Laboratorio di chimica in casa/Alluminato di sodio

Sommario

L'alluminato di sodio è un sale di sodio contenente anioni a base di alluminio (alluminati). In genere per alluminato di sodio si intende il composto con formula bruta NaAlO₂: un composto ionico costituito da un polimero di atomi di alluminio coordinati a tetraedro con quelli di ossigeno, mentre gli ioni Na⁺ vanno a completare la cella cristallina. In soluzione acquosa prevale invece la specie chimica [Al(OH)₄]^- (sempre accompagnata da un equivalente di Na⁺) chiamata tetraidrossialluminato, in equilibrio con altri ossoanioni complessi. Facendo bollire una soluzione di Al(OH)₃ • NaOH si ottiene dapprima un precipitato gelatinoso di alluminato di sodio idratato, che per avanzata evaporazione diventa NaAl(OH)₄ (o alluminato di sodio diidrato, NaAlO₂ • 2 H₂O). Aumentando la temperatura l'alluminato di sodio diidrato fuso cristallizza sotto forma di NaAlO₂ anidro. Variando i rapporti stechiometrici fra NaOH e Al(OH)₃ si possono ottenere altri alluminati di sodio con composizione chimica diversa.

Sintesi principale

L'alluminato di sodio può essere sintetizzato dalla combinazione diretta di Al(OH)₃ ed NaOH in quantità stechiometriche. A seconda del grado di ebollizione della soluzione si possono ottenere la forma diidrata NaAl(OH)₄, igroscopica, e quella anidra NaAlO₂ non igroscopica.

NaAl(OH)₄

Si pesano quantità stechiometriche (per esempio 15,6 grammi di Al(OH)₃ e 8,0 di NaOH) di idrossido di alluminio ed NaOH; si diluisce l'NaOH fino ad ottenere una soluzione concentrata che va poi mischiata con l'idrossido di alluminio. Se la soluzione prodotta ha una concentrazione maggiore del 25% in peso, parte dell'idrossido di alluminio rimarrà indissoluto sul fondo della soluzione sovrassatura di NaAl(OH)₄; ciò non costituisce un problema.
A questo punto la sospensione andrà ben miscelata e fatta bollire in un contenitore capiente (ad esempio un becher da 250 ml usando 20 grammi di Al(OH)₃). La soluzione in ebollizione va miscelata costantemente e la fiamma va alzata gradualmente nell'arco di parecchi minuti per mantenere regolare la formazione di bolle (che rischiano di far fuoriuscire la soluzione dal contenitore). Come bollitore si consiglia di usare un pentolino di acciaio inox o eventualmente un becher in pyrex.
La disidratazione procederà in due fasi: dapprima si avrà l'evaporazione del solvente, che diminuirà gradualmente fin quando rimarrà solo l'acqua di cristallizzazione. L'alluminato diidrato rimasto nel bollitore sarà allo stato fuso e potrà essere lasciato raffreddare e solidificare in una sostanza vetrosa composta da NaAl(OH)₄.

NaAlO₂

Aumentando invece la temperatura si formerà gradualmente sul fondo del contenitore (al disotto dell'alluminato idrato fuso) una sostanza solida bianca, molto friabile, composta da alluminato di sodio anidro NaAlO₂. Tale composto sarà facilmente polverizzabile, e si consiglia di adoperare una mascherina antipolvere durante la sua manipolazione poiché i suoi aerosol sono caustici ed estremamente irritanti per le vie respiratorie.
L'alluminato di sodio anidro a contatto con l'acqua decompone dando un precipitato di allumina ed una soluzione di NaOH, con sviluppo di calore.

Altre forme

Cambiando i rapporti di combinazione fra Al(OH)₃ ed NaOH possono essere ottenuti composti con diversa stechiometria, aventi diversi possibili stati di idratazione.

Sintesi alternative

Può essere sintetizzato per reazione dell'alluminio metallico con una soluzione diluita di NaOH. Questa reazione è molto esotermica e libera idrogeno.

Al + NaOH + 3 H₂O --> NaAl(OH)₄ + 3/2 H₂

In seguito la soluzione può essere filtrata e fatta evaporare come descritto sopra.

Reazioni

L'alluminato di sodio è il sale di un composto anfotero: reagendo con un equivalente di acido sviluppa un precipitato bianco gelatinoso di idrossido di alluminio:

NaAl(OH)₄ + HCl → Al(OH)₃↓ + NaCl + H₂O

Aggiungendo ulteriore acido alla soluzione, si scioglierà nuovamente il precipitato liberando Al³⁺.

Al(OH)₃ + 3 HCl → AlCl₃ + 3 H₂O

Si ricorda che Al³⁺ è un forte acido di Lewis e con un ulteriore equivalente di acido come HCl, HBr ecc. può formare altri alluminati:

AlCl₃ + HCl → HAlCl₄

Bibliografia

• The crystal structure of hydrated sodium aluminate, NaAlO₂ · 5/4 H₂O, and its dehydration products
• Theoretical studies on aluminate and sodium aluminate species in models for aqueous solution: Al(OH)₃, Al(OH)₄^–, and NaAl(OH)₄
• Preparation of sodium aluminate from the leach liquor of diasporic bauxite in concentrated NaOH solution
• (IT) Scheda di sicurezza NaAlO₂ - Sigma Aldrich
• (IT) Scheda di sicurezza NaAlO₂ - Carlo Erba