Трифторид алюминия

Фторид алюминия представляет собой бесцветное или белое кристаллическое вещество. При сильном нагревании возгоняется без разложения. При обычных условиях устойчива α-модификация с тригональной решёткой (а = 0,5039 нм, α = 58,50°, z = 2, пространственная группа R32), плотность 2,882 г/см³. При нагревании до ~700 °C переходит в γ-модификацию с тетрагональной решёткой (а = 0,354 нм, с = 0,600 нм).

Длина связи Al—F составляет 0,163 нм. В газовой фазе, при температуре около 1000 °C, трифторид алюминия существует в виде молекул тригональной симметрии D_3h.

Фторид алюминия плохо растворим в воде (0,41 % по массе при 25 °C), лучше — в растворах HF, не растворим в органических растворителях.

Взаимодействием Аl₂О₃ или Аl(ОН)₃ с раствором HF с последующим выделением, сушкой и прокаливанием при 500-600 °C образовавшегося кристаллогидрата AlF₃·3H₂O:

${\displaystyle {\mathsf {Al(OH)_{3}+HF\rightarrow AlF_{3}\cdot 3H_{2}O{\xrightarrow {500^{o}C}}AlF_{3}+3H_{2}O}}}$

Действием на Аl₂О₃ газообразного HF при 450-600 °C:

${\displaystyle {\mathsf {Al_{2}O_{3}+6HF{\xrightarrow {450-600^{o}C}}2AlF_{3}+3H_{2}O}}}$

По реакции:

${\displaystyle {\mathsf {2Al(OH)_{3}+H_{2}SiF_{6}{\xrightarrow {H_{2}O}}2AlF_{3}\cdot 3H_{2}O+SiO_{2}\cdot nH_{2}O}}}$

с последующем выделением, сушкой и прокаливанием гидрата.

При температуре в 700 °C гексафторсиликат натрия с алюминием дают на выходе чистый кремний, гексафторалюминат натрия и трифторид алюминия:

${\displaystyle {\mathsf {3Na_{2}[SiF_{6}]+4Al\xrightarrow {700^{o}C} \ 3Si+2Na_{3}[AlF_{6}]+2AlF_{3}}}}$

Самым лёгким путём получения трифторида алюминия является прямой контакт фтора с алюминием при температуре 600 °C:

${\displaystyle {\mathsf {2Al+3F_{2}{\xrightarrow {600^{o}C}}2AlF_{3}}}}$

Нагрев до температуры примерно 175 °C моногидрат трифторида алюминия получим воду и трифторид алюминия:

${\displaystyle {\mathsf {AlF_{3}\cdot H_{2}O{\xrightarrow {175^{o}C}}AlF_{3}+H_{2}O}}}$

Для получения чистого безводного трифторида алюминия нужно гексафторалюминат аммония нагреть и получится трифторид алюминия с фторидом аммония:

${\displaystyle {\mathsf {(NH_{4})_{3}AlF_{6}\longrightarrow AlF_{3}+3NH_{4}F}}}$

В основном трифторид алюминия получают при обработке оксида алюминия гексафторсиликоновой кислотой, где на выходе получается оксид кремния(IV), трифторид алюминия и вода:

${\displaystyle {\mathsf {H_{2}SiF_{6}+Al_{2}O_{3}\longrightarrow 2AlF_{3}+SiO_{2}+H_{2}O}}}$

Кроме того, он изготавливается путём термического разложения аммония гексафторалюмината.

Образует кристаллогидраты с 1, 3 и 9 молекулами воды, которые легко разрушаются при нагревании:

${\displaystyle {\mathsf {AlF_{3}\cdot H_{2}O{\xrightarrow {150-200^{o}C}}AlF_{3}+H_{2}O}}}$

При нагревании гидролизуется парами воды:

${\displaystyle {\mathsf {AlF_{3}+3H_{2}O{\xrightarrow {400^{o}C}}Al(OH)_{3}+3HF}}}$

Медленно взаимодействует с концентрированной серной кислотой H₂SO₄:

${\displaystyle {\mathsf {2AlF_{3}+3H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}Al_{2}(SO_{4})_{3}+6HF}}}$

Разлагается растворами и расплавами щелочей.

${\displaystyle {\mathsf {AlF_{3}+3(NH_{3}\cdot H_{2}O){\xrightarrow {}}Al(OH)_{3}+3NH_{4}F}}}$

${\displaystyle {\mathsf {4AlF_{3}+4NaOH{\xrightarrow {}}Na[Al(OH)_{4}]+3Na[AlF_{4}]}}}$

С фторидами щелочных металлов AlF₃ образует фтороалюминаты, например, гексафтороалюминат натрия Na₃[AlF₆]:

${\displaystyle {\mathsf {AlF_{3}+3NaF{\xrightarrow {}}Na_{3}[AlF_{6}]}}}$

• Трифторид алюминия используется как компонент электролита (примерно 5-15 %) при электролитическом производстве алюминия. Совместно с другими применяемыми добавками в электролит (фторид кальция, фторид магния, фторид лития), он уменьшает температуру плавления электролита до 930-950 °C и повышает эффективность процесса электролиза (увеличивается выход по току, уменьшается удельный расход электроэнергии).
• Входит в состав флюсов, эмалей, стёкол, глазурей, керамики, покрытий сварочных электродов; является катализатором в органическом синтезе.
• Как антисептик для предотвращения брожения;
• В производстве киноплёнки.

Фторид алюминия ядовит, при контакте с кожей вызывает ожоги. Обладает нейротоксичностью. Смертельная доза (ЛД50) для крыс орально составляет 100 мг/кг.