テトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウム

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アルミン酸ナトリウム

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2023/02/24 19:00 UTC 版)

アルミン酸ナトリウム（アルミンさんナトリウム、sodium aluminate）は、ナトリウムとアルミニウムを含む無機化合物である。アルミン酸ナトリウムと呼ばれているものには、複酸化物である二酸化ナトリウムアルミニウム NaAlO₂ および、ヒドロキシ錯体であるテトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウム Na[Al(OH)₄] などがある。形式上、二酸化ナトリウムアルミニウムはテトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウムの無水物に相当するが、構造上は全く別の物質である。

概要

酸化アルミニウムおよび水酸化アルミニウムは両性とよばれるように酸と反応するとアルミニウムイオンを含む塩を生成し、強塩基と反応するとアルミン酸塩を生成するとされている。アルミン酸ナトリウムはアルミニウム、酸化アルミニウムあるいは水酸化アルミニウムなどアルミニウム化合物と、強塩基である水酸化ナトリウムあるいは炭酸ナトリウムなどとの反応により生成する。

金属アルミニウムおよび水酸化アルミニウムは水酸化ナトリウム水溶液に溶解してテトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウムを生成する。化学反応式はそれぞれ以下のようになる。

${\displaystyle {\ce {2 Al\ + 2 NaOH\ + 6 H2O -> 2 Na[Al(OH)4]\ + 3 H2}}}$

${\displaystyle {\ce {Al(OH)3\ + NaOH -> Na[Al(OH)4]}}}$

酸化アルミニウムと炭酸ナトリウムの混合物を高温で融解すると二酸化ナトリウムアルミニウムが生成する。化学反応式は以下のようになる。

${\displaystyle {\ce {Al2O3\ + Na2CO3 -> 2 NaAlO2\ + CO2}}}$

二酸化ナトリウムアルミニウム

二酸化ナトリウムアルミニウム
別称 メタアルミン酸ナトリウム
識別情報
CAS登録番号	1302-42-7
RTECS番号	BD1600000
特性
化学式	NaAlO2
モル質量	81.9701 g mol-1
外観	無色結晶
密度	1.5 g cm13, 固体
融点	1800℃
水への溶解度	易溶
構造
結晶構造	斜方晶系
熱化学
標準生成熱 ΔfHo	−1135.12 kJ mol-1[1]
標準モルエントロピー So	70.71 J mol-1K-1
標準定圧モル比熱, Cpo	73.30 J mol-1K-1
危険性
Rフレーズ	R45
Sフレーズ	S20, S26, S36/37/39, S45
引火点	不燃性
特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。

形式上はオキソ酸であるアルミン酸 HAlO₂ のナトリウム塩に相当する化学式 NaAlO₂ であるが、結晶中には独立したアルミン酸イオン AlO₂^- は見出されず、ナトリウムとアルミニウムの複酸化物と呼ぶべきものである。5/4水和物 NaAlO₂·5/4H₂O 結晶中ではアルミニウム原子は四面体型4配位であり、4個の酸素原子に囲まれている^[2]。

純粋なものは無色結晶または白色固体であるが、工業品は鉄など不純物を含むため黄褐色を帯びる。潮解性で水に極めて溶解し易く、溶解するとテトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウム水溶液となる。水溶液は加水分解により強塩基性を示し、炭酸などの弱酸の存在下でも容易く加水分解して水酸化アルミニウムを沈殿する。空気中の水分や二酸化炭素を吸収して変質しやすい。

${\displaystyle {\ce {NaAlO2\ + 2 H2O -> Na[Al(OH)4]}}}$

${\displaystyle {\ce {Na[Al(OH)4]\ + CO2 -> Al(OH)3\ + NaHCO3}}}$

テトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウム

テトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウム
特性
化学式	Na[Al(OH)4]
モル質量	118.0007 g mol-1
融点	分解
水への溶解度	易溶
熱化学
標準生成熱 ΔfHo	−1742.6 kJ mol-1(水溶液)[1]
標準モルエントロピー So	161.9 J mol-1K-1(水溶液)
特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。

アルミニウムや水酸化アルミニウムを水酸化ナトリウム水溶液に溶解した溶液中に存在するが、固体として単離することは困難である。水溶液は加水分解により強塩基性を示し、容易く加水分解して水酸化アルミニウムを沈殿する。ヒドロキシ基を有する有機化合物の存在により加水分解に対して安定化する。水溶液の²⁷Al NMR、赤外分光法、ラマンスペクトルおよびイオン交換により、強塩基性水溶液において低濃度では四面体型の [Al(OH)₄]^- の存在が示されており^[3]、高濃度では Al-O-Al 架橋構造を持つ [(HO)₃AlOAl(OH)₃]^2- の存在が確認されている^[4]。

テトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウム水溶液と水酸化アルミニウムの固体との間には以下のような溶解平衡が成立する。

