Natrijev aluminat

Natrijev aluminat je pomembna anorganska spojina s poenostavljeno formulo NaAlO₂. Je vmesni produkt v proizvodnji glinice po Bayerjevem postopku in surovina za mnogo drugih kemičnih procesov. Čista brezvodna spojina (anhidrid) je bela kristalasta trdnina s formulami NaAlO₂, NaAl(OH)₄ (hidrat), Na₂O•Al₂O₃ ali Na₂Al₂O₄. Tržni natrijev aluminat se dobavlja trden ali v raztopini.

Natrijev aluminat se včasih imenujejo tudi spojine, pripravljene iz Na₂O in Al₂O₃. Mednje spadajo Na₅AlO₄, ki vsebuje diskretne anione Predloga:Chem, Na₇Al₃O₈ in Na₁₇Al₅O₁₆, ki vsebujeta kompleksne polimerne anione, in NaAl₁₁O₁₇, za katerega so bili dolgo časa prepričani, da je β-glinica oziroma β-aluminijev oksid.

Struktura

Brezvodni natrijev aluminat, NaAlO₂, tvori prostorsko mrežo z vogali povezanih tetraedrov AlO₄. Hidrirana oblika, NaAlO₂•5/4H₂O, je zgrajena iz slojev v obroče poveznih tetraedrov AlO₄. Sloje povezujejo natrijevi ioni in vodikove vezi med vodikovimi atomi v molekuli vode in kisikovimi atomi v tetraedrih AlO₄.

Pridobivanje

• S taljenjem zmesi aluminijevega oksida in natrijevim oksidom, natrijevim hidroksidom ali natrijevim karbonatom:

$𝖭{𝖺}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{+}𝖠{𝗅}_{\mathrm{𝟤}}{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\stackrel{1200^{o}C}{\to }\mathrm{𝟤}𝖭𝖺𝖠𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}$

$\mathrm{𝟤}𝖭𝖺𝖮𝖧\mathsf{+}𝖠{𝗅}_{\mathrm{𝟤}}{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\stackrel{900^{o}C}{\to }\mathrm{𝟤}𝖭𝖺𝖠𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

$𝖭{𝖺}_{\mathrm{𝟤}}𝖢{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}𝖠{𝗅}_{\mathrm{𝟤}}{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}\stackrel{1000^{o}C}{\to }\mathrm{𝟤}𝖭𝖺𝖠𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}𝖢{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}$

• Z raztapljanjem aluminija v raztopini natrijevega hidroksida:

$\mathrm{𝟤}𝖭𝖺𝖮𝖧\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖠𝗅\stackrel{}{\to }\mathrm{𝟤}𝖭𝖺𝖠𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}$

Ko reakcije steče, je zelo eksotermna. Spremlja jo burno razvjanje vodika, zato je bila potencialni vir vodika za vozila z vodikovimi motorji. Raztopina produktov bolj verjetno vsebuje ione [Al(OH)₄]⁻ ali morda [Al(H₂O)₂(OH)₄]⁻.

• S kalciniranjem natrijevega tetrahidroksoaluminata:

$𝖭𝖺\mathsf{[}𝖠𝗅\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{]}\stackrel{800^{o}C}{\to }𝖭𝖺𝖠𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

• Industrijsko se proizvaja z raztapljanjem aluminijevega hidroksida (gibsit) v 20-25 % raztopini natrijevem hidroksida pri temperaturi malo pod vreliščem

$𝖠𝗅\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}𝖭𝖺𝖮𝖧\stackrel{}{\to }𝖭𝖺𝖠𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Produkt vsebuje 90% NaAlO₂, 1% vode in 1% prostega NaOH.

Kemijske lastnosti

• V reakciji z vodo s pretvori v aluminijev in natrijev hidroksid:

$𝖭𝖺𝖠𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\stackrel{}{\to }𝖭𝖺𝖮𝖧\mathsf{+}𝖠𝗅\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{\downarrow }$

• V alkalnem z vodo tvori natrijev tetrahidroksoaluminat:

$𝖭𝖺𝖠𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\stackrel{O{H}^{-}}{\to }𝖭𝖺\mathsf{[}𝖠𝗅\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{]}$

• S kislinami tvori pripadajoče natrijeve in aluminijeve soli in vodo:

$𝖭𝖺𝖠𝗅{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}𝖧𝖢𝗅\stackrel{}{\to }𝖭𝖺𝖢𝗅\mathsf{+}𝖠𝗅𝖢{𝗅}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮$

Uporaba

Pri obdelavi vode se uporablja kot dodatek v sistemih za mehčanje vode, kot koagulant, ki zboljša flokulacijo koloidnih delcev, in za odstranjevanje raztopljenih silikatov in fosfatov.

V gradbeništvu se uporablja za pospeševanja strjevanja betona, predvsem pri zmrzovanju.

Uporablja se tudi v papirni industriji, za izdelavo ognjeodporne opeke, proizvodnjo glinice in drugo.

Raztopine natrijevega aluminata so vmesni produkti v proizvodnji zeolitov.