Aluminiumverbindungen.

Aluminiumverbindungen.

 

Als Element der dritten Hauptgruppe des Periodensystems der chemischen Elemente tritt Aluminium fast ausschließlich in der Wertigkeitsstufe +3 auf. Es bildet mit den Elementen der vierten bis siebten Hauptgruppe einfache und komplexe Verbindungen, die zum Teil große technische Bedeutung haben.

 

Mit Kohlenstoff reagiert Aluminium zu Aluminiumcarbid, Al₄C₃, das sich in Wasser langsam unter Bildung von Methan und Aluminiumhydroxid zersetzt: Al₄C₃ + 12 H₂O → 3CH₄ + 4Al(OH)₃. Bei den Verbindungen mit Silicium sind v. a. die aus unterschiedlichen Anteilen Aluminiumoxid und Siliciumdioxid bestehenden Aluminiumsilikate (Silikate) zu nennen; zu ihnen zählen weit verbreitete Minerale wie die Feldspäte und die Tonminerale. Mit Stickstoff verbindet sich pulverförmiges Aluminium bei Erhitzen zu Aluminiumnitrid, AlN, einem keramischen Hochtemperaturwerkstoff mit ähnlichen Eigenschaften wie Siliciumnitrid (Siliciumverbindungen), mit Phosphor zu Aluminiumphosphid, AlP. Aluminiumnitrid entsteht auch aus Aluminiumoxid, Kohle und Stickstoff bei 1 600º-1 800 ºC; es wird durch Wasser in Ammoniak und Aluminiumhydroxid gespalten; technische Bedeutung hat diese Reaktion jedoch nicht gewinnen können. Das durch Auflösen von Aluminiumhydroxid in Salpetersäure herstellbare Aluminiumnitrat, Al(NO₃)₃, wird in der Ledergerberei verwendet. Aluminiumorthophosphat, AlPO₄, das Aluminiumsalz der Phosphorsäure, dient als Flussmittel z. B. in Gläsern; es ist in den Mineralen Wavellit und Türkis enthalten.

 

Das mit Sauerstoff gebildete, wasserunlösliche Aluminiumoxid, Al₂O₃, tritt in mehreren Modifikationen auf, die als Tonerde zusammengefasst werden. Hexagonal kristallisierendes α-Aluminiumoxid, α -Al₂O₃, kommt in der Natur als farbloser bis schwarzer Korund vor, der, durch Verunreinigungen gefärbt, die Edelsteine Saphir und Rubin bildet. Große Korund- und Rubinkristalle werden nach dem Verneuil-Verfahren erzeugt; sie haben Bedeutung für die Lasertechnik. Aluminiumoxid schmilzt erst bei 2 050 ºC. Man verwendet es deshalb zur Herstellung feuerfester Aluminiumoxidkeramik. Mit vielen zweiwertigen Metallionen bildet Aluminiumoxid die kubisch kristallisierenden Spinelle, z. B. MgAl₂O₄.

 

Bei den Aluminiumhydroxiden, die häufig auch als Tonerdehydrate bezeichnet werden, unterscheidet man das Aluminiumorthohydroxid (Aluminiumtrihydroxid), Al(OH)₃, das in der stabilen, als Mineral Hydrargillit (besonders im Bauxit) vorkommenden monoklinen γ-Form und in der metastabilen α-Form (Bayerit) auftritt, sowie das rhombische Aluminiummetahydroxid, AlO(OH), das in der Natur als Böhmit und Diaspor (wesentlicher Bestandteil des Bauxits) vorkommt. Durch Versetzen von Aluminiumsalzlösungen mit Ammoniak entstehen zunächst Aluminiumoxidhydrate, Al₂O₃ · x H₂O, mit unterschiedlichem Wassergehalt als voluminöse durchscheinende Gallerte oder durchscheinende Flocken, die frisch gefällt in Säuren oder Laugen leicht löslich sind, bei längerem Stehen aber »altern« und in schwer löslichen Formen, schließlich in α-Al(OH)₃ übergehen. Auch in kolloider Lösung kann man die Aluminiumhydroxide herstellen. Durch Glühen gehen sie in Tonerde (bei starkem Glühen in Korund) über; dabei treten sehr oberflächenaktive Zwischenformen auf. Solche γ-Aluminiumoxide, γ-Al₂O₃, finden wegen des sauren Charakters ihrer Oberfläche vielfältige Anwendung als Katalysatoren, v. a. in der Erdölindustrie.