${\displaystyle {\ce {Al(OH)3(s)\ +OH^{-}(aq)\rightleftharpoons [Al(OH)4]^{-}(aq)}}}$

高温でかつ高濃度の水酸化物イオンの存在下で水酸化アルミニウムの溶解度は増大し、バイヤー法によるボーキサイトからの水酸化アルミニウムの抽出では、熱濃水酸化ナトリウムでアルミニウムを溶解した後、冷却、希釈により水酸化アルミニウムを析出させる。

用途

浄水場において、明礬と併用することにより泥を沈殿させるために用いられる。硬水の軟化、製紙、窯業で用いられる^[5]。

外部リンク

• 国際化学物質安全性カード ICSC

脚注・参考文献

1. ^ ^{a b} D.D. Wagman, W.H. Evans, V.B. Parker, R.H. Schumm, I. Halow, S.M. Bailey, K.L. Churney, R.I. Nuttal, K.L. Churney and R.I. Nuttal, The NBS tables of chemical thermodynamics properties, J. Phys. Chem. Ref. Data 11 Suppl. 2 (1982).
2. ^ The Crystal Structure of Hydrated Sodium Aluminate, NaAlO₂·5/4H₂O, and Its Dehydration Product, James A. Kaduk, Shiyou Pei, Journal of Solid State Chemistry, 115, 1, 1995, 126-139,doi:10.1006/jssc.1995.1111
3. ^ Jonas Addai-Mensah, Jun Li, Clive A. Prestidge, The Structure and Interactions of Species in Supersaturated Caustic Aluminate SolutionsAsia-Pacific Journal of Chemical Engineering, 2008.
4. ^ F.A. コットン, G. ウィルキンソン著, 中原 勝儼訳 『コットン・ウィルキンソン無機化学』 培風館、1987年
5. ^ 『化学大辞典』 共立出版、1993年

表 話 編 歴 ナトリウムのオキソ酸塩
正塩	NaAlO2 Na3AsO3 Na3AsO4 Na4As2O7 Na5As3O10 NaBiO3 NaBO2 Na2B8O13 Na3BO3 NaBrO NaBrO2 NaBrO3 NaBrO4 NaClO NaClO2 NaClO3 NaClO4 NaClO5 Na2CO3 Na2CO4 Na2C2O5 Na2C2O6 Na2CrO4 Na2Cr2O7 NaFO Na2FeO4 Na2GeO3 NaIO NaIO3 NaIO4 Na5IO6 NaMnO4 Na2MnO4 Na3MnO4 NaNO2 NaNO3 Na2N2O2 Na2N2O3 NaPH2O2 Na2PHO3 Na2PO3F Na3PSO3 Na3PS2O2 Na3PO4 Na4P2O7 Na5P3O10 NaReO4 Na2SeO3 Na2SeO4 Na2SiO3 Na2Si2O5 Na2SO3 Na2SO4 Na2SO5 Na2S2O3 Na2S2O4 Na2S2O5 Na2S2O6 Na2S2O7 Na2S2O8 Na2S3O6 NaTcO4 Na2TiO3 Na4TiO4 Na2Ti3O7 Na2TeO3 NaVO3 Na3VO4 Na2WO4 Na2XeO4 Na4XeO6 AlNa(SO4)2
水素塩	NaHCO3 Na2H3IO6 Na3H2IO6 NaH2PO4 Na2HPO4 Na2H2P2O7 Na3HP2O7 NaHSeO3 NaHSeO4 NaHSO3 NaHSO4
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テトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウム

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2020/05/10 07:28 UTC 版)

「アルミン酸ナトリウム」の記事における「テトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウム」の解説

アルミニウムや水酸化アルミニウムを水酸化ナトリウム水溶液に溶解した溶液中に存在するが、固体として単離することは困難である。水溶液は加水分解により強塩基性を示し、容易く加水分解して水酸化アルミニウムを沈殿する。ヒドロキシ基を有する有機化合物の存在により加水分解に対して安定化する。水溶液の27Al NMR、赤外分光法、ラマンスペクトルおよびイオン交換により、強塩基性水溶液において低濃度では四面体型の [Al(OH)4]- の存在が示されており、高濃度では Al-O-Al 架橋構造を持つ [(HO)3AlOAl(OH)3]2- の存在が確認されている。 テトラヒドロキシドアルミン酸ナトリウム水溶液と水酸化アルミニウムの固体との間には以下のような溶解平衡が成立する。 Al ( OH ) 3 ( s )   + OH − ( aq ) ⇌ [ Al ( OH ) 4 ] − ( aq ) 高温でかつ高濃度の水酸化物イオンの存在下で水酸化アルミニウムの溶解度は増大し、バイヤー法によるボーキサイトからの水酸化アルミニウムの抽出では、熱濃水酸化ナトリウムでアルミニウムを溶解した後、冷却、希釈により水酸化アルミニウムを析出させる。