Hidróxido de alumínio: estrutura, propriedades, usos, riscos

O hidróxido de alumínio é um composto inorgânico com a fórmula química Al (OH) 3 . Ao contrário de outros hidróxidos metálicos, é um anfotérico, capaz de reagir ou se comportar como um ácido ou uma base, dependendo do meio. É um sólido branco bastante insolúvel em água, por isso é utilizado como componente de antiácidos.

Como o Mg (OH) 2 ou brucita, com o qual compartilha certas características químicas e físicas, na forma pura, parece um sólido amorfo e opaco; mas quando cristaliza com algumas impurezas, adquire formas cristalinas como se fossem pérolas. Entre esses minerais, as fontes naturais de Al (OH) 3 são o gibbsite.

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Cristal gibbsite especial. Fonte: Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

Além do gibbsite, existem também os minerais Bayerita, Nordstrandita e Doleyita, formando os quatro polimorfos do hidróxido de alumínio. Estruturalmente, são muito semelhantes entre si, diferindo apenas na maneira como as camadas ou folhas de íons são posicionadas ou acopladas, bem como no tipo de impurezas contidas.

Controlando os parâmetros de pH e síntese, qualquer um desses polimorfos pode ser preparado. Além disso, algumas espécies químicas de interesse podem ser intercaladas entre suas camadas, para que materiais ou compostos de intercalação sejam criados. Isso representa o uso de uma abordagem mais tecnológica para Al (OH) 3 . Seus outros usos são como antiácidos.

Por outro lado, é usado como matéria-prima para obter alumina e suas nanopartículas têm sido usadas como suporte catalítico.

Estrutura

Fórmula e octaedro

A fórmula química Al (OH) 3 indica imediatamente que a razão Al 3+ : OH é 1: 3; isto é, existem três ânions OH para cada cátion Al 3+ , o mesmo que dizer que a terceira parte de seus íons corresponde ao alumínio. Assim, Al 3+ e OH interagem eletrostaticamente até que suas atrações-repulsões definam um cristal hexagonal.

No entanto, Al 3+ não é necessariamente cercado por três OH mas seis; portanto, fala-se de um octaedro de coordenação, Al (OH) 6 , no qual existem seis interações Al-O. Cada octaedro representa uma unidade com a qual o cristal é construído, e vários deles adotam estruturas triclínicas ou monoclínicas.

A imagem inferior representa parcialmente a octaedra de Al (OH) 6 , uma vez que apenas quatro interações são observadas para Al 3+ (esferas marrons claras).

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Cristal hexagonal de gibbsite, um mineral de hidróxido de alumínio. Fonte: Benjah-bmm27 [Domínio público].

Se essa estrutura for observada com cuidado, o que corresponde à do mineral gibbsite, pode-se observar que as esferas brancas integram as “faces” ou superfícies das camadas de íons; estes são os átomos de hidrogênio dos íons OH .

Observe também que há uma camada A e uma B (espacialmente elas não são idênticas), unidas por ligações de hidrogênio.

Polimorfos

As camadas A e B nem sempre se encaixam da mesma maneira, assim como seus ambientes físicos ou íons hospedeiros (sais) podem mudar. Consequentemente, os cristais de Al (OH) 3 variam em quatro formas mineralógicas ou, neste caso, polimórficas.

Diz-se que o hidróxido de alumínio tem até quatro polimorfos: gibbsite ou hidrargilita (monoclínica), bayerita (monoclínica), doyleita (triclínica) e nordstrandita (triclínica). Desses polimorfos, o gibbsite é o mais estável e abundante; os outros são classificados como minerais raros.

Se os cristais fossem observados ao microscópio, veria-se que sua geometria é hexagonal (embora um pouco irregular). O pH desempenha um papel importante no crescimento de tais cristais e na estrutura resultante; isto é, dado um pH, um polimorfo ou outro pode ser formado.

Por exemplo, se o meio em que o Al (OH) 3 precipita tiver um pH inferior a 5,8 gibsite; enquanto que se o pH for maior que esse valor, a bayerita é formada.

Em meios mais básicos, cristais de nordstrandita e doyleita tendem a se formar. Assim, sendo o gibbsite mais abundante, é um fato que reflete a acidez de seus ambientes intemperizados.

Propriedades

Aparência física

Sólido branco que pode vir em diferentes formatos: granulado ou em pó e de aparência amorfa.

Massa molar

78,00 g / mol

Densidade

2,42 g / mL

Ponto de fusão

300 ° C Não possui ponto de ebulição porque o hidróxido perde água e se transforma em alumina ou óxido de alumínio, Al 2 O 3 .

Solubilidade em água

1 · 10 -4 g / 100 mL. No entanto, sua solubilidade aumenta com a adição de ácidos (H 3 O + ) ou álcalis (OH ).

Produto de solubilidade

K sp = 3 · 10 −34

Esse pequeno valor significa que apenas uma pequena porção se dissolve na água:

Al (OH) 3 (s) <=> Al 3+ (ac) + 3OH (ac)

E de fato este solubilidade desprezível torna -o um bom neutralizante da acidez, uma vez que nenhum basificado também gástrica quase metade para não liberar íons OH .

Anfotérico

Al (OH) 3 é caracterizado por seu caráter anfotérico; isto é, pode reagir ou se comportar como se fosse um ácido ou uma base.

