POLICLORURO DI ALLUMINIO: STRUTTURA, PROPRIETÀ, OTTENIMENTO, USI - CHIMICA - 2025

Una classe di prodotti inorganici inorganici idrosolubili è chiamata poli cloruro di alluminio , formato dalla reazione parziale del cloruro di alluminio AlCl ₃ con una base. È un solido da bianco a giallo. La sua formula generale è spesso espressa come Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Sono anche conosciuti come PAC o anche PACl (PolyAl Aluminum Chloride).

I PAC sono formulati per contenere polimeri altamente cationici (insiemi di diverse molecole con molte cariche positive) costituiti da ioni alluminio (Al ³⁺ ), ioni cloruro (Cl ^- ), ioni idrossile (OH) ^- e molecole d'acqua (H ₂ O).

Il poli cloruro di alluminio (PAC) viene utilizzato per rimuovere la materia organica e inorganica dall'acqua nei flocculatori degli impianti di trattamento delle acque reflue. Autore: Kubinger. Fonte: Pixabay.

Il polimero cationico più importante di queste specie è chiamato Al ₁₃ o Keggin-Al13 che è molto efficace nel trattamento delle acque e nell'industria manifatturiera della pasta e della carta.

In queste applicazioni, i PAC aderiscono alla superficie delle particelle facendole legare insieme e possono depositarsi, cioè cadere sul fondo e possono essere filtrate.

È stato anche testato con successo per migliorare le proprietà del cemento Portland, poiché modifica o cambia la sua struttura a livello micro e questo rende il cemento più resistente.

Struttura

PAC o PACl è costituito da una serie di specie che vanno da monomeri (una singola molecola), dimeri (due molecole unite insieme), oligomeri (da tre a cinque molecole unite insieme) a polimeri (molte molecole unite insieme).

La sua formula generale è Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) . Quando queste specie contengono gli ioni A disciolti in acqua ³⁺ , ioni ossidrile OH ^- , ioni cloruro Cl ^- e molecole d'acqua H ₂ O.

In soluzione acquosa la sua formula generale è Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +} o anche Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2z) +} .

Il più utile di questi polimeri è quello chiamato Al ₁₃ o Keggin-Al13 la cui formula è AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ . La specie Al ₁₃ ha una forma tridimensionale.

Si stima che il precursore di questa policazione sia Al (OH) ₄ ^- , che ha una conformazione tetraedrica e si trova al centro della struttura.

Nomenclatura

- Policloruro di alluminio

- PAC (cloruro di polietilene)

- PACl (cloruro di polietilene)

- Cloruro di polialluminio

- Poliidrossicloruro di alluminio

- Cloridrato di alluminio o ACH (cloridrato di alluminio).

Proprietà

Stato fisico

Solido (polvere) da bianco a giallo ottenuto anche sotto forma di soluzioni acquose di diverse concentrazioni.

solubilità

Solubile in acqua.

Caratteristiche dei PAC commerciali

I vari PAC differiscono l'uno dall'altro principalmente per due cose:

- La sua forza, espressa come% di allumina Al ₂ O _3.

- La sua basicità, che indica la quantità di materiale polimerico nel PAC, e può variare tra il 10% (basicità bassa), 50% (basicità media), 70% (basicità alta) e 83% (basicità massima, che corrisponde al cloridrato di alluminio o ACH).

Proprietà chimiche

Il PAC è un tipo di prodotti in alluminio idrosolubili. La sua formula generale è spesso espressa come Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) .

Essendo prodotti facendo reagire cloruro di alluminio (AlCl ₃ ) con una base, la basicità di questi tipi di prodotti dipende dalla quantità relativa di OH ^- ioni rispetto alla quantità di alluminio (Al).

Secondo la formula Al _n (OH) _m Cl _(3n-m) , la basicità è definita come m / 3n.

È un flocculante. Ha proprietà come facilità di adsorbimento su altre particelle di carica opposta (aderisce alla superficie di queste), coagulazione (unione di più particelle su cui è stato adsorbito) e precipitazione di questi gruppi di particelle unite.

I PAC possono essere instabili poiché dipendono dal pH. Possono essere corrosivi.

