HYDROXYDE D'ALUMINIUM: STRUCTURE, PROPRIÉTÉS, UTILISATIONS, RISQUES - CHIMIE - 2025

L' hydroxyde d'aluminium est un composé inorganique de formule chimique A a (OH) ₃. Contrairement aux autres hydroxydes métalliques, il s'agit d'un amphotère, capable de réagir ou de se comporter comme un acide ou une base, selon le milieu. C'est un solide blanc qui est assez insoluble dans l'eau, c'est pourquoi il est utilisé comme composant d'antiacides.

Comme le Mg (OH) ₂ ou la brucite, avec lesquels il partage certaines caractéristiques chimiques et physiques, sous sa forme pure, il ressemble à un solide terne et amorphe; mais quand il cristallise avec quelques impuretés, il acquiert des formes cristallines comme s'il s'agissait de perles. Parmi ces minéraux, les sources naturelles d'Al (OH) ₃, est la gibbsite.

Cristal spécial gibbsite. Source: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

En plus de la gibbsite, il y a aussi les minéraux bayerite, nordstrandite et doleyite, qui constituent les quatre polymorphes d'hydroxyde d'aluminium. Structurellement, ils sont très similaires les uns aux autres, ne différant que légèrement par la manière dont les couches ou nappes d'ions sont positionnées ou couplées, ainsi que par le type d'impuretés contenues.

En contrôlant le pH et les paramètres de synthèse, n'importe lequel de ces polymorphes peut être préparé. En outre, certaines espèces chimiques d'intérêt peuvent être intercalées entre ses couches, de sorte que des matériaux ou des composés d'intercalation sont créés. Cela représente l'utilisation d'une approche plus technologique pour Al (OH) ₃. Ses autres utilisations sont comme antiacides.

D'autre part, il est utilisé comme matière première pour obtenir de l'alumine, et ses nanoparticules ont été utilisées comme support catalytique.

Structure

Formule et octaèdre

La formule chimique Al (OH) ₃ indique à la fois que le rapport Al ³⁺: OH ^- est de 1: 3; c'est-à-dire qu'il y a trois anions OH ^- pour chaque cation Al ³⁺, ce qui revient à dire qu'un tiers de ses ions correspondent à l'aluminium. Ainsi, Al ³⁺ et OH ^- interagissent électrostatiquement jusqu'à ce que leurs répulsions d'attraction définissent un cristal hexagonal.

Cependant, Al ^{3+ n'est} pas nécessairement entouré de trois OH ^- mais de six; on parle donc d'un octaèdre de coordination, Al (OH) ₆, dans lequel il y a six interactions Al-O. Chaque octaèdre représente une unité avec laquelle le cristal est construit, et un certain nombre d'entre eux adoptent des structures tricliniques ou monocliniques.

L'image du bas représente partiellement les octaèdres Al (OH) ₆, puisque seules quatre interactions sont observées pour l'Al ³⁺ (sphères marron clair).

Cristal hexagonal de gibbsite, un minéral d'hydroxyde d'aluminium. Source: Benjah-bmm27.

Si l'on observe attentivement cette structure, qui correspond à celle de la gibbsite minérale, on constate que les sphères blanches intègrent les «faces» ou surfaces des couches ioniques; ce sont les atomes d'hydrogène des ions OH ^-.

Notez également qu'il existe une couche A et une autre B (spatialement elles ne sont pas identiques), réunies par des liaisons hydrogène.

Polymorphes

Les couches A et B ne sont pas toujours couplées de la même manière, tout comme leurs environnements physiques ou leurs ions hôtes (sels) peuvent changer. Par conséquent, les cristaux d'Al (OH) ₃ varient sous quatre formes minéralogiques ou, dans ce cas, polymorphes.

On dit alors que l'hydroxyde d'aluminium a jusqu'à quatre polymorphes: gibbsite ou hydrargillite (monoclinique), bayerite (monoclinique), doyleite (triclinique) et nordstrandite (triclinique). De ces polymorphes, la gibbsite est la plus stable et la plus abondante; les autres sont classés comme minéraux rares.

