Claudio
2020-07-02 14:26
Avevo bisogno di una decina di grammi di cloruro di alluminio anidro, ma con mio grande disappunto ho scoperto che neanche su ebay questo reagente si poteva trovare a prezzi decenti (450g AlCl3 anidro 600$; 80g AlCl3, 45€ con prodotto visibilmente contaminato da Fe) . Alla fine ho deciso di preparare da solo il prodotto.
AlCl3 in laboratorio si può preparare o facendo reagire a caldo cloro anidro su polvere o pezzi di Al:
2Al +3Cl2 ---> 2AlCl3
Oppure facendo reagire HCl anidro sempre su polvere o pezzi di Al
6HCl + 2Al ---> 2AlCl3 + 3H2
I due metodi come resa sono all’incirca equivalenti ed entrambi soffrono degli stessi problemi: facili fughe di cloro o di vapori di HCl, tanto da richiedere l’uso di una cappa aspirante inoltre entrambi richiedono l’uso di palloni beute tubi di collegamento e l’ uso di H2SO4 concentrato od altro per la disidratazione dei gas.
Ho deciso di seguire una via più semplice e meno contaminante usando una reazione di scambio
AlCl3 anidro può essere ottenuto dalle seguenti reazioni
-1 Al + FeCl3 ---> AlCl3 + Fe
-2 2Al +3FeCl2 ---> 2AlCl3 + 3Fe
-3 2Al + 3CuCl2 ---> 2AlCl3 + 3Cu
-4 2Al + 3PbCl2 ---> 2AlCl3 + 3Pb
-5 2Al + 3ZnCl2 ---> 2AlCl3 + 3Zn
-6 2Al + 6NH4Cl ---> 2AlCl3 + 3H2 + 6NH3
Le reazioni sono tutte esotermiche ed avvengono ad alta temperatura, da escludere la reazione n.6 perché troppo veloce e pericolosa data la presenza di H2 anche la n. 4 meglio escluderla a causa della sua velocità.
Le rimanenti sono tutte opzioni valide per questa preparazione, le condizioni indispensabili sono: usare polvere di Al e Sali perfettamente anidri. Avevo a disposizione una quantità di ZnCl2 rimasto da tempo inutilizzato, in origine il sale era anidro ma ho visto che col tempo aveva assorbito anche a tappo chiuso una certa quantità d’ acqua formando un blocco semi compatto; così com’ era il sale non andava bene ho quindi proceduto alla sua disidratazione, sotto foto del reagente
Materiali, strumenti e reagenti usati per questa sintesi:
- pallone in vetro pirex da 100 ml, colonna a riflusso ,
- mattonella riscaldante, termometro a termocoppia ,
- cloruro di zinco, polvere di alluminio.
Preparazione del cloruro di zinco anidro
sotto foto del trattamento di essicazione del ZnCl2 nella prima foto il sale all’inizio del processo nella seconda alla fine il sale completamente anidro
Per il riscaldamento non uso una piastra riscaldante perché questa non è in grado di raggiungere le temperature richieste, soprattutto nel ciclo successivo, uso un mattonella refrattaria in cui ho inserito un resistenza riscaldante il tutto alimentato da un variac a sua volta alimentato da un trasformatore d’isolamento per motivi di sicurezza. Agendo sul variac porto la temperatura della coppetta in pirex con il sale alla temperatura desiderata, in questo caso mi basta restare sotto la temperatura di fusione dello ZnCl2 anidro 275º C.
Il sale una volta raffreddato si presenta sotto forma di scaglie e blocchetti e va passato in mortaio per polverizzarlo completamente e poi posto in contenitore a chiusura ermetica,
il sale prima dell’uso è stato messo sotto campana a vuoto per un’ ora e quindi sigillato nel suo contenitore
Sintesi di AlCl3 a partire da Al (polvere) e ZnCl2 anidro
Per la prima parte di questa sintesi mi sono basato su quanto fatto in questo video su youtube : Anhydrous aluminium chloride from zinc chloride
La reazione usata è: 2Al + 3ZnCl2 ---> 2AlCl3 + 3Zn
Ho mescolato bene in mortaio in mortaio 5,5g di Al (polvere) con 35g di ZnCl2 e posti in pallone a collo smerigliato con tappo da 100ml , sotto foto dei reagenti , la quantità di Al usata e leggermente superiore alla quantità stechiometrica richiesta, questa polvere è estremamente volatile ed una certa quantità resta incollata alle pareti del mortaio e va quindi persa e come si vede tende ad incollarsi anche alle pareti del pallone.
