Степени окисления хлорида алюминия AlCl3

Хлорид алюминия AlCl3 широко используется в промышленности благодаря уникальным химическим свойствам, обусловленным строением этого вещества и степенями окисления входящих в его состав элементов.

Строение и особенности AlCl3

Хлорид алюминия имеет молекулярную формулу AlCl3. В этом бинарном соединении алюминий проявляет степень окисления +3, а хлор - степень окисления -1.

Al(+3)Cl(-1)3

Такая комбинация степеней окисления придает молекуле положительный заряд и обуславливает ее высокую реакционную способность как сильного льюисовского кислотного катализатора.

Физически AlCl3 представляет собой бесцветные гигроскопичные кристаллы, которые активно дымят и разлагаются с выделением хлороводорода HCl при контакте с влажным воздухом. Это связано с обратимым гидролизом по схеме:

AlCl3 + H2O ⇄ Al(OH)Cl2 + HCl

При нагревании хлорид алюминия возгоняется, не плавясь. Температура кипения 183°C. Хорошо растворим в неполярных органических растворителях, плохо - в воде с гидролизом.

Получение AlCl3

Основным промышленным способом производства хлорида алюминия является хлорирование бокситов или глинозема смесью хлора и оксида углерода(IV) при 900°C:

• Al2O3 + 3Cl2 + 3CO → 2AlCl3 + 3CO2

В лабораторных условиях AlCl3 может быть получен, например, по реакции:

1. Взаимодействие металлического алюминия или его оксида с соляной кислотой HCl с образованием хлорида и выделением водорода:

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑

Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O

2) Обменный процесс с хлоридом водорода HCl:

BCl₃ + AlP → AlCl₃ + BP

Степень окисления хлорида алюминия AlCl3 играет ключевую роль, определяя уникальные свойства этого соединения.

Степень окисления хлора влияет на кислотные и окислительно-восстановительные свойства

Благодаря сочетанию степеней окисления +3 у алюминия и -1 у хлора, AlCl3 проявляет себя как сильный льюисовский кислотный катализатор в реакциях органического синтеза, например:

• Алкилирование по Фриделю-Крафтсу
• Ацилирование по Фриделю-Крафтсу
• Изомеризация углеводородов

Кроме того, благодаря положительному заряду, обусловленному степенями окисления, молекула AlCl3 способна присоединять электроны от восстановителей и выступать окислителем, например:

S + AlCl3 → AlCl2 + SCl2

Взаимодействие AlCl3 с неорганическими веществами

Хлорид алюминия активно реагирует с многими неорганическими соединениями. Это обусловлено его положительным зарядом и готовностью молекулы присоединять дополнительные лиганды для достижения электронейтральности.

Например, AlCl3 образует аддукты с такими веществами как аммиак NH3, сероводород H2S, диоксид серы SO2. В этих случаях происходит донорно-акцепторный механизм взаимодействия за счет неподеленных электронных пар атомов азота, серы или кислорода:

AlCl3 + NH3 → [AlCl3NH3]

AlCl3 + 3SO2 → [AlCl3(SO2)3]

Гидролиз AlCl3

Одно из важных свойств AlCl3 - способность к гидролизу с выделением хлороводорода HCl:

AlCl3 + H2O ⇄ Al(OH)Cl2 + HCl

Это происходит даже при контакте с влажным воздухом. Поэтому хранят и транспортируют хлорид алюминия в герметичных емкостях.

Реакции ионного обмена

В водных растворах хлорид алюминия может вступать в реакции ионного обмена с выпадением труднорастворимых осадков, например:

AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3↓ + 3NaCl

2AlCl3 + 3Ca(HCO3)2 → Al2(CO3)3↓ + 6CaCl2 + 6H2O + 3CO2↑

Окислительно-восстановительные реакции

Как упоминалось ранее, благодаря положительному заряду, AlCl3 может окислять некоторые вещества, принимая от них электроны:

S + AlCl3 → AlCl2 + SCl2

В данном случае сера окисляется до дихлорида серы SCl2, а AlCl3 восстанавливается до хлорида алюминия(II) AlCl2, т.е. выступает окислителем.