Idrossido di alluminio

Idrossido di alluminio
formula di struttura
formula di struttura
Nome IUPAC
triidrossido di alluminio
Nomi alternativi
idrargillite
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareAl(OH)3
Massa molecolare (u)78,00
Aspettosolido bianco
Numero CAS21645-51-2
Numero EINECS244-492-7
PubChem10176082
DrugBankDBDB06723
SMILES
[OH-].[OH-].[OH-].[Al+3]
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.)2,42 (20 °C)
Solubilità in acqua2,7×10−7 g/l (25 °C)
Costante di solubilità a 298 K3,73×10−33
Temperatura di fusione300 °C (573 K) (rilascio di acqua di cristallizzazione)
Indicazioni di sicurezza
Frasi H---
Consigli P---[1]
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L'idrossido di alluminio (o idrargillite) è il prodotto dell'idratazione dell'ossido di alluminio.

A temperatura ambiente si presenta come un solido bianco inodore poco solubile in acqua.

Nomenclatura

La denominazione delle diverse forme di idrossido di alluminio è ambigua e non esiste uno standard universale. Tutti e quattro i polimorfi hanno una composizione chimica di triidrossido di alluminio (un atomo di alluminio attaccato a tre gruppi idrossido).[2] La gibbsite è anche nota come idrargillite, dal nome del termine greco per acqua (ὕδωρ) e argillite. Si pensava che il primo composto chiamato idrargillite fosse idrossido di alluminio, ma in seguito fu scoperto essere fosfato di alluminio; nonostante ciò, sia la gibbsite che l'idrargillite sono usati per riferirsi allo stesso polimorfismo dell'idrossido di alluminio. Nel 1930, fu chiamato α-allumina triidrato per distinguerlo dalla bayerite, che fu chiamata β-allumina triidrato (le designazioni alfa e beta furono usate per differenziare rispettivamente le forme più e meno comuni). Nel 1957, un simposio sulla nomenclatura degli ossidi di alluminio tentò di sviluppare uno standard universale, con il risultato che la gibbsite venne designata γ-Al(OH)3, la bayerite α-Al(OH)3 e la nordstrandite Al(OH)3.[2]

Sulla base delle loro proprietà cristallografiche, una nomenclatura e una designazione suggerite indicano la gibbsite dovesse essere α-Al(OH)3, la bayerite β-Al(OH)3, e sia la nordstrandite che la doyleite Al(OH)3. In base a questa designazione, i prefissi α e β si riferiscono rispettivamente a strutture esagonali, ravvicinate e polimorfismi alterati o disidratati, senza differenze tra nordstrandite e doyleite.

Caratteristiche

La gibbsite ha una tipica struttura di idrossido di metallo con legami a idrogeno. È costituito da doppi strati di gruppi ossidrilici con ioni di alluminio che occupano i due terzi dei fori ottaedrici tra i due strati.[3]

È un idrossido anfotero, come quello del gallio e simile per comportamento anche a quello del berillio. In ambiente fortemente acido, si forma Al(OH)2+, mentre in ambiente basico si forma Al(OH)4-, acido ortoalluminico, cristallizzabile, i cui sali (e quelli di composti simili come AlO2-) sono chiamati alluminati.[4]

Polimorfismo

Esistono quattro polimorfi di idrossido di alluminio, tutti basati sulla combinazione comune di un atomo di alluminio e tre molecole di idrossido in diverse disposizioni cristalline che determinano l'aspetto e le proprietà del composto. Le quattro combinazioni sono:[2]

Tutti i polimorfi sono composti da strati di unità di idrossido di alluminio ottaedrico con l'atomo di alluminio al centro e i gruppi idrossilici ai lati, con legami a idrogeno che tengono uniti gli strati. I polimorfi variano nel modo in cui gli strati si accumulano insieme, con le disposizioni delle molecole e degli strati determinate dall'acidità, dalla presenza di ioni (incluso il sale) e dal substrato su cui si forma. Nella maggior parte delle condizioni, la gibbsite è la forma chimicamente più stabile di idrossido di alluminio. Tutte le forme di cristalli di Al(OH)3 sono esagonali.[2]

Produzione

Praticamente tutto l'idrossido di alluminio utilizzato commercialmente è prodotto dal processo Bayer[5] che prevede la dissoluzione della bauxite in idrossido di sodio a temperature fino a 270 °C. Il solido di scarto, detto fango rosso, viene rimosso e l'idrossido di alluminio viene fatto precipitare dalla soluzione rimanente di alluminato di sodio. Questo idrossido di alluminio può essere convertito in ossido di alluminio o allumina mediante calcinazione.

