Messa a punto di un metodo per la sintesi del cloruro di alluminio anidro
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  + 3ZnCl --->  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 

- chemical synthesis of aluminum chloride 

- Anhydrous aluminium chloride from zinc chloride 
Cita messaggio
[-] I seguenti utenti ringraziano Claudio per questo post:
FLaCaTa100, Copper-65, fosgene, Mercaptano, EdoB, AminewWar, Roberto, luigi_67
Davvero interessante questa preparazione!
Mi fa sempre un certo effetto questo aspetto della chimica del tricloruro di alluminio, ovvero che per preparare la forma idrata basta un rotolo di alluminio, HCl e in 5 minuti hai finito mentre per ottenere la forma anidra bisogna combattere contro le regole dell'universo asd

PS: bellissimo il blocco riscaldante, ho un progetto simile nella lista di cose da fare da anni ormai *Si guarda intorno*
Ci sono soltanto due possibili conclusioni: Se il risultato conferma le ipotesi, allora hai appena fatto una misura. Se il risultato è contrario alle ipotesi, allora hai fatto una scoperta. (Enrico Fermi)
Cita messaggio
Bravo! Io mi sarei fatto scoraggiare dalle rese ancora prima di iniziare :/
Ti serve per una SEA? Hai considerato di utilizzare FeCl3 anidro, o lana di acciaio e cloro?
Cordiali saluti,
Edoardo 


"Solo due cose sono infinite, l'universo e la stupidità umana, e sulla prima ho dei dubbi"  (A.Einstein)
Cita messaggio
(2020-07-03, 09:03)EdoB Ha scritto: Ti serve per una SEA? Hai considerato di utilizzare FeCl3 anidro, o lana di acciaio e cloro?
No, lo adopero come elettrolita in solventi DES che impiego in test su batterie non convenzionali. Si quella di utilizzare FeCl3 anidro è un'altra opzione.
Saluti Claudio
Cita messaggio




Utenti che stanno guardando questa discussione: 1 Ospite(i)