Sotto l’ impianto per la reazione e la raccolta del sublimato di AlCl3.
Il pallone con i reagenti viene riscaldato dalla resistenza elettrica , la reazione inizia a 380ºC Il tubo in vetro dovrebbe raccogliere il sublimato e portarlo dentro la bottiglia in vetro raffreddata in H2O e ghiaccio per favorire la condensazione ma quest’ ultima soluzione si dimostrerà una pessima idea.
Dopo 20 minuti ho notato la formazione di sublimato di AlCl3 attaccato al tubo in vetro in prossimità all’attacco con il pallone ma molto poco AlCl3 nella bottiglia di raccolta inoltre il raffreddamento con ghiaccio aveva portato alla formazione di H2O di condensa all’interno della bottiglia con conseguente reazione con il cloruro anidro, il sistema era completamente sbagliato! Sotto foto con particolari e bottiglia di raccolta
Fermato l’impianto, una volta raffreddato il tutto ho staccato il pallone di reazione ed ho provveduto al recupero del cloruro di alluminio che aveva formato un manicotto bianco aderente al tubo in vetro come visibile nella foto dal tubo ho ricavato 7,6 g di prodotto anidro che fuma all’aria e reagische violentemente con l’acqua.
Per non perdere il resto dei reagenti contenuti nel pallone ho montato sullo stesso una colonna a riflusso come visibile nella seguente foto (A) il raffreddamento della stessa è naturale ad aria ambiente, in questo modo non corro il rischio della formazione di acqua di condensa all’ interno della c olonna.
Una volta riacceso il riscaldatore la reazione riprende ed a 380 ºC iniziano a formarsi i vapori di sublimato bianco che salgono sino ad un massimo di 1/3 della clonna e poi ridiscendono solidificando sulle pareti (B).
La temperatura del pallone è stata tenuta fra 380 e poco più d 400 ºC dopo circa 50 min. l’ emissione dei vapori bianchi è cessata, la reazione si è conclusa (C) uno spesso manicotto bianco si è formato nella parte bassa della colonna.
Dopo il raffreddamento ho provveduto a raschiare la crosta bianca di AlCl3 e trasferire tutto in contenitori a chiusura ermetica sotto, le 2 frazioni ottenute dalle 2 preparazioni: 7,6 g la prima preparazione, 7,1g la seconda, per un totale 14,7g di AlCl3 la quantita stechiometrica teorica sarebbe 22,8g.
I 2 campioni di AlCl3 anidro sono racchiusi in 2 contenitori ermetici a loro volta contenuti in 2 vasi con gel di silice per mantenere l’aria al loro interno assolutamente priva di umidità. Sotto il residuo rimasto nel pallone, polvere di zinco
Conclusioni
Quest’ultimo modo di sintetizzare il cloruro di alluminio si è dimostrato pulito e non inquinante a differenza del primo, con la bottiglia, in cui avevo avuto delle piccole fughe di vapori di AlCl3.
La colonna a riflusso può essere anche più corta, la mia è da 60 cm ; ma una da 30 cm è più che sufficiente .
Per il riscaldamento del pallone si può usare anche una fiamma che però deve essere robusta, un normale bunsen non va bene, dovrebbe andar bene un fornello da campeggio
Sotto la tipica reazione dell’ AlCl3 anidro quando viene a contatto con l’acqua
Bibliografia
- PrepChem - Preparation of aluminum chloride
- http://www.ipme.ru/e-journals/RAMS/no_12811/10_paper.pdfchemical synthesis of aluminum chloride
- https://www.youtube.com/watch?v=7pZynleZi3gAnhydrous aluminium chloride from zinc chloride
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