(alum)又称明矾是一类化合物,通常指含硫酸复盐水合物,其一般化学式·,其中X为单阳离子,像是离子或是离子。[1]其中明矾指的是钾明矾,其化学式为·。其它矾类则需指明单价阳离子为何,像是钠明矾或是铵明矾

一块钾明矾 (·)

矾类此名称也更广泛地用于称呼其他类似复盐,这些类似物具有相同的化学式和结构,只是铝被其它三价金属金属离子(像是)所取代,或是硫被其它氧族元素(像是)取代[1]。这些类似复盐以铬明矾 · 最为常见。

生产

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一些矾类以天然矿物的型式存在,其中最重要的是明矾石

最重要的几个矾类,像是钾明矾、钠明矾及铵明矾,皆有工业生产。步骤通常牵涉到硫酸铝与另一单价阳离子的硫酸盐的结合。[2]硫酸铝则通常由硫酸处理片岩铝土矿冰晶石后得到。[3]

种类

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钾明矾晶体

若矾中的三价阳离子为铝,则以单价阳离子以之命名。不像其它的碱金族离子,离子不会形成矾类,因其离子半径过小。最重要的矾类包括

  • 钾明矾 · ,由于是此大类最重要成员,又直接简称为明矾。
  • 钠明矾 · 
  • 铵明矾 · 

化学性质

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带铝的矾类有着共通的化学性质,它们溶于水,有甜味,石蕊测试为酸性,晶体形状为正八面体。在矾类中两个金属离子分别被六个结晶水包围,加热后会先熔化,结晶水脱离,然后盐会开始发泡及膨胀,最后留下无晶形的粉末。[4]它们是收敛剂

晶体结构

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矾类晶体有三种,分别是α、β及γ。1927年,James M. Cork及威廉·布拉格(William Lawrence Bragg)报告了第一份矾类的X射线晶体结构,并用其来研究类质同形取代的恢复相位技巧。.[5]

溶解度

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不同矾类的溶解度相差甚大,钾明矾易溶于水,但明矾及明矾只略溶于水。以下表格列出了各矾类的溶解度。[3] 在温度T,一百份水可溶解:

T 铵明矾 钾明矾 铷明矾 铯明矾
0 °C 2.62 3.90 0.71 0.19
10 °C 4.50 9.52 1.09 0.29
50 °C 15.9 44.11 4.98 1.235
80 °C 35.20 134.47 21.60 5.29
100 °C 70.83 357.48    

用途

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中药外用:解毒杀虫、燥湿止痒 内服:止血止泻、清热消痰 用胆汁制备为胆矾可以涌吐、解毒收湿、蚀疮祛腐

相关化合物

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铬明矾晶体

许多三价金属都可形成矾类,最一般的形式为 · 。其中X为碱金属或是铵根,M为三价金属,n通常为12。最重要的例子为铬明矾 ( · ),一个由铬形成的暗紫色硫酸复盐,可用于鞣制

一般而言,碱金属的原子半径越大,矾类就越容易形成。此规则第一次由Locke在1902年阐述[6],他发现若某三价金属不会形成铯明矾,则该金属也不会和其它碱金属或是铵根形成明矾。

含硒明矾

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取代硫酸根中的硫变成硒酸根 ( ) 后,即形成硒明矾或是硒酸明矾。它们是强氧化剂

混矾

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某些状况下有可能会产生带不同单价或三价阳离子的固溶体

 
混入少许铬明矾后的紫色矾晶体

其它水合物

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一般矾类带有12个结晶水,但若结晶水数目不同也可概称为矾类,像是纤钠明矾及纤钾明矾中的11个结晶水,明矾( )及二甲胺明矾( )中的6个结晶水,绿钾铁矾中的4个结晶水,硫酸铊钚中的1个结晶水,以及无水明矾(斜钾铁矾)。


其它硫酸复盐

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有一种化合物,其化学式为 · · ,名为假矾。其中A为二价金属离子,像是(钴假矾)、(锰假矾)或是铁(铁假矾);B为三价金属离子。[7]

也存在形如 · · 的硫酸复盐,其中A为单价阳离子,像是,或是复合的单价阳离子像是铵根( )、甲胺基( )、羟胺基( )、联氨基( );B则为三价金属离子,像是[8]也存在类似的硒酸盐。可能的组合取决于单价阳离子、三价阳离子及阴离子的离子半径大小。

Tutton盐是形如 · · 的硫酸复盐,其中A为单价阳离子,B为二价金属离子。

参考资料

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  1. ^ 1.0 1.1 Austin, George T. Shreve's Chemical process industries. 5th. New York: McGraw-Hill. 1984: 357 [2020-08-20]. ISBN 9780070571471. (原始内容存档于2020-06-11). 
  2. ^ Otto Helmboldt, L. Keith Hudson, Chanakya Misra, Karl Wefers, Wolfgang Heck, Hans Stark, Max Danner, Norbert Rösch "Aluminum Compounds, Inorganic" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2007, Wiley-VCH, Weinheim.doi:10.1002/14356007.a01_527.pub2
  3. ^ 3.0 3.1 Chisholm 1911,第767页.
  4. ^ Chisholm 1911,第766页.
  5. ^ Ph.D, J. M. Cork. LX. The crystal structure of some of the alums. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 1927-10-01, 4 (23): 688–698. ISSN 1941-5982. doi:10.1080/14786441008564371. 
  6. ^ J. Locke. On some double suphates of thallic thallium and caesium. American Chemical Journal. 1902, 27: 281. 
  7. ^ Halotrichite on Mindat.org. [2020-08-20]. (原始内容存档于2020-08-03). 
  8. ^ Greenwood, N. N.; & Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd Edn.), Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.

延伸阅读

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[]

 钦定古今图书集成·方舆汇编·坤舆典·矾部》,出自陈梦雷古今图书集成