Гидроксид алюминия: свойства, инструкция, применение

Гидроксид алюминия – это неорганическое соединение класса щелочей. Слабо диссоциирует на ионы, проводит электрический ток. Особенные физические свойства обуславливают использование его в пожаротушении как наполнитель для полимеров. В медицине используется в качестве антацидного средства, энтеросорбента, вносится в вакцинальную смесь для усиления иммунного ответа. Гидроокись необходима для создания зубных паст, получения алюминиевых солей, очистки воды. Несмотря на существование противоречивых данных о её безопасности, вещество активно применяется во многих сферах и признаётся безвредной.

Гидроксид алюминия (минерал)

Что такое гидроксид алюминия, формула

Гидроксид алюминия относится к классу нерастворимых щелочей.  Атом лёгкого металла алюминия (Al) имеет валентность 3, это означает, что он может образовывать связи с тремя элементами. Он располагается в центре молекулы с тремя присоединёнными к нему гидроксильными группировками (-OH). Описывается формулой:

Al(OH)3

В природе алюминиевая гидроокись встречается в виде полиморфных модификаций одинакового содержания, но разного расположения в пространстве. Она составляет основу бокситов – руд с примесью железа, кремния, из которых добывают глинозём. Гидроксид алюминия тесно связан с оксидом, поэтому его часто называют гидратированным глинозёмом. Другое название – орталюминиевая кислота. В естественной среде она присутствует в следующих минералах:

Гидраргиллит хемогенного происхождения, представляет собой таблитчатые шестиугольные листы либо лучи, по структуре напоминает слюду. Цвет сероватый, желтоватый, блестящий, полупрозрачный. На изломе – раковинистый, высокая хрупкость. Много месторождений на Урале. Моноклинная сингония. Байерит – политип гиббсита, тонкая прозрачная белая кристаллическая корочка на поверхности пироксенов и ферритов. Нордстрандит – толстотаблитчатые бесцветные либо розоватые, перламутровые кристаллы со стеклянным блеском. Триклинная симметрия. Распространён в Майзии, юге Челябинской области. Бёмит – мелкие желтоватые пластинки, шелковисто-блестящие, хрупкие. Содержит примеси колькатара, кремниевого диоксида, а также триоксид галлия. Диаспор – редко встречающиеся сиреневые зернистые массы из игольчатых либо пластинчатых кристаллов, стеклянно-блестящих.

Аморфный гидроксид алюминия гелеобразен, отличается переменностью состава, всегда включает водную окись алюминия в разных соотношениях: Al2O3 ∙ nH2O (n – определенное атомное число).

Физические свойства, внешний вид

Гидроксид алюминия – это высокотвёрдые белые кристаллы без чёткой формы, порошок плотный. Характеризуется сложным плавлением, плавится при температуре 253 °С, закипает при 300 °С.  Свойство алюминия гидроксида термически разлагаться наблюдают при повышении температурного режима до 575 °С.

Растворения в воде и этаноле слабо выражено, практически не растворимы, смешиваются с полярными растворителями: едким натрием, калием, ароматическими циклами при нагревании (бензол, фенол, толуол). В водной среде выпадает в студенистый белёсый осадок, не влияя на водородный показатель.

Химические свойства, реакции

Гидроксид алюминия проявляет амфотерность – способность реагировать с кислотами и с основаниями за счёт электронов гидроксогруппы и металла. Основные характеристики проявляются в реагировании с азотистой кислотой:

Al(OH)3 + HNO3 → Al(NO3)3 + 3H2O

По схожему механизму замещения протекает реакция нейтрализации избытка хлороводорода, в результате которой выделяется хлорид:

Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O

Реакции этого типа обусловлены поведением гидроксида алюминия как основания Бренстеда-Лоури – акцептора протона (положительно заряженная частица) или нейтральной молекулы.

Вещество окисляется фтороводородом в зависимости от условий до фторида либо гексафтороалюмината:

Al(OH)3 + 3HF → AlF3 + 3H2O

Al(OH)3 + 6HF → H3[AlF6] + 3H2O

Взаимодействие с бромводородом приводит к выделению соответствующего бромида:

Al(OH)3 + 3HBr → AlBr3 + 3H2O

Гидроокись алюминия реагирует с кислыми оксидами:

Al(OH)3 + SO3↑ → Al2(SO4)3 + 3H2O

Кислотные химические свойства алюминия гидроокисного выражаются в реагировании с гидроксидами, средними солями. При разной концентрации раствора каустической соды возможно несколько путей развития реакции. Первый протекает при температуре порядка 1000 °С и даёт сложный окисел, алюминат натрия; второй – гексагидроксоалюминат; третий – комплексное растворённое вещество чёрного цвета гидроксоалюминат.

Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O

Al(OH)3 + NaOH → Na3[Al(OH)6]

Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4]

С калиевым щелоком разнообразие гидроксид алюминия реагирует, но разнообразие путей протекания меньше:

Al(OH)3 + KOH → KAlO2 + 2H2O

Al(OH)3 + KOH → K[Al(OH)4]

С карбонатами гидроксид алюминия даёт метаалюминат:

Al(OH)3 + Na2CO3 → 2NaAlO2 + CO2↑ + H2O

Гидроксид алюминия реагирует с гашёной известью, при этом образуется тетрагидроксоалюмината кальция:

2Al(OH)3 + Ca(OH)2 → Ca[Al(OH)4]2↓

Нагрев вещества стимулирует термолиз:

2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O

Производство и получение

Гидроксид алюминия в лабораторных условиях извлекают из его солей при пропускании аммиака:

AlCl3 + NH3 +3H2O → Al(OH)3↓ + 3NH4Cl

Возможно получение посредством барботирования двуокисью углерода:

Na[Al(OH)4] + CO2↑ → Al(OH)3↓ + NaHCO3

При изменении соотношения реагентов образуется при недостатке едкого кали:

AlCl3 + KOH → Al(OH)3↓  + 3KCl

За счёт гидролиза сульфитов и карбонатов протекает синтез гидроксида алюминия из бромидов:

AlBr3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + CO2↑ + 6NaBr

Часто используется метод получения через взаимодействие хлоридов и сульфидов:

2AlCl3 + 3Na2S + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑ + 6NaCl

Перечисленные реакции алюминия гидролизованного относятся к неорганическому синтезу, невозможному в промышленных масштабах в связи с кропотливостью работы, необходимостью закупать дорогостоящие реактивы и тщательно следить за чистотой и выходом готового продукта.

На крупных заводах производство ведётся способом Йозефа Байера, который разрабатывал новые методики изготовления протравы для красок хлопка. По итогам опытов с глиноземом он понял, что получаемый осадок отфильтровывается и перекристаллизовывается и промывается. Схема имела значительный коммерческий успех, быстро распространилась по миру. Байеровский процесс предполагает обработку бокситовых рудяных смесей, которая ведётся вблизи мест добычи этих минералов. Технология состоит из нескольких этапов:

Бокситы измельчают, дробят, подвергают фрезеровке. Крупнодисперсный порошок поступает в тонкостенный сосуд высокого давления, который заливают каустиком. Суспензию нагревают до 200 °С, происходит частичное растворение, образуется гиббсит. Масса подгоняется, постепенно охлаждаясь, фильтруется. Происходит осаждение осадка в течение 1-2 дней. При этом побочные вещества выводятся из оборота, растворяясь (кремнезём). Проводят осветление раствора через ротационный пескоуловитель, отделяющий твёрдую фазу от жидкой. Мельчайшие крупинки отсеивают крахмалом. Барботаж угольным ангидридом, в результате которого осаждается гидроксид алюминия. На данном этапе обработку прекращают либо для получения оксида алюминия продолжают, это зависит от ориентированности предприятия. Гелеообразная смесь проходит фильтрацию, подаётся в вакуумную сушку, где высушивается, затем отправляется в кристаллизатор.

Отходы производства очень токсичны, это так называемые красные шламы, состоящие из кальциевого поташа, а также пероксидов железа, которые придают стокам красноватый оттенок, мышьяка, хрома. Попадание их в озера и реки вызывает тяжелое отравление водного биома, экологическую катастрофу с долгосрочными последствиями, поскольку проявляют щелочную реакцию (pH → 13). Разрабатываются методы утилизации шламов, в том числе повторное использование для выпуска керамики, однако при высыхании они становятся сыпучими, их вдыхание приводит к тяжёлым пневмокониозам.

Применение

Применение алюминия гидроксида распространяется в основном на сферу химии, косметологии и фармацевтики. За счёт особых свойств алюминия и пространственной структуры молекулы его используют как мягкое кислотопонижающее средство при болезнях, характеризующихся избыточной работой желез желудка. Важно антипиреновое действие, в основе которого лежит замедление горения через понижения минимальной температуры возгорания.

Применение в химической промышленности

Гидроксид алюминия – это высокореактивное соединение, вступающее во взаимодействие со многими реагентами, поэтому оно служит для синтеза алюминиевых производных:

кальцинированных; сульфатных; хлоридных; цеолитов; активированного угля; нитратов.

Гелеобразная масса гидроксида – качественный флокулянт, работающий по механизму флокуляции. Он заключается в отсеивании мелких и крупных частичек загрязнений, оседающих или всплывающих в хлопьях (флокул). Коагуляционные элементы затем удаляются, повышается чистота жидкости. Преимущество заключается в нерастворимости орталюминиевой кислоты, отсутствии токсичности и влияния на количество протонов водорода. Связываясь с загрязнениями, она не включается в водооборот, а кристаллизуется и легко убирается.

В тушении огня большую роль играют вспененные полимеры с добавлением огнезащитных компонентов. Применение алюминия гидроксида проникло и в эту область. Гидрогель на его основе значительно повышает огнетушащий эффект. Это связано с тем, что при попадании на горящую поверхность вода из него быстро испаряется, а на плоскости быстро образуется тугоплавкая плёнка, предупреждающая попадание под неё кислорода и интенсификацию горения, сама при этом не изменяется, поглощая много тепла. Он демонстрирует также антипиреновую активность, подавляя распространение дыма, служащего источником повторного воспламенения. Его добавляют в лакокрасочные покрытия, поливинилхлорид, резину, что уменьшает их пожароопасность.