Por exemplo, ele reage com os íons H 3 O + (se o meio for aquoso) para formar o complexo [Al (OH 2 ) 6 ] 3+ aquoso ; que, por sua vez, é hidrolisado para acidificar o meio, pelo qual Al 3+ é um íon ácido:

Al (OH) 3 (s) + 3H 3 O + (ac) => [Al (OH 2 ) 6 ] 3+ (ac)

[Al (OH 2 ) 6 ] 3+ (aq) + H 2 O (l) <=> [Al (OH 2 ) 5 (OH)] 2+ (aq) + H 3 O + (aq)

Quando isso acontece, diz-se que o Al (OH) 3 se comporta como base, pois reage com o H 3 O + . Por outro lado, pode reagir com OH , comportando-se como um ácido:

Al (OH) 3 (s) + OH (ac) => Al (OH) 4 (ac)

Nesta reacção o precipitado branco de Al (OH) 3 Dissolve-se aos iões OH- excesso ; fato que não acontece da mesma forma com outros hidróxidos, como magnésio, Mg (OH) 2 .

Al (OH) 4 , íon aluminato, pode ser expresso de maneira mais apropriada como: [Al (OH 2 ) 2 (OH) 4 ] , destacando o número de coordenação de 6 para o cátion Al 3+ (o octaedro) .

Esse íon pode continuar a reagir com mais OH até que o octaedro de coordenação seja concluído: [Al (OH) 6 ] 3- , chamado íon hexa-hidroxoaluminato.

Nomenclatura

O nome «hidróxido de alumínio», com o qual foi feita mais referência a este composto, corresponde ao regulado pela nomenclatura das unidades populacionais. (III) é omitido no final, uma vez que o estado de oxidação do alumínio é +3 ​​em todos os seus compostos.

Os outros dois nomes possíveis para se referir a Al (OH) 3 são: trihidróxido de alumínio, de acordo com a nomenclatura sistemática e o uso de prefixos de numeradores gregos; e hidróxido de alumínio, terminando com o sufixo -ico, tendo um único estado de oxidação.

Embora no campo químico a nomenclatura de Al (OH) 3 não represente nenhum desafio ou confusão, por fora ela tende a se misturar com ambiguidades.

Por exemplo, o gibbsite mineral é um dos polimorfos naturais de Al (OH) 3 , que eles também denominam γ-Al (OH) 3 ou α-Al (OH) 3 . No entanto, α-Al (OH) 3 também pode corresponder ao mineral bayerita, ou β-Al (OH) 3 , de acordo com a nomenclatura cristalográfica. Enquanto isso, os polimorfos nordstrandita e doyleita são geralmente referidos simplesmente como Al (OH) 3 .

A lista a seguir resume claramente o que acabou de ser explicado:

-Gibbsite: (γ ou α) -Al (OH) 3

-Bayerita: (α ou β) -Al (OH) 3

-Nordstrandita: Al (OH) 3

-Doyleita: Al (OH) 3

Usos

Matéria prima

O uso imediato do hidróxido de alumínio é como matéria-prima para a produção de alumina ou outros compostos, inorgânicos ou orgânicos, de alumínio; por exemplo: AlCl 3 , Al (NO 3 ) 3 , AlF 3 ou NaAl (OH) 4 .

Suportes catalíticos

As nanopartículas de Al (OH) 3 podem atuar como suportes catalíticos; isto é, o catalisador se liga a eles para permanecer fixo em sua superfície, onde as reações químicas são aceleradas.

Compostos de agrupamento

Na seção sobre estruturas, foi explicado que Al (OH) 3 consiste em camadas e folhas A e B, acopladas para definir um cristal. Dentro dela, existem pequenos espaços ou vazios octaédricos que podem ser ocupados por outros íons, moléculas metálicas ou orgânicas ou neutras.

Quando os cristais de Al (OH) 3 são sintetizados com essas modificações estruturais, diz-se que um composto de intercalação está sendo preparado; isto é, intercalam ou colocam espécies químicas entre as folhas A e B. Ao fazê-lo, surgem novos materiais fabricados a partir desse hidróxido.

Retardante de fogo

O Al (OH) 3 é um bom retardador de fogo que encontra aplicação como material de enchimento para muitas matrizes poliméricas. Isso ocorre porque ele absorve o calor para liberar vapor de água, assim como o Mg (OH) 2 ou a brucita.

Medicinal

Al (OH) 3 também é um neutralizador de acidez, reagindo com o HCl das secreções gástricas; novamente, semelhante ao que acontece com o Mg (OH) 2 do leite de magnésia.

Ambos os hidróxidos podem de fato ser misturados em diferentes antiácidos, usados ​​para aliviar os sintomas de pessoas que sofrem de gastrite ou úlceras estomacais.

Adsorvente

Quando aquecido abaixo do seu ponto de fusão, o hidróxido de alumínio é transformado em alumina ativada (assim como carvão ativado). Este sólido é usado como um adsorvente de moléculas indesejáveis, sejam corantes, impurezas ou gases poluentes.

Riscos

Os riscos que o hidróxido de alumínio pode representar não se devem a ele como sólido, mas como medicamento. Não é necessário nenhum protocolo ou regulamento para armazená-lo, pois ele não reage vigorosamente com agentes oxidantes, nem é inflamável.

Quando ingerido em antiácidos obtidos em farmácias, podem ocorrer efeitos colaterais indesejáveis, como constipação e inibição de fosfato no intestino. Da mesma forma, e embora não haja estudos para provar isso, ele tem sido associado a distúrbios neurológicos como a doença de Alzheimer.

Referências

  1. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica . (Quarta edição). Mc Graw Hill
  2. Wikipedia (2019). Hidróxido de alumínio Recuperado de: en.wikipedia.org
  3. Centro Nacional de Informação Biotecnológica. (2019). Hidróxido de alumínio Banco de Dados PubChem. CID = 10176082. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  4. Danielle Reid (2019). Hidróxido de alumínio: fórmula e efeitos colaterais. Estudo Recuperado de: study.com
  5. Robert Schoen e Charles E. Roberson. (1970). Estruturas de hidróxido de alumínio e implicações geoquímicas. The American Mineralogist, Vol 55.
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