Si les cristaux étaient observés au microscope, on verrait que leur géométrie est hexagonale (bien qu'un peu irrégulière). Le pH joue un rôle important dans la croissance de tels cristaux et sur la structure résultante; c'est-à-dire, étant donné un pH, un polymorphe ou un autre peut se former.

Par exemple, si le milieu dans lequel Al (OH) ₃ précipite a un pH inférieur à 5,8, une gibbsite est formée; alors que si le pH est supérieur à cette valeur, il se forme de la bayerite.

Dans les milieux plus basiques, des cristaux de nordstrandite et de doyleite ont tendance à se former. Ainsi, étant le gibbsite le plus abondant, c'est un fait qui reflète l'acidité de ses milieux altérés.

Propriétés

Apparence physique

Solide blanc pouvant se présenter sous différents formats: granuleux ou en poudre, et d'apparence amorphe.

Masse molaire

78,00 g / mol

Densité

2,42 g / mL

Point de fusion

300 ° C Il n'a pas de point d'ébullition car l'hydroxyde perd de l'eau pour se transformer en alumine ou oxyde d'aluminium, Al ₂ O ₃.

Solubilité dans l'eau

1 · 10 ^-4 g / 100 ml. Cependant, sa solubilité augmente avec l'ajout d'acides (H ₃ O ⁺) ou d'alcalis (OH ^-).

Produit de solubilité

K _sp = 3 10 ⁻³⁴

Cette très petite valeur signifie que seule une infime partie se dissout dans l'eau:

Al (OH) ₃ (s) <=> Al ³⁺ (aq) + 3OH ^- (aq)

Et en fait cette solubilité négligeable en fait un bon neutralisant d'acidité, car il ne basifie pas trop l'environnement gastrique car il ne libère pas presque d'ions OH ^-.

Amphotéricisme

Al (OH) ₃ est caractérisé par son caractère amphotère; c'est-à-dire qu'il peut réagir ou se comporter comme s'il s'agissait d'un acide ou d'une base.

Par exemple, il réagit avec les ions H ₃ O ⁺ (si le milieu est aqueux) pour former le complexe aqueux ³⁺; qui, à son tour, est hydrolysé pour acidifier le milieu, donc Al ^{3+ est} un ion acide:

Al (OH) ₃ (s) + 3H ₃ O ⁺ (aq) => ³⁺ (aq)

³⁺ (aq) + H ₂ O (l) <=> ²⁺ (aq) + H ₃ O ⁺ (aq)

Lorsque cela se produit, on dit que Al (OH) ₃ se comporte comme une base, car il réagit avec H ₃ O ⁺. En revanche, il peut réagir avec OH ^-, se comportant comme un acide:

Al (OH) ₃ (s) + OH ^- (aq) => Al (OH) ₄ ^- (aq)

Dans cette réaction, le précipité blanc d'Al (OH) _{3 se} dissout avant l'excès d'ions OH ^-; Ce n'est pas la même chose avec d'autres hydroxydes, tels que le magnésium, Mg (OH) ₂.

L'Al (OH) ₄ ^-, ion aluminate, peut être exprimé de manière plus appropriée comme: ^-, mettant en évidence le nombre de coordination de 6 pour le cation Al ³⁺ (l'octaèdre).

Cet ion peut continuer à réagir avec plus d'OH ^- jusqu'à la fin de l'octaèdre de coordination: ^3-, appelé l'ion hexahydroxoaluminate.

Nomenclature

La dénomination «hydroxyde d'aluminium», à laquelle ce composé a été le plus souvent mentionné, correspond à celle régie par la nomenclature de base. Le (III) est omis à la fin de celui-ci, car l'état d'oxydation de l'aluminium est de +3 dans tous ses composés.

Les deux autres noms possibles pour désigner Al (OH) ₃ sont: le trihydroxyde d'aluminium, selon la nomenclature systématique et l'utilisation des préfixes numérateurs grecs; et l'hydroxyde d'aluminium, se terminant par le suffixe –ico parce qu'il a un seul état d'oxydation.

Bien que dans le domaine chimique la nomenclature de Al (OH) ₃ ne représente aucun défi ou confusion, en dehors de cela, elle a tendance à être mélangée à des ambiguïtés.

Par exemple, la gibbsite minérale est l'un des polymorphes naturels de Al (OH) ₃, également connu sous le nom de γ-Al (OH) ₃ ou α-Al (OH) ₃. Cependant, α-Al (OH) ₃ peut également correspondre à la bayerite minérale, ou β-Al (OH) ₃, selon la nomenclature cristallographique. Pendant ce temps, les polymorphes nordstrandite et doyleite sont souvent désignés simplement comme Al (OH) ₃.

La liste suivante résume clairement ce qui vient d'être expliqué:

-Gibbsite: (γ ou α) -Al (OH) ₃

-Bayerite: (α ou β) -Al (OH) ₃

-Nordstrandite: Al (OH) ₃

-Doyleite: Al (OH) ₃

Applications

Matière première

L'utilisation immédiate de l'hydroxyde d'aluminium est comme matière première pour la production d'alumine ou d'autres composés, inorganiques ou organiques, d'aluminium; par exemple: AlCl ₃, Al (NO ₃) ₃, AlF ₃ ou NaAl (OH) ₄.

Supports catalytiques

Les nanoparticules d'Al (OH) ₃ peuvent servir de supports catalytiques; c'est-à-dire que le catalyseur se lie à eux pour rester fixé sur leur surface, où les réactions chimiques sont accélérées.

Composés d'intercalation

Dans la section sur les structures, il a été expliqué que Al (OH) ₃ est constitué de couches ou feuilles A et B, couplées pour définir un cristal. À l'intérieur, il y a de petits espaces ou trous octaédriques qui peuvent être occupés par d'autres ions, métalliques ou organiques, ou des molécules neutres.

Lorsque des cristaux d' Al (OH) ₃ avec ces modifications structurales sont synthétisés, on dit qu'un composé d'intercalation est en cours de préparation; c'est-à-dire qu'ils intercalent ou insèrent des espèces chimiques entre les feuilles A et B. Ce faisant, de nouveaux matériaux fabriqués à partir de cet hydroxyde émergent.

Retardateur de flamme

L'Al (OH) ₃ est un bon ignifuge qui trouve une application comme matériau de remplissage pour de nombreuses matrices polymères. C'est parce qu'il absorbe la chaleur pour libérer de la vapeur d'eau, tout comme le fait le Mg (OH) ₂ ou la brucite.

Médicinal

Al (OH) ₃ est également un neutralisant de l'acidité, réagissant avec HCl dans les sécrétions gastriques; encore une fois, de manière similaire au Mg (OH) ₂ dans le lait de magnésie.

Les deux hydroxydes peuvent en effet être mélangés à différents antiacides, utilisés pour soulager les symptômes des personnes souffrant de gastrite ou d'ulcères d'estomac.

Adsorbant

Lorsqu'il est chauffé en dessous de son point de fusion, l'hydroxyde d'aluminium se transforme en alumine activée (ainsi qu'en charbon actif). Ce solide est utilisé comme adsorbant pour des molécules indésirables, qu'il s'agisse de colorants, d'impuretés ou de gaz polluants.

Des risques

Les risques que peut présenter l'hydroxyde d'aluminium ne lui sont pas dus en tant que solide, mais en tant que médicament. Il n'a besoin d'aucun protocole ou règlement pour le stocker, car il ne réagit pas vigoureusement avec les agents oxydants et il n'est pas inflammable.

Lorsqu'ils sont ingérés dans des antiacides disponibles dans les pharmacies, des effets indésirables peuvent survenir, tels que la constipation et l'inhibition du phosphate dans les intestins. De plus, et bien qu'aucune étude ne le prouve, il a été associé à des troubles neurologiques tels que la maladie d'Alzheimer.

Références

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