I residui di fango rosso, che sono principalmente ossido di ferro, sono altamente caustici a causa dell'idrossido di sodio residuo. Era storicamente immagazzinato nelle lagune; questo ha portato all'incidente della fabbrica di alluminio di Ajka nel 2010 in Ungheria, dove uno scoppio della diga ha portato all'annegamento di nove persone. Altri 122 hanno riportarono ustioni chimiche. Il fango contaminò 40 chilometri quadrati di terra e raggiunse il Danubio. Mentre il fango era considerato non tossico a causa dei bassi livelli di metalli pesanti, il liquame associato aveva un pH di 13.[6]

Sintesi

Si possono ottenere piccole dosi di prodotto facendo reagire cloruro d'alluminio, AlCl3, con idrossido di sodio, NaOH, in rapporto 1:3

L’idrossido di alluminio, essendo poco solubile in acqua, forma un precipitato bianco gelatinoso.

Impieghi

Uno dei principali usi dell'idrossido di alluminio è come materia prima per la produzione di altri composti di alluminio: come solfato di alluminio, cloruro di polialluminio, cloruro di alluminio, zeoliti, alluminato di sodio, allumina attivata e nitrato di alluminio.[3]

L'idrossido di alluminio appena precipitato forma dei gel, che sono la base per l'applicazione di sali di alluminio come flocculanti nella purificazione dell'acqua. Questo gel si cristallizza nel tempo. I gel di idrossido di alluminio possono essere disidratati (ad esempio utilizzando solventi non acquosi miscibili in acqua come l'etanolo) per formare una polvere di idrossido di alluminio amorfa, che è facilmente solubile in acidi. L'idrossido di alluminio in polvere che è stato riscaldato a una temperatura elevata in condizioni attentamente controllate è noto come allumina attivata e viene utilizzato come essiccante, come adsorbente nella purificazione del gas, come catalizzatore di supporto nel processo Claus per la purificazione dell'acqua e come adsorbente per il catalizzatore durante la fabbricazione di polietilene con il processo Sclairtech.

Ignifugo

L'idrossido di alluminio trova anche impiego come riempitivo ignifugo per applicazioni polimeriche in modo simile all'idrossido di magnesio e alle miscele di huntite e idromagnesite.[7][8][9][10][11] Si decompone a circa 180 °C, assorbendo una notevole quantità di calore nel processo e sprigionando vapore acqueo. Oltre a comportarsi come ignifugo, è molto efficace come soppressore del fumo in una vasta gamma di polimeri, soprattutto in poliesteri, acrilici, etilene vinil acetato, epossidici, PVC e gomma.[12]

Uso farmaceutico

Con il nome generico di "algeldrato", l'idrossido di alluminio è usato come antiacido nell'uomo e negli animali (principalmente cani e gatti). È preferito rispetto ad altre sostanza come il bicarbonato di sodio perché Al(OH)3, essendo insolubile, non eleva il pH dello stomaco oltre 7 e quindi non attiva la secrezione di acido in eccesso. È impiegato infatti in Alu-Cap, Aludrox, Malox o Pepsamar. In genere quando lo si utilizza in ambito farmacologico ed in particolare nella categoria degli antiacidi, si miscela insieme ad un altro composto per bilanciare i suoi effetti di stipsi. Es: idrossido di alluminio+ idrossido di magnesio, quest'ultimo induttore della motilità gastrointestinale. Reagisce con un eccesso di acido nello stomaco, riducendo l'acidità del suo contenuto,[13][14] che può alleviare i sintomi di ulcere, pirosi o dispepsia. Tali prodotti possono causare stitichezza, poiché gli ioni di alluminio inibiscono le contrazioni delle cellule muscolari lisce del tratto gastrointestinale, rallentando la peristalsi e allungando il tempo necessario alle feci per passare attraverso il colon.[15] Alcuni di questi prodotti sono formulati per minimizzare tali effetti attraverso l'inclusione di concentrazioni uguali di idrossido di magnesio o carbonato di magnesio, che hanno effetti lassativi controbilanciati.[16]

