염화 알루미늄

3. 구조

3. 1. 무수 염화 알루미늄

3. 2. 염화 알루미늄 육수화물

4. 생성

염화 알루미늄은 650°C에서 750°C 사이의 온도에서 알루미늄 금속과 염소 또는 염화 수소의 발열 반응을 통해 대규모로 제조된다.^[12]

:2Al + 3Cl2 → 2 AlCl3

:2Al + 6HCl → 2 AlCl3 + 3H2

염화 알루미늄은 구리(II) 염화물과 알루미늄 사이의 단일 치환 반응을 통해서도 형성될 수 있다.

:2Al + 3CuCl2 → 2AlCl3 + 3Cu

수화된 삼염화 알루미늄은 염산에 알루미늄 산화물을 용해시켜 제조한다. 금속 알루미늄 또한 염산에 쉽게 녹아 수소 가스를 방출하고 상당한 열을 발생시킨다. 이 고체를 가열해도 무수 삼염화 알루미늄이 생성되지 않고, 육수화물은 가열 시 수산화 알루미늄으로 분해된다.^[32]

:[Al(H2O)6]Cl3 → Al(OH)3 + 3HCