物化小论文_杨岳洋_2016.12.12详解.docx

杨岳洋 材54 学号：2015012012摘要：根据文献报道采用液相沉淀法，控制不同pH值生成不同晶型的氢氧化铝，随着溶液pH值从3到12，生成的氢氧化铝晶体结构依次为非晶态、勃姆石、拜耳石。pH在3-12之间有三种不同的晶体结构，可以从物理化学的相图对此详细进一步解释。氢氧化铝的相图规律的研究对应用有重要的指导意义。关键词: 氢氧化铝，晶型，pH值，相图氢氧化铝在化学工业中用于制造其他铝盐、润滑剂、离子交换剂、吸附剂、乳化剂等。医药工业中氢氧化铝凝胶用作十二指肠溃疡、胃溃疡、胃酸过多的抑酸剂，还用于制备痱子粉。印染工业用作媒染剂。玻璃工业用作玻璃器皿和搪瓷的展色剂。分析化学中作为分析试剂用于重量法测定钾肥的含钾量。建材工业用于制造陶瓷和耐火材料。此外，也用于防水织物的制造及用作净水剂和各色美术颜料的填料等。氢氧化铝是一种非常重要的工业原料，可作为阻燃剂、造纸填料、牙膏填料等化工原料通过控制偏铝酸钠和硫酸的同时加入的速度，从而控制在不同pH值制备不同结构的氢氧化铝。XRD分析结果表明，随着溶液pH值从3到11，生成的氢氧化铝晶型依次为非晶态、勃姆石［γ-AlOOH］、拜耳石［α-Al(OH)3］等。这一现象对指导氢氧化铝的生产和应用具有非常重要意义。文献综述氢氧化铝，Aluminium hydroxide，A1(OH)3，分子量78.00，CAS号：21645-51-2。白色粉末，无味，无毒，不溶于水及醇。典型的两性化合物，溶于酸及碱溶液中，沉淀pH范围3?12。熔点300度（失去水）。由铝矾土中提取，也可由铝盐与氢氧化钠或与氨水作用制得。氢氧化铝凝胶为白色粘稠的悬浮胶体，静置能析出少量水分。与酸反应：Al(OH)3+3HCl→AlCl3+3H2O(可用来中和胃酸)与碱反应：Al(OH)3+NaOH→Na[Al(OH)4]→NaAlO2+2H2O在碱性环境中异构反应： Al(OH)3+OH-→AlO2-+2H2O受热分解：2Al(OH)3→Al2O3+3H2O碱式电离：Al(OH)3→Al3+ + 3OH-酸式电离：Al(OH)3+H2O→[Al(OH)4]-+H+氢氧化铝的晶体种类、分子式和结构特点氢氧化铝有三种常见晶体结构，水铝石γ- Al(OH)3，拜铝石α1- Al(OH)3，诺铝石α2- Al(OH)3，还有无定形氢氧化铝。其中以水铝石最为重要，它是铝矾土主要组分，拜耳法的中间产物。三种晶体结构均为层形结构，层内都是OH-的AB双层密堆积，三者差别在于层与层的重叠方式不同。层内八面体空隙有三分之二被Al3+占据，空的八面体空隙比被占据的空隙稍小，故晶体稍有变形。此外本实验中常得到的还有分子式为AlO·OH的羟基氧化铝，其有两种变体α-AlO·OH(硬水铝石，Diaspcre)和γ-AlO·OH(薄水铝石 Boehmite 又称勃姆石)。（1）Nordstrandite，诺铝石，α2-Al(OH)3。结构单元是Al(OH)6八面体，堆积方式为水铝石和拜铝石的中间态，层间堆积类似水铝石。图 1 诺铝石晶体结构示意（2）Bayerite，拜铝石（又称粒状三羟铝石），α1-Al(OH)3.结构单元是Al(OH)6八面体，氧原子近似六方密堆积，层间关系为‖AC‖AC‖AC‖，密度为2.53g/cm3。图 2 拜铝石晶体结构示意（3）水铝石，与拜铝石类似，间层关系为‖BC‖CB‖BC‖，密度为2.42g/cm3。常见于许多铝土矿中（4）Boehmite，勃姆石(又称软水铝石），分子式γ-AlOOH(水合氧化铝)。斜方板状。可作为阻燃剂，400℃以上分解。图 3勃姆石晶体结构示意（5）amorphous Al(OH)3，氢氧化铝无定形（非晶态），Al和O不是有按某种晶体结构有序排列。白色絮状沉淀。pH在酸性下生成无定形非晶态氢氧化铝。1. 晶体生长理论氢氧化铝晶体的形成可以分阶段进行沉淀的生成根据文献资料，沉淀生成的pH值为3.37，完全沉淀pH值为4.71，图 4溶液过饱和度示意图图中AB为溶解度曲线，CD为过饱和度曲线，一般来说对于介于两者之间的区域内，在外加晶种的情况下才会有沉淀生成。实际上随着pH的升高，溶液中的离子种类及比例都不断发生变化，从pH=1的铝离子，到pH=2.5的[Al(OH)(OH2)5]2+和[Al(OH)2(OH2)4]+，再到pH约为3的[Al2(OH)2(OH2)8]4+和[Al3(OH)4(OH2)9]5+.晶核的形成在晶核形成过程中，给定物质的n个粒子（原子、分子、离子），要想形成新相，必须生成临界晶核，此过程做的功等于吉布斯自由能的变化，它包括两种状态的化学势差和新相界面的生成能。μ1、μ2为物质在状态1和状态2的化学势，A为表面积，δ为表面自由能，n为晶核中的粒子数。根据化学势定义得从状态1