Aluminium

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Struktur, Eigenschaften und Reaktivität von Aluminiumverbindungen

Um die Struktur, Eigenschaften und Reaktivität von Aluminiumverbindungen zu verstehen, ist es wichtig, ein solides Grundwissen über verschiedene Aluminium-Komponenten und deren Interaktionen zu besitzen. Aluminium ist ein faszinierendes Element, und seine Verbindungen finden in einer Vielzahl industrieller Prozesse Anwendung. In diesem Kapitel konzentrieren wir uns auf die Schlüsselverbindungen des Aluminiums und vertiefen unser Verständnis für diese Stoffe.

Aluminiumhaltiger Kaffeemacher1

Aluminiumhydride

Beginnen wir mit Aluminiumhydriden. Hier ist insbesondere das polymere \((AlH_3)_n\) hervorzuheben, dessen Struktur durch einen Aufbau gekennzeichnet ist, der auf der Verknüpfung von \(AlH_3\)-Einheiten basiert. Dreizentrenbindungen sind ein charakteristisches Merkmal dieser Verbindungen, was bedeutet, dass zwei Elektronen drei Atome miteinander verbinden.

Ein typisches Beispiel für ein Aluminiumhydrid ist Lithiumaluminiumhydrid (\(LiAlH_4\)), eine Verbindung, die häufig in der organischen Chemie als Reduktionsmittel verwendet wird. Wenn \(LiAlH_4\) mit Bortrichlorid (\(BCl_3\)) reagiert, entsteht Diboran (\(B_2H_6\)). Diese Reaktion ist ein schönes Beispiel für die Komplexität der Umsatzreaktionen von Aluminiumverbindungen und zeigt die Vielfalt der chemischen Umwandlungen, die Aluminiumhydride eingehen können.

Wichtiges Reaktionsbeispiel

Das IMPP fragt besonders gerne nach der Reaktion von \(LiAlH_4\) mit \(BCl_3\) und der Bildung von Diboran (\(B_2H_6\)), also solltet ihr diesen Umsatz sicher beherrschen.

Aluminiumhydroxid

Aluminiumhydroxid zeigt ein amphoteres Verhalten, indem es sowohl mit Säuren als auch mit Basen reagieren kann. In Gegenwart von Basen ist es in der Lage, lösliche Hydroxidoaluminate zu bilden, während es mit Säuren zu verschiedenen Aluminiumsalzen reagiert, etwa zu Hexaaquaaluminium-Ionen. Aluminiumhydroxid existiert in verschiedenen Modifikationen, die alle unterschiedliche Löslichkeiten und Reaktivitäten aufweisen.

Struktur von Aluminiumhydroxid2
Merke

Die Amphoterität von Aluminiumhydroxid und die Bildung von löslichen Hydroxidoaluminaten ist ein Kernthema, welches im Exam oft abgefragt wird. Versäumt also nicht, diese Konzepte gründlich zu lernen.

Aluminiumchlorid und seine Verwendung

Aluminiumchlorid (\(AlCl_3\)) ist als Lewis-Säure von besonderem Interesse. In unpolaren Lösungsmitteln kann es zur Dimerform, \(Al_2Cl_6\), dimerisieren. Aufgrund seiner Eigenschaft, andere Substanzen durch Elektronenpaar-Akzeptanz zu polarisieren, wird Aluminiumchlorid häufig als Katalysator in Friedel-Crafts-Reaktionen eingesetzt. Dies umfasst sowohl Alkylierungs- als auch Acylierungsreaktionen, wesentliche organische Synthesen in der Chemie.

Struktur von Aluminiumchlorid3

Korrosionsbeständigkeit und Passivierung

Aluminium zeichnet sich durch seine Korrosionsbeständigkeit aus, die durch die Bildung einer Oxidschicht an der Luft ermöglicht wird. In Gegenwart von Säuren, wie Salzsäure, zeigt Aluminium hingegen seine Reaktivität durch die Lösung und Bildung von Aluminiumchlorid und Wasserstoff. Mit Salpetersäure hingegen bildet Aluminium keine Wasserstoffentwicklung, sondern stärkt stattdessen seine Oxidschicht durch die oxidierende Wirkung der Säure.

Elektrische Leitfähigkeit und Magnetismus

Aluminium ist ein guter elektrischer Leiter und paramagnetisch. Diese Eigenschaften sind auf die metallische Bindung und Verfügbarkeit freier Elektronen zurückzuführen. Auch hier muss man verstehen, dass Aluminium nicht ferromagnetisch ist, sondern lediglich eine schwache Anziehung in einem externen magnetischen Feld zeigt.

Aluminiumsalze und ihre Eigenschaften

Beispiele für Aluminiumsalze, wie die Alaunstifte (\(KAl(SO_4)_2·12H_2O\)), zeigen auf, wie Aluminiumverbindungen praktische Anwendung finden. Die adstringierende Wirkung von Aluminiumionen, die Gewebsproteine ausfällen und dadurch Blutgefäße verengen, ist ein klassischer Punkt, den das IMPP gerne abfragt.

Verhalten gegenüber Halogenen

Abschließend ist das Verhalten von Aluminium in Reaktionen mit Halogenen von Interesse. Die Oxidationskraft und Polarität des Lösungsmittels spielen eine entscheidende Rolle für die Produkte, die aus solchen Reaktionen hervorgehen.

Zusammenfassung

  • Aluminiumverbindungen: Aluminiumhydrid bildet ein polymeres Netzwerk und ist in der Zusammensetzung des Reaktionspartners bei Bildung von Diboran beteiligt.
  • Amphoterer Charakter: Aluminiumhydroxid kann sowohl mit Säuren als auch mit Basen reagieren und bildet lösliche Salze bzw. Hydroxidoaluminate.
  • Korrosionsbeständigkeit: Die Eigenschaft von Aluminium, an der Luft eine schützende Oxidschicht zu bilden, trägt zur Korrosionsbeständigkeit bei, jedoch reagiert es in starken Säuren wie Salzsäure unter Bildung von Aluminiumchlorid.
  • Lewis-Säure: Aluminiumtrichlorid dimerisiert aufgrund seines Lewis-Säure-Charakters und katalysiert Friedel-Crafts-Reaktionen.
  • Elektrische Leitfähigkeit: Aluminium leitet aufgrund der metallischen Bindung und freibeweglicher Elektronen Strom, ist aber nicht ferromagnetisch.
  • Reaktivität mit Basen: Unter stark alkalischen Bedingungen kann Aluminium reagieren und sich auflösen, dabei entstehen Aluminiumhydroxid und Aluminat-Ionen.
  • Blutstillende Wirkung von Alaunstiften: KAl(SO4)2·12H2O wird als adstringierendes Mittel zur Blutstillung verwendet, indem es Proteine ausfällt und die Gefäße verengt.

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Footnotes

  1. Credits Aluminiumhaltiger Kaffeemacher Grafik: Imm808, Moka2, CC BY 3.0↩︎

  2. Credits Struktur von Aluminiumhydroxid Grafik: Copsi, Aluminium hydroxide, als gemeinfrei gekennzeichnet, Details auf Wikimedia Commons↩︎

  3. Credits Struktur von Aluminiumchlorid Grafik: Roland.chem, Aluminiumchlorid-Dimer, als gemeinfrei gekennzeichnet, Details auf Wikimedia Commons↩︎