在铝的三卤化物中,只有AlF3是离子化合物,无水AlCl3、AlBr3和AlI3都是共价化合物。
三氯化铝溶于有机溶剂或处于熔融状态时都以共价的二聚分子Al2Cl6形式存在。因为AlCl3为缺电子分子,它倾向于接受电子对形成sp3杂化的四面体。两个这样的铝四面体共用一个边即成Al2Cl6分子。见图18-2。
在这分子中有氯桥键(三中心四电子键),与B2H6的桥式结构相似。
表18-4 三卤化铝的一些物理性质
AlF3 | AlCl3 | AlBr3 | AlI3 | |
常况下状态 | 无色晶体 | 白色晶体 | 无色晶体 | 棕色片状晶体(含微量I2) |
熔点/K | 1564 | 463(在250kPa) | 370.6 | 464 |
沸点/K | — | 455.9 | 536.4 | 633 |
当Al2Cl6溶于水中时,它立即解离为Al(H2O)63+和Cl-离子并强烈地水解。AlCl3还容易与电子对给予体形成配离子(如AlCl4-)和加合物(如AlCl3·NH3)。这一性质使它成为有机合成中常用的催化剂。
AlBr3和AlI3在结构和性质上与AlCl3相似。
工业上用熔融的Al与Cl2反应以制取无水AlCl3。还可以用通Cl2于Al2O3和碳的混合物中的方法制取AlCl3。
Al2O3+3C+3Cl2=2AlCl3+3CO
用湿法只能制得AlCl3·6H2O。
以铝灰和盐酸为主要原料(还有其他方法和原料),在控制的条件下制得的碱式氯化铝是一种高效净水剂。它为无色或黄色树脂状固体,溶液无色或呈黄褐色,粗制品为灰黑色。它是由介于AlCl3和Al(OH)3之间一系列中间水解产物聚合而成的高分子化合物。组成式是[Al2(OH)nCl6-n]m,1≤n≤5,m≤10。是一个多羟基多核配合物,通过羟基架桥而聚合。因其式量较一般絮凝剂Al2(SO4)3、明矾或FeCl3大得多且有桥式结构,所以它有强的吸附能力。另一方面,它在水溶液中形成许多高价配阳离子,如[Al2(OH)2(H2O)8]4+和[Al3(OH)4(H2O)10]5+…等,能显著地降低水中泥土胶粒上的负电荷,所以它有高的凝聚效率和沉淀作用,能除去水中的铁、锰、氟、放射性污染物、重金属、泥沙、油脂、木质素以及印染废水中的疏水性染料等,因而在水质处理方面大有取代Al2(SO4)3和FeCl3之势。