Comportamento del PAC in acqua

Dissolvendo il PAC in acqua e in base al pH, si formano varie specie di idrossile di alluminio (Al-OH).

Idrolizza o reagisce con l'acqua per formare monomeri (molecole unitarie), oligomeri (da 3 a 6 molecole legate) e polimeri (più di 6 molecole legate).

La specie più importante è un polimero con 13 atomi di alluminio, che si chiama Keggin-Al13.

Funzione del PAC come flocculante

Il polimero Keggin-Al13 si adsorbe sulle particelle presenti nell'acqua, cioè si attacca alla superficie di queste, e le fa sommare tra loro formando dei fiocchi.

I flocculi sono gruppi di particelle molto piccole agglutinate o unite per formare strutture più grandi che possono sedimentare, cioè andare sul fondo della soluzione acquosa.

Dopo aver formato i fiocchi, quando sono abbastanza grandi vanno sul fondo e la soluzione acquosa è pulita.

Vasche di flocculazione e sedimentazione di un impianto di trattamento delle acque dove può essere utilizzato il poli cloruro di alluminio (PAC). Qualit-E su Wikipedia in inglese. Fonte: Wikimedia Commons.

Ottenere

Le soluzioni PAC o PACl si ottengono generalmente aggiungendo una soluzione base o alcalina a una soluzione di cloruro di alluminio (AlCl ₃ ).

Per ottenere una quantità elevata di polimeri di Al ₁₃ , la base o l'alcali aggiunti non devono fornire ioni OH ^- troppo velocemente e non troppo lenti.

Alcuni studi indicano che è difficile produrre un'alta concentrazione stabile di Al ₁₃ usando NaOH perché rilascia ioni OH ^- troppo velocemente nell'acqua.

Per questo motivo sono preferiti i composti basici di calcio (Ca), che hanno una bassa solubilità in acqua e quindi rilasciano ioni OH ^- lentamente. Uno di questi composti di calcio di base è l'ossido di calcio CaO.

Ecco i passaggi che si verificano per la formazione del PAC.

Idrolisi

Quando i sali di alluminio (iii) si dissolvono in acqua, si verifica una reazione di idrolisi spontanea in cui il catione alluminio Al ³⁺ prende ioni idrossil OH ^- dall'acqua e si lega ad essi, lasciando liberi protoni H ⁺ :

Al ³⁺ + H ₂ O → Al (OH) ²⁺ + H ⁺

Al ³⁺ + 2 H ₂ O → Al (OH) ₂ ⁺ + 2 H ⁺

A questo contribuisce anche l'aggiunta di un alcali, che è, OH ^- ioni . Lo ione alluminio Al ³⁺ si unisce sempre più agli OH ^- anioni :

Al ³⁺ → Al (OH) ²⁺ → Al (OH) ₂ ⁺ → Al (OH) ₃ ⁰ → Al (OH) ₄ ^-

Inoltre, ^{si formano} specie come Al (H ₂ O) ₆ ³⁺ , cioè uno ione di alluminio legato o coordinato con sei molecole d'acqua.

Polimerizzazione

Quindi si formano legami tra queste specie, formando dimeri (set di 2 molecole) e trimeri (set di 3 molecole) che vengono trasformati in oligomeri (set da 3 a 5 molecole) e polimeri (set di molte molecole unite).

Al (OH) ₂ ⁺ → Al ₂ (OH) ₂ ⁴⁺ → Al ₃ (OH) ₅ ⁴⁺ → Al ₆ (OH) ₁₂ ⁶⁺ → Al ₁₃ (OH) ₃₂ ⁷⁺

Questo tipo di specie è unito da ponti OH tra loro e con Al (H ₂ O) ₆ ^3+, formando insiemi di molecole che sono chiamati complessi idrossi o policationi o idrossipolimeri.

La formula generale di questi polimeri cationici è Al _x (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y) +} o anche Al _x O _z (OH) _y (H ₂ O) _n ^{(3x-y-2z) +} .

Importanza polimero

Si ritiene che il più utile di questi polimeri sia il cosiddetto Al _{13 la} cui formula è AlO ₄ Al ₁₂ (OH) ₂₄ (H ₂ O) ₁₂ ⁷⁺ , ed è anche noto come Keggin-Al13.

