矾
矾（alum）又称明矾是一类化合物，通常指含铝的硫酸复盐水合物，其一般化学式为<chem>XAl(SO4)2</chem>·<chem>12(H2O)</chem>，其中X为单价阳离子，像是钾离子或是铵离子。[1]其中明矾指的是钾明矾，其化学式为<chem>KAl(SO4)2</chem>·<chem>12(H2O)</chem>。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。
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（像是铬）所取代，或是硫被其它氧族元素（像是硒）取代[1]。这些类似复盐以铬明矾 <chem>KCr(SO4)2</chem>·<chem>12(H2O)</chem> 最为常见。
生产[编辑]
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、铝土矿及冰晶石后得到。[3]
种类[编辑]
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，锂离子不会形成矾类，因其离子半径过小。最重要的矾类包括
- 钾明矾，<chem>KAl(SO4)2</chem>·<chem>12(H2O)</chem>，由于是此大类最重要成员，又直接简称为明矾。
- 钠明矾，<chem>NaAl(SO4)2</chem>·<chem>12(H2O)</chem>。
- 铵明矾，<chem>NH4Al(SO4)2</chem>·<chem>12(H2O)</chem>。
化学性质[编辑]
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[编辑]
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[编辑]
不同矾类的溶解度相差甚大，钾明矾易溶于水，但铯明矾及铷明矾只略溶于水。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[编辑]
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[编辑]
许多三价金属都可形成矾类，最一般的形式为<chem>XM(SO4)2</chem>·<chem>n(H2O)</chem>。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 (<chem>KCr(SO4)2</chem>·<chem>12(H2O)</chem>)，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[编辑]
用硒取代硫酸根中的硫变成硒酸根 (<chem>SeO_4^2-</chem>) 后，即形成硒明矾或是硒酸明矾。它们是强氧化剂。
混矾[编辑]
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。
其它水合物[编辑]
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，胍明矾(<chem>CH6N3+</chem>)及二甲胺明矾(<chem>(CH3)2NH2+</chem>)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[编辑]
有一种化合物，其化学式为<chem>ASO4</chem>·<chem>B2(SO4)3</chem>·<chem>22(H2O)</chem>，名为假矾。其中A为二价金属离子，像是钴（钴假矾）、锰（锰假矾）或是铁（铁假矾）；B为三价金属离子。[7]
也存在形如<chem>A2SO4</chem>·<chem>B2(SO4)3</chem>·<chem>24(H2O)</chem>的硫酸复盐，其中A为单价阳离子，像是钠、钾、铷、铯、铊，或是复合的单价阳离子像是铵根(<chem>NH4+</chem>)、甲胺基(<chem>CH3NH3+</chem>)、羟胺基(<chem>HONH3+</chem>)、联氨基(<chem>N2H5+</chem>)；B则为三价金属离子，像是铝、铬、钛、锰、钒、铁、钴、镓、钼、铟、钌、铑、铱。[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<chem>A2SO4</chem>·<chem>BSO4</chem>·<chem>6(H2O)</chem>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[编辑]
- ^ 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）.
- ^ 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
- ^ 3.0 3.1 Chisholm 1911，第767页.
- ^ Chisholm 1911，第766页.
- ^ 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.
- ^ J. Locke. On some double suphates of thallic thallium and caesium. American Chemical Journal. 1902, 27: 281.
- ^ Halotrichite on Mindat.org. [2020-08-20]. （原始内容存档于2020-08-03）.
- ^ Greenwood, N. N.; & Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd Edn.), Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.
延伸阅读[编辑]
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