Применение в медицине и косметологии

Гидроксид алюминия – это антацидное лекарственное средство, ориентированным на устранение симптомов и причины кислотозависимых болезней желудочно-кишечного тракта с помощью нейтрализации желудочного сока. Он обладает спектром фармакологических свойств:

противоязвенное, применение алюминия гидроокиси препятствует травматизации слизистых оболочек избыточной концентрацией хлороводорода, обеспечивает заживление изъязвлений, останавливает кровотечение, связанное с внутренним ожогом; адсорбирующее – всасывает ксенобиотики, аллергены, эндо- и экзотоксины, выводит их неизменными, функционируя как сорбент, облегчает симптоматику интоксикации, улучшает самочувствие, снижает нагрузку на печень; обволакивающее – восстанавливает слизистую плёнку на стенках желудка, защищающую от действия раздражителей, не допускает контакт с кровеносными сосудами и нервными окончаниями ядов, затрудняя их всасывание; противокислотное – нейтрализация содержащейся в пищеварительном соке соляной кислоты путём перевода её в хлорид.

Нетоксичность и натуральность позволяет применять препараты у различных групп пациентов без побочных эффектов и формирования привыкания.

Высокая адсорбирующая активность позволила использовать гидроокись в качестве адъюванта прививок – усилителя иммунитета. Он поглощает антиген, тем самым продляя время нахождения в организме, в период которого будет формироваться защитная реакция на возбудителя. Происходит стимуляция клеток рождённого иммунитета, повышается иммуногенность вакцины, её качество. По поводу безопасности такой добавки у людей, не имеющих отношение к науки, возникают споры и разногласия, однако поскольку гидроксид нерастворим, он не попадает в мозг, циркулируя по кровеносной системе и выводится почками.

В косметике вещество используется как абразив. Он укрепляет и осветляет зубную эмаль, снижает плотность зубного камня. Этот компонент ответственен за то, насколько хорошо паста убирает свежий налёт и размягчает отвердевший. Абразивность необходима для нормальной гигиены полости рта.

Гидроксид является белым красителем и отбеливателем, его вносят в состав антиперсперантов, тальков. Это эмульгатор и стабилизатор, способствующий смешивания трудно смешиваемых композиций. Его можно найти в составе лака для ногтей, праймеров (база для макияжа), пудр, тональных и солнцезащитных кремов, карандашей для губ и глаз, пенок для умывания.

Инструкция по применению Показания

Препараты на основе алгидрата рекомендуется для коррекции таких клинических состояний:

гиперацидный желудочный синдром; гастрит с повышенной кислотностью; язва желудка и двенадцатиперстной кишки; острый и хронический дуоденид; эзофагит; недостаточность нижнего пищевого сфинктера; грыжа пищеводного отверстия диафрагмы; гиперфосфатемия; колит; синдром раздражённого кишечника; изжога; диспепсия. Противопоказания

Главное противопоказание – индивидуальная непереносимость, выражающаяся в повышенной чувствительности, тошноте и рвоте после приёма, тяжёлых аллергических реакциях. Нельзя принимать медикамент при грудном вскармливании, беременности, почечной недостаточности, хронических запорах. Противопоказан приём детям до 12 лет. Запрещено назначать препарат при болезни Альцгеймера.

Способ применения и дозы порошка, суспензии

В суспензиальной форме следует принимать 5-10 мл от 4 до 6 раз в сутки, желательно после еды (не запивать жидкостями) и на ночь. При лечении язв допустим приём 15 мл единоразово. После устранения симптомов необходимо продолжать терапию в течение 2 месяцев в более низких дозировках. Более точные дозы устанавливает лечащий врач, исходя из выраженности симптомов и сопутствующих заболеваний.

Где купить и сколько стоит

Реагент продаётся заводами-производителями оптом, в розницу – специализированными магазинами. Оптовая стоимость товара от 86 рублей за 1 кг. Лабораторный реактив стоит дороже, 400 руб/кг. Алгидрат продаётся в аптеках, цена розниться в зависимости от фирмы, составляет 235-450 рублей.

Заключение

Гидроксид алюминия – это важное для промышленности вещество, которое характеризуется амфотерностью, способностью сорбировать мелкодисперсные частицы. В природе встречается в минералах, которые перерабатывают для его излечения. Соединение вносят в полимеры для увеличения их огнестойкости, добавляют в смеси для тушения пожаров. В косметической продукции оно выполняет функцию стабилизирующего и эмульсирующего агента, красителя. В медикаментах он понижает кислотность, заживляет повреждения, обеспечивает детоксикацию.

Читайте также:

Алюмосиликаты: свойства, виды, получение, применение Гидроксид натрия: описание, польза и вред, применение, реакции Оксиды железа: свойства, реакции, применение, польза и вред Бентонит: свойства, польза и вред, применение