È una specie con 7 cariche positive (cioè, un catione heptavalent) con 13 atomi di alluminio, 24 unità OH, 4 atomi di ossigeno, e 12 dell'acqua H ₂ O unità .

applicazioni

- Nel trattamento dell'acqua

PACl è un prodotto commerciale per trattare l'acqua e renderla potabile (pulita e potabile). Permette anche il trattamento dei rifiuti e delle acque industriali.

L'acqua può essere resa potabile se trattata con policloruro di alluminio (PAC). Autore: ExplorerBob. Fonte: Pixabay.

È usato come agente di coagulazione nei processi di miglioramento dell'acqua. È più efficace del solfato di alluminio. La sua prestazione o comportamento dipende dalla specie presente, che dipende dal pH.

Come funziona

PACl consente la coagulazione di materiale organico e particelle minerali. Coagulare significa che i composti da eliminare passano dall'essere disciolti all'essere solidi. Ciò si ottiene attraverso le interazioni delle sue cariche positive con quelle negative dei materiali da coagulare.

Si ritiene che la specie Al ₁₃ , avendo così tante cariche positive (+7), sia la più efficace nel neutralizzare le cariche. Poi c'è la formazione di ponti tra le particelle che si agglomerano e formano fiocchi.

Questi fiocchi, essendo molto pesanti, tendono a precipitare oa depositarsi, cioè ad andare sul fondo del contenitore che contiene l'acqua che si sta trattando. In questo modo possono essere rimossi mediante filtrazione.

Il poli cloruro di alluminio (PAC) viene utilizzato per sedimentare la materia organica e inorganica negli impianti di trattamento delle acque reflue. Foto del Corpo degli ingegneri dell'esercito americano. Fonte: Wikimedia Commons.

Vantaggio

Il PAC è migliore del solfato di alluminio perché ha prestazioni migliori a bassa temperatura, lascia meno residui di alluminio, produce meno volume di fanghi, meno effetto sul pH dell'acqua e si formano fiocchi più grandi e più veloci. Tutto ciò facilita la sedimentazione per la successiva filtrazione.

L'acqua della piscina può essere purificata con poli cloruro di alluminio (PAC). Autore: Kalhh. Fonte: Pixabay.

-Nell'industria della pasta di legno e della carta

Il PAC è particolarmente efficace nel modificare i riempitivi colloidali nella fabbricazione della carta. Le cariche colloidali sono le cariche dei solidi sospesi nelle miscele per produrre pasta di carta.

Permette di accelerare la velocità di drenaggio (eliminazione dell'acqua) soprattutto in condizioni neutre e alcaline, e aiuta nella ritenzione dei solidi. I solidi sono quelli che successivamente, asciugandosi, formano la carta.

In questa applicazione vengono utilizzati PAC con basicità bassa (0-17%) e media (17-50%).

Nelle cartiere e nelle cartiere, il poli cloruro di alluminio (PAC) viene utilizzato per favorire il processo di sedimentazione. Autore: 151390. Fonte: Pixabay.

- Per migliorare il cemento

Recentemente (2019) è stata testata l'aggiunta di PACl al cemento Portland. È stato determinato che la presenza di ioni Cl ^- cloruro e di gruppi polimerici di alluminio modifica la struttura del cemento. Si stima che si formino sali complessi di formula 3CaO.Al ₂ O ₃ .CaCl ₂ .10H ₂ O.

Il cemento da costruzione può essere migliorato con poli cloruro di alluminio (PAC). Skeeze. Fonte: Wikimedia Commons.

I risultati indicano che PACl migliora le proprietà del cemento, diminuisce il numero di micropori (fori molto piccoli) e la matrice diventa più densa e compatta, quindi aumenta la resistenza alla compressione.

L'effetto aumenta con l'aumento del contenuto di PACl. Lo studio conferma che l'aggiunta di PACl al cemento Portland produce una miscela con proprietà meccaniche e microstrutturali superiori.

Con il policloruro di alluminio la porosità del cemento diminuisce e diventa più resistente. Blackblack111. Fonte: Wikimedia Commons.

Riferimenti

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