 

Aluminiumhydroxid und Aluminiumoxide sind amphoter: Beim Auflösen der Hydroxide in Säuren bilden sich Aluminiumsalze (z. B. Aluminiumsulfat), beim Auflösen des Hydroxids in Natron- oder Kalilauge und beim Schmelzen des Oxids mit Ätzalkalien entstehen Aluminate, z. B. Na[Al(OH)₄]. Die Bildung und Wiederzerlegung von Aluminaten spielt bei der Gewinnung von reinem Aluminiumoxid aus Bauxit nach dem Bayer-Verfahren (Aluminium) eine wichtige Rolle.

 

Aluminiumsulfat, Tonerdesulfat, Al₂(SO₄)₃ · 18 H₂O, wird durch Lösen von Aluminiumhydroxid in heißer, konzentrierter Schwefelsäure gewonnen. Es existieren auch Hydrate mit 6, 10 und 16 Wassermolekülen. Reines Aluminiumsulfat dient in der Färberei als Beize, zur Wasserreinigung und zur Papierleimung.

 

Von den Halogenverbindungen des Aluminiums besitzen Aluminiumjodid, AlJ₃, und Aluminiumbromid, AlBr₃, keine Bedeutung. Aluminiumchlorid, AlCl₃, eine starke, bei zahlreichen organischen Synthesen eingesetzte Lewis-Säure, wird durch Erhitzen von Aluminiumspänen in trockenem Chlorwasserstoffgas hergestellt. Es bildet eine weiße, kristalline Masse, kann etwas unter 200 ºC sublimiert werden und raucht an feuchter Luft infolge Bildung von Chlorwasserstoff. Dampfförmiges Aluminiumchlorid bildet Al₂Cl₆-Moleküle, in denen die beiden Al-Atome durch zwei Cl-Brücken verbunden sind. Wasserfreies Aluminiumchlorid ist sehr stark elektrophil, da die Aluminiumatome die Tendenz haben, Elektronenpaare zur Auffüllung ihrer Elektronenschale anzulagern (chemische Bindung). Man kennt auch ein kristallisiertes Salzhydrat AlCl₃ · 6 H₂O. Aluminiumfluorid, AlF₃, ist Komponente wichtiger Komplexsalze, so des Kryoliths, Na₃AlF₆.

 

Eine nur in der präparativen Chemie interessante Verbindung ist das mit Wasserstoff gebildete Aluminiumhydrid, Alan, AlH₃ beziehungsweise (AlH₃)_x, eine äußerst luft- und feuchtigkeitsempflindliche, leicht entzündliche Substanz. Von dieser Verbindung leiten sich formal (bei Substitution der Wasserstoffatome durch organische Reste) die aluminiumorganischen Verbindungen ab. Als Mischhydride sind die aus Aluminiumhydrid und anderen Metallhydriden bestehenden Alanate anzusehen.

 

Weitere Aluminiumverbindungen sind u. a. die Aluminiumsalze höherer Fettsäuren (z. B. Aluminiumpalmitat, Aluminiumstearat), die als Verdickungsmittel in der Lackindustrie u. a. Zweigen der chemischen Technik verwendet werden, ferner das Aluminiumsalz der Essigsäure, Aluminiumacetat, (CH₃COO)₃Al, das in der Färberei als Beizmittel oder nach Hydrolyse zu basischem Aluminiumacetat, (CH₃COO)₂Al(OH), in der Medizin als mildes Adstringens dient (Aluminiumpräparate).