Αργιλικό νάτριο

Αργιλικό νάτριο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Αργιλικό νάτριο
Άλλες ονομασίες	Οξείδιο νατρίου-αργιλίου
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	NaAlO2
Μοριακή μάζα	81,97 amu
Αριθμός CAS	1302-42-7
SMILES	O=[Al-]=O.[Na+]
InChI	1S/Al.Na.2O/q-1;+1;;
Αριθμός EINECS	215-100-1
PubChem CID	14766
Δομή
Κρυσταλλική δομή στερεού	Ορθορομβική
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	1.650 °C
Πυκνότητα	1.500 kg/m³
Διαλυτότητα στο νερό	Πολύ διαλυτό[1]
Διαλυτότητα σε άλλους διαλύτες	Αδιάλυτο στην EtOH[2]
Δείκτης διάθλασης , nD	1,566
Εμφάνιση	Λευκή υγροσκοπική σκόνη[3]
Χημικές ιδιότητες
Επικινδυνότητα
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Το αργιλικό νάτριο ή οξείδιο νατρίου-αργιλίου (αγγλικά: sodium aluminate) είναι η ανόργανη χημική ένωση με εμπειρικό τύπο NaAlO₂. Χρησιμοποιείται ως αποτελεσματική πηγή υδροξειδίου του αργιλίου [Al(OH)₃] για πολλές βιομηχανικές και τεχνικές εφαρμογές. Το καθαρό (άνυδρο) αργιλικό νάτριο (στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος) είναι λευκό κρυσταλλικό στερεό, στο οποίο αντιστοιχούν οι τύποι NaAlO₂, Na₂O₂·Al₂O₃ και Na₂Al₂O₄. Αν είναι ενυδατωμένο χαρακτηρίζεται από τον τύπο NaAl(OH)₄. Εμπορικά, το αργιλικό νάτριο είναι διαθέσιμο τόσο ως (υδατικό) διάλυμα, όσο και ως στερεό. Άλλες σχετικές ενώσεις, που επίσης ενίοτε ονομάζονται «αργιλικό νάτριο», οι οποίες παράγονται με αντίδραση οξειδίου του νατρίου (Na₂O) και οξειδίου του αργιλίου (Al₂O₃), αντιστοιχούν στους ακόλουθους τύπους:

1. Na₅AlO₄, που περιέχει διακριτά ανιόντα AlO₄^5-.
2. Na₇Al₃O₈.
3. Na₁₇Al₅O₁₆.
4. NaAl₁₁O₁₇, που κάποτε πιστεύονταν (εσφαλμένα) ότι είναι β-αλουμίνα, δηλαδή μια φάση του οξειδίου του αργιλίου.
   

Οι τρεις τελευταίοι τύποι περιέχουν σύνθετα πολυμερικά ανιόντα.^[4][5]

Δομή

Το άνυδρο αργιλικό νάτριο περιέχει τρισδιάστατη δομή από τετράεδρα (AlO₄), των οποίων συνδέονται οι κορυφές. Η ένυδρη μορφή NaAlO₂·5/4H₂O έχει στρώματα από τετράεδρα AlO₄, που ενώνονται σε δακτυλίους. Τα στρώματα αυτά συγκρατούνται από ιόντα νατρίου και μόρια νερού που σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου με τα άτομα οξυγόνου των τετραέδρων AlO₄.^[6]

Παραγωγή

Μέθοδος 1^η

Το αργιλικό νάτριο παράγεται με διάλυση υδροξειδίου του αργιλίου σε (υδατικό) διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου (NaOH):

${\displaystyle \mathrm {NaOH+Al(OH)_{3}{\xrightarrow {\triangle }}NaAlO_{2}+2H_{2}O} }$

Το υδροξείδιο του αργιλίου μπορεί να διαλυθεί σε υδατικό διάλυμα 20-25% υδροξειδίου του νατρίου σε θερμοκρασία κοντά στην (κανονική) θερμοκρασία βρασμού. Η χρήση περισσότερο πυκνών διαλυμάτων υδροξειδίου του νατρίου οδηγεί σε ημιστερεό προϊόν. Η διεργασία (παραγωγής) πρέπει να πραγματοποιηθεί σε δοχεία που θερμαίνονται με ατμό από νικέλιο ή χάλυβα, ενώ το υδροξείδιο του αργιλίου πρέπει να βραστεί μαζί με περίπου 50% υδατικό διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου, ώσπου να σχηματιστεί πολτός. Το τελικό μείγμα χύνεται σε μια δεξαμενή και ψύχεται. Με την παραπάνω διεργασία παράγεται αργιλικό νάτριο με καθαρότητα περίπου 70%. Μετά, αφού κατακερματιστεί το παραπάνω αναφερόμενο προϊόν αποξηραίνεται σε περιστρεφόμενο φούρνο. Μετά από την αποξήρανση αυτή, το παραγόμενο προϊόν περιέχει περίπου 90% αργιλικό νάτριο, 1% νερό, μαζί με 1% υδροξείδιο του νατρίου.

Μέθοδος 2^η

Το αργιλικό νάτριο σχηματίζεται επίσης με επίδραση (διαλύματος) υδροξειδίου του νατρίου σε μεταλλικό αλουμίνιο, που είναι αμφοτερικό μέταλλο. Η αντίδραση είναι πολύ εξώθερμη όταν αρχίσει και συνοδεύεται από ταχεία έκλυση αερίου υδρογόνου (H₂):

${\displaystyle \mathrm {2NaOH+2Al+2H_{2}O{\xrightarrow {}}2NaAlO_{2}+3H_{2}\uparrow } }$

Ωστόσο, είναι δυνατό το παραγόμενο διάλυμα να συμπεριέχει χημικά είδη όπως [Al(OH)₄]^- ή ίσως και [Al(H₂O)₂(OH)₄]^-.^[7]

Αυτή η αντίδραση προτάθηκε να χρησιμοποιηθεί ως εν δυνάμει πηγή καυσίμου για υδρογονοκίνητα αυτοκίνητα.

Εφαρμογές

Στη διαχείριση νερού χρησιμοποιήθηκε ως πρόσθετο σε συστήματα αποσκλήρυνσης νερού, ως βοηθητικό επιπρόσθετο για να βελτιώσει την κροκίδωση, και για την απομάκρυνση διαλυμένων πυριτικών και φωσφορικών ιόντων.

Στην τεχνολογία κατασκευών, το αργιλικό νάτριο χρησιμοποιήθηκε για να επιταχύνει τη στερεοποίηση σκυροδέματος, κυρίως όταν το τελευταίο δουλεύεται σε συνθήκες ψύχους.

Το αργιλικό νάτριο χρησιμοποιήθηκε (μεταξύ άλλων) στη χαρτοποιία, στην παραγωγή τούβλων, στην παραγωγή αλουμίνας.

Διαλύματα αργιλικού νατρίου αποτελούν ενδιάμεσα για την παραγωγή ζεολίθων.^[8]

Παρατηρήσεις, υποσημειώσεις και αναφορές

1. Σημείωση: Όταν διαλύεται στο νερό σχηματίζει κολλοειδή διασπορά.
2. The Merck Index. 10th ed. Rahway, New Jersey: Merck Co., Inc., 1983., p. 1229
3. Σημείωση: Μερικές φορές εμφανίζεται ανοικτοκίτρινη.
4. "Identification and characterisation of three novel compounds in the sodium–aluminium–oxygen system", Marten G. Barker, Paul G. Gadd and Michael J. Begley, J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1984, 1139–1146,
5. Egon Wiberg, Arnold Frederick Holleman (2001) Inorganic Chemistry, Elsevier (ISBN 0-12-352651-5)
6. "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,
7. Greenwood, Norman N.· Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd έκδοση). Butterworth–Heinemann. ISBN 0080379419. 
8. Alan Dyer, (1994), Encyclopedia of Inorganic Chemistry, R. Bruce King (ed.), John Wiley & Sons, (ISBN 0-471-93620-0)