarrow {}}Na_{3}[AlF_{6}]}}$

Применение

• Трифторид алюминия используется как компонент электролита (примерно 5-15 %) при электролитическом производстве алюминия. Совместно с другими применяемыми добавками в электролит (фторид кальция, фторид магния, фторид лития), он уменьшает температуру плавления электролита до 930—950 ℃ и повышает эффективность процесса электролиза (увеличивается выход по току, уменьшается удельный расход электроэнергии).
• Входит в состав флюсов, эмалей, стёкол, глазурей, керамики, покрытий сварочных электродов; является катализатором в органическом синтезе.
• Как антисептик для предотвращения брожения;
• В производстве киноплёнки.
• Получение чистого алюминия;
• Производство криолита;
• Очистка алюминия и перекиси водорода;
• Изготовление флюсов или сварочных электродов;
• Изготовление оптических деталей, приборов и т.д.

Безопасность

Фторид алюминия ядовит, при контакте с кожей вызывает раздражение. Обладает нейротоксичностью. Полулетальная доза (ЛД50) для крыс составляет 100 мг/кг при пероральном введении.

Систематическое или длительное вдыхание пыли фторида алюминия может спровоцировать развитие астмы и оказать негативное воздействие на костную ткань и нервную систему, приводя к флюорозу и нарушениям нервной системы. Из-за содержания в составе вещества ионов фтора является очень токсичным веществом. Нейротоксические эффекты фторидов обусловлены образованием фторидных комплексов, структурно схожими с фосфатными остатками, что приводит к связыванию с АТФ-фосфогидролазами и фосфолипазой D, что приводит к их ингибированию.

Вещество относят к 3-му классу опасности. При попадании в органы дыхания в виде пыли (или других мелких частиц) может вызвать сильное отравление. Плохо выводится из организма, имеет накопительный эффект. При длительном взаимодействии человека с трифторидом алюминия может вызвать различные сердечно-сосудистые заболевания, разрушение зубов, кожные заболевания. Работы с трифторидом алюминия проводят в помещениях с хорошей вентиляцией. В местах, где возможно образование пыли данного вещества должна быть оборудована локальная вытяжка. Производственные установки должны быть герметичны. Человек должен работать с данным соединением только в респираторе, защитных очках и перчатках.