Questo composto è anche usato per controllare l'iperfosfatemia (livelli elevati di fosfato, o fosforo, nel sangue) nelle persone e negli animali che soffrono di insufficienza renale. Il sale di alluminio, se ingerito, si lega al fosfato nell'intestino e riduce la quantità di fosforo che può essere assorbito.[17][18]

L'idrossido di alluminio precipitato è incluso come adiuvante in alcuni vaccini (ad esempio il vaccino contro l'antrace). Poiché assorbe bene le proteine, funziona anche per stabilizzare i vaccini impedendo alle proteine del vaccino di precipitare o attaccarsi alle pareti del contenitore durante la conservazione. L'idrossido di alluminio è talvolta chiamato "allume", un termine generalmente riservato a uno dei numerosi solfati.

Formulazioni vaccinali contenenti idrossido di alluminio stimolano il sistema immunitario inducendo il rilascio di acido urico, un segnale di pericolo immunologico. Ciò attira fortemente alcuni tipi di monociti che si differenziano in cellule dendritiche. Le cellule dendritiche raccolgono l'antigene, lo portano ai linfonodi e stimolano le cellule T e le cellule B.[19] L'idrossido di alluminio sembra quindi contribuire all'induzione di una buona risposta Th2, quindi è utile per immunizzare contro agenti patogeni che sono bloccati dagli anticorpi. Tuttavia, ha poca capacità di stimolare le risposte immunitarie cellulari (Th1), importante per la protezione contro molti agenti patogeni, né è utile quando l'antigene è a base di peptidi.[20]

Potenziali effetti avversi

Negli anni sessanta e settanta si ipotizzava che l'alluminio fosse correlato a vari disturbi neurologici, inclusa la malattia di Alzheimer.[21][22] Da allora, numerosi studi epidemiologici non hanno trovato alcuna connessione tra esposizione all'alluminio ambientale o ingerito e disturbi neurologici, sebbene l'alluminio iniettato non sia stato considerato in questi studi.[23][24][25]

Note

  1. ^ scheda dell'idrossido di alluminio su IFA-GESTIS Archiviato il 16 ottobre 2019 in Internet Archive.
  2. ^ a b c d A. K. Karamalidis e Dzombak D. A., Surface Complexation Modeling: Gibbsite, John Wiley & Sons, 2010, pp. 15-17, ISBN 978-0-470-58768-3.
  3. ^ a b K. A. Evans, Properties and uses of aluminium oxides and aluminium hydroxides, in A. J. Downs (a cura di), Chemistry of aluminium, gallium, indium, and thallium, 1st, London; New York, Blackie Academic & Professional, 1993, ISBN 978-0-7514-0103-5.
  4. ^ Boundless, Basic and Amphoteric Hydroxides, in Boundless Chemistry, 26 luglio 2016. URL consultato il 2 luglio 2017 (archiviato dall'url originale il 22 agosto 2017).
  5. ^ AR Hind, Bhargava SK e Grocott SC, The Surface Chemistry of Bayer Process Solids: A Review, in Colloids Surf Physiochem Eng Aspects, vol. 146, 1–3, 1999, pp. 359-74, DOI:10.1016/S0927-7757(98)00798-5.
  6. ^ Hungary Battles to Stem Torrent of Toxic Sludge, in BBC News Website, 5 ottobre 2010.
  7. ^ LA Hollingbery e Hull TR, The Fire Retardant Behaviour of Huntite and Hydromagnesite - A Review (PDF), in Polymer Degradation and Stability, vol. 95, n. 12, 2010, pp. 2213-2225, DOI:10.1016/j.polymdegradstab.2010.08.019.
  8. ^ LA Hollingbery e Hull TR, The Thermal Decomposition of Huntite and Hydromagnesite - A Review (PDF), in Thermochimica Acta, vol. 509, 1–2, 2010, pp. 1-11, DOI:10.1016/j.tca.2010.06.012.
  9. ^ LA Hollingbery e Hull TR, The Fire Retardant Effects of Huntite in Natural Mixtures with Hydromagnesite (PDF), in Polymer Degradation and Stability, vol. 97, n. 4, 2012, pp. 504-512, DOI:10.1016/j.polymdegradstab.2012.01.024.
  10. ^ LA Hollingbery e Hull TR, The Thermal Decomposition of Natural Mixtures of Huntite and Hydromagnesite (PDF), in Thermochimica Acta, vol. 528, 2012, pp. 45-52, DOI:10.1016/j.tca.2011.11.002.
  11. ^ TR Hull, Witkowski A e Hollingbery LA, Fire Retardant Action of Mineral Fillers (PDF), in Polymer Degradation and Stability, vol. 96, n. 8, 2011, pp. 1462-1469, DOI:10.1016/j.polymdegradstab.2011.05.006.
  12. ^ Huber Engineered Materials, Huber Non-Halogen Fire Retardant Additives (PDF), su hubermaterials.com. URL consultato il 3 luglio 2017.
  13. ^ Galbraith, A, Bullock, S, Manias, E, Hunt, B e Richards, A, Fundamentals of pharmacology: a text for nurses and health professionals, Harlow, Pearson, 1999, p. 482.
  14. ^ Mark G. Papich, Aluminum Hydroxide and Aluminum Carbonate, in Saunders Handbook of Veterinary Drugs, 2nd, St. Louis, Mo, Saunders/Elsevier, 2007, pp. 15-16, ISBN 978-1-4160-2888-8.
  15. ^ Neena Washington, Antacids and Anti Reflux Agents, Boca Raton, FL, CRC Press, 2 agosto 1991, p. 10, ISBN 978-0-8493-5444-1.
  16. ^ Robert L. Bill, Clinical Pharmacology and Therapeutics for Veterinary Technicians - E-Book, Elsevier Health Sciences, 1º settembre 2016, p. 105, ISBN 978-0-323-44402-6.
  17. ^ Donald C. Plumb, Aluminum Hydroxide, in Plumb's Veterinary Drug Handbook, 7th, Stockholm, Wisconsin; Ames, Iowa, Wiley, 2011, pp. 36-37, ISBN 978-0-470-95964-0.
  18. ^ Lifelearn Inc., Aluminum Hydroxide, in Know Your Pet, 1º novembre 2010. URL consultato il 30 giugno 2017.
  19. ^ M Kool, Soullié T, van Nimwegen M, Willart MA, Muskens F, Jung S, Hoogsteden HC, Hammad H e Lambrecht BN, Alum adjuvant boosts adaptive immunity by inducing uric acid and activating inflammatory dendritic cells, in J Exp Med, vol. 205, n. 4, 24 marzo 2008, pp. 869-82, DOI:10.1084/jem.20071087, PMC 2807488, PMID 18362170.
  20. ^ MP Cranage e Robinson A, Vaccine Protocols - Volume 87 of Methods in Molecular Medicine Biomed Protocols, a cura di Robinson A, Hudson MJ e Cranage MP, 2nd, Springer, 2003, p. 176, ISBN 978-1-59259-399-6.
  21. ^ Alzheimer's Myth's, su alz.org, Alzheimer's Association. URL consultato il 29 luglio 2012.
  22. ^ A Khan, Aluminium and Alzheimer's disease, su alzheimers.org.uk, Alzheimer's Society, 1º settembre 2008. URL consultato l'8 marzo 2012 (archiviato dall'url originale l'11 marzo 2012).
  23. ^ Rondeau V, A review of epidemiologic studies on aluminum and silica in relation to Alzheimer's disease and associated disorders, in Rev Environ Health, vol. 17, n. 2, 2002, pp. 107-21, DOI:10.1515/REVEH.2002.17.2.107, PMC 4764671, PMID 12222737.
  24. ^ Martyn CN, Coggon DN, Inskip H, Lacey RF, Young WF, Aluminum concentrations in drinking water and risk of Alzheimer's disease, in Epidemiology, vol. 8, n. 3, May 1997, pp. 281-6, DOI:10.1097/00001648-199705000-00009, JSTOR 3702254, PMID 9115023.
  25. ^ Graves AB, Rosner D, Echeverria D, Mortimer JA, Larson EB, Occupational exposures to solvents and aluminium and estimated risk of Alzheimer's disease, in Occup Environ Med, vol. 55, n. 9, September 1998, pp. 627-33, DOI:10.1136/oem.55.9.627, PMC 1757634, PMID 9861186.

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