Composto di alluminio e ossigeno: il caso particolare del solfato

Il solfato di alluminio è un sale, con la formula Al2(SO4)3, che si presenta spesso in modalità idratate, di forma Al2(SO4)3· n H2O, dove n può variare tra 12, 16 e 18. Essi può essere trovato nel minerale alunogeno, il quale si presenta sotto forma di Al2(SO4)3· 17 H2O. La parola alunogeno proviene dal latino “alumen” che significa allume, e dal greco “γένος” che significa origine.

Si tratta di un composto ionico nel quale l’alluminio ha un numero di ossidazione di +3 e presenta un legame ionico tra l’ossigeno del solfato e l’alluminio. Questo sale è solubile in acqua e subisce l’idrolisi quando è solubilizzato.

strutturastruttura

Infatti, l’ione alluminio reagisce con l’ione OH–, il quale nasce dall’autoionizzazione dell’acqua, per creare l’idrossido di alluminio, che precipita come un gel, a causa della sua bassa solubilità.

Grazie a questa reazione, l’ione alluminio riesce a rimuovere efficacemente gli ioni OH– dall’acqua. Questo avviene secondo la seguente reazione netta:
Al3+(aq) + 3 OH–(aq)→ Al(OH)3(s) e 6 H2O(l) + Al3+(aq) → 3 H3O+(aq) + Al(OH)3(s) .

A causa della sua acidità, il solfato di alluminio è in grado di ridurre l’alcalinità dell’acqua che contiene carbonati e carbonati acidi. Le sue soluzioni erano usate già nell’antico Egitto come mordente per facilitare il processo di tintura dei tessuti.

Sintesi del solfato di alluminio

La preparazione del solfato di alluminio può avvenire attraverso diverse metodologie sintetiche, come ad esempio la reazione tra alluminio e acido solforico, durante la quale si produce anche idrogeno gassoso, rappresentata da questa formula: 2 Al+ 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2.

Un altro metodo sintetico prevede la reazione tra idrossido di alluminio e acido solforico, definita da questa formula: 2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 6 H2O. Durante tale procedimento, l’acido solforico viene versato in un recipiente di reazione resistente al calore e all’acido, poi l’idrossido di alluminio viene aggiunto e riscaldato. La soluzione di solfato di alluminio che si ottiene viene diluita con acqua e conservata nel recipiente di reazione, dove viene lasciata raffreddare. Successivamente, viene regolata la sua concentrazione, ottenendo il solfato di alluminio come prodotto finale.

Tuttavia, quest’ultima procedura richiede il riscaldamento del sistema di reazione a circa 100-130°C e un tempo di maturazione della miscela di reazione compreso tra le diverse decine di minuti fino a circa 2 ore. Inoltre, per facilitare la reazione, si utilizza un acido solforico ad alta concentrazione (tra il 90 e 98% in peso).

Per questo motivo, sono stati sviluppati metodi sintetici che permettono l’utilizzo di una temperatura inferiore in un tempo più breve e di acido solforico a concentrazione minore. Ad esempio, è stato ottimizzato un metodo che include l’aggiunta di acido nitrico e di un perossido, specialmente il perossido di idrogeno, alla miscela di reazione.

Reazioni

Il solfato di alluminio può sottoporsi a una reazione di decomposizione termica che porta alla formazione di anidride solforica e ossido di alluminio, come mostrato da questa formula: Al2(SO4)3 → 3 SO3 + Al2O3.

Inoltre, data la sua solubilità in acqua, il solfato di alluminio può dare luogo a reazioni di precipitazione, liberando gli ioni Al3+ e SO42-. Ad esempio, può reagire con il cloruro di bario in una reazione di doppio scambio da cui si forma il solfato di bario, che precipita a causa della sua scarsa solubilità. Questa reazione è rappresentata dalla seguente formula: Al2(SO4)3(aq) + 3 BaCl2(aq) → 3 BaSO4(s) + 2AlCl3(aq).

In presenza di una base come l’idrossido di sodio, il solfato di alluminio forma idrossido di alluminio, poco solubile, che tende a formare un precipitato gelatinoso usato come flocculante. Questa reazione si può rappresentare così: Al2(SO4)3(aq) + 6 NaOH(aq) → 2 Al(OH)3(s) + 3 Na2SO4(aq).

Una reazione simile, in cui si forma l’idrossido di allumino, avviene tra il solfato di alluminio e il bicarbonato di sodio. Il prodotto di tale reazione è il solfato di sodio e il biossido di carbonio, come dimostrato da questa formula: Al2(SO4)3(aq) + 6 NaHCO3(aq) →2 Al(OH)3(s) + 3 Na2SO4(aq) + 6 CO2(g).

Usi

Uno degli usi tradizionali del solfato di alluminio, ancora in voga oggi, è come mordente per fibre proteiche, come la lana e la seta, dal momento che si lega alla fibra e permette a coloranti naturali di farlo a loro volta.

coagulantecoagulante

Inoltre, il solfato di alluminio è uno dei coagulanti più utilizzati nel trattamento delle acque e delle acque reflue. Infatti è in grado di rimuovere le piccole particelle e i metalli pesanti, nonché far precipitare i fosfati. Per svolgere queste funzioni, viene utilizzato insieme ad altri composti, tra cui cloruro di polialluminio, solfato di polialluminio, cloruro di alluminio, cloridrato di alluminio, alluminato di sodio, cloruro di ferro (III) e cloruro di ferro (II) , solfato ferrico e ferroso.

ortensieortensie

Dato che è un acido, il solfato di alluminio viene anche utilizzato per correggere i valori di pH di terreni particolarmente alcalini. Trova un impiego specifico nella coltivazione delle ortensie dato che, a causa della loro sensibilità al pH, l’aggiunta di solfato di alluminio permette di ottenere fiori blu invece di rosa, nel caso in cui le condizioni del terreno non siano sufficientemente acide.

Il solfato di alluminio trova utilizzo anche nella produzione di carta, dal momento che ne modifica le proprietà assorbenti. L’industria alimentare lo usa come addensante ed emulsionante. Infine, è l’ingrediente astringente delle matite emostatiche, grazie alla sua capacità di fermare il sanguinamento da ferite superficiali.

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