Алюминаты
Алюмина́ты, соединения типа оксидов состава mМехОу · nАl2О3 (Мe – металл или металлы в степени окисления +1, +2 или +3), а также гидроксо- и оксоалюминаты – комплексные соли, в которых гидроксо- и оксогруппы связаны с атомом алюминия Аl, образуя анионный комплекс, например бис-(гексагидроксоалюминат) тристронция Sr3[Аl(ОН)6]2, гексагидроксооксодиалюминат дикалия К2[Аl2О(ОН)6]. Многие алюминаты типа двойных оксидов, например LaAlO3, NaAlO2, могут рассматриваться как соли Аl(ОН)3 или АlООН, проявляющие в этих случаях кислотные свойства.
Щелочные металлы образуют алюминаты состава МеАlО2, МеАl5О8, МеАl11О17 и МеАl13О20 (см. таблицу). Алюминаты типа МеАlO2 (кроме LiAlO2) хорошо растворяются в растворах щелочей, в воде гидролизуются до Аl(ОН)3. Щелочные растворы содержат комплексные ионы [Al(OH)4]– и более сложные полимерные анионы. Из этих растворов кристаллизуются гидроксо- и оксогидроксоалюминаты, состав которых определяется концентрацией щёлочи и температурой. В отличие от других щелочных металлов Li образует не гидроксоалюминат, а труднорастворимый двойной гидроксид [LiOH · 2H2O] [2Аl(ОН)3], который при взаимодействии с кислотами даёт двойные гидроксосоли Al−Li.
Свойства некоторых алюминатов
Соединение | Кристаллическая решётка | Параметры ячейки | tпл, °С | Плотность, г/см3 |
β-NaAlO2 | Ромбическая | a = 0,537 | 1800 | 2,693 |
α-LiAlO2 | Ромбоэдрическая | a = 0,5006 | 900* | 3,38 |
γ-LiAlO2 | Тетрагональная | a = 0,5181 | 1610–1700 | 2,56 |
LiAl5O8 | Кубическая | a = 0,7908 | ~2000 | 3,606 |
Ca3Al2O6 | Кубическая | a = 1,5262 | 1535 | 3,00 |
MgAl2O4 | Кубическая | a = 0,809 | 2135 | 3,6 |
LaAlO3 | Ромбоэдрическая | a = 0,5357 | 2373 | 5,84 |
LaAl11O18 | Гексагональная | a = 0,5556 | 1925 | 4,03 |
YAlO3 | Ромбическая | a = 0,5180 | 2150 | 5,35 |
Y3Al5O12 | Кубическая | a = 1,2007 | 2213 | 4,55 |
Sm4Al2O9 | Моноклинная | a = 0,762 | 2250 | – |
* Температура полиморфного перехода.
К алюминатам металлов II группы периодической системы химических элементов относятся шпинели – соединения общей формулы МеАl2О4 с кубической кристаллической решёткой. Они встречаются в природе в виде минералов, например MgAl2O4 – благородная шпинель, ZnАl2О4 – ганит, ВеАl2О4 – хризоберилл. Кроме шпинелей, для Са, Sr и Ва известны алюминаты другого состава, например Са3Аl2О6, Sr4Al2O7, Ва3Аl2О6, SrAl4O7, ВаАl12О19. При взаимодействии алюминатов Са, Sr и Ва (типа оксидов) с водой образуются гидроксоалюминаты. Известны также двойные гидроксиды Al−Mg и Аl−Са, структура которых построена из чередующихся слоёв гидроксидов Аl и соответствующего металла. При замещении части групп ОН на другие анионы образуются двойные гидроксосоли. Эти соединения осаждаются, например, при взаимодействии щелочей с растворами, содержащими соли Аl и Mg.
Среди алюминатов редкоземельных элементов (РЗЭ) известны соединения состава МеАlО3 (характерны для всех РЗЭ), Ме4Аl2О9, Ме3Аl5О12, МеАl11О18, двойные алюминаты, которые включают РЗЭ и металл II группы, например CaMeAlO4, MgМе3AlO7, SrМеAlO4. Соединения МеАlО3 имеют искажённую структуру перовскита (кубическая кристаллическая решётка). Алюминаты состава Ме4Аl2О9 изоструктурны, кристаллизуются в моноклинные сингонии (пространственная группа Р21/с). Соединения Ме3Аl5О12 кристаллизуются в кубические сингонии (типа граната).
Алюминаты типа оксидов тугоплавки; алюминаты РЗЭ характеризуются высокой твёрдостью (~8 по Моосу), плотностью, стойкостью к действию кислот. Такие алюминаты могут быть получены твёрдофазным синтезом из оксидов или разложением солей (нитратов, карбонатов и др.) при 1400–1800 °С. Алюминаты РЗЭ состава МеАlO3 синтезируют осаждением аммиаком гидроксосоединений из растворов нитратов с последующим прокаливанием осадков. Гидроксоалюминаты щелочных металлов могут быть получены взаимодействием раствора щёлочи с Аl(ОН)3.
Натрия алюминат – промежуточный продукт в производстве глинозёма, протрава при крашении тканей и др. Алюминаты кальция – компоненты вяжущих материалов, в том числе портландцемента. Шпинели используют в производстве огнеупорных материалов, а также как полудрагоценные камни; алюминаты РЗЭ и металлов II группы применяют в производстве электрокерамики, материалов для деталей радиоэлектроники, YAlO3 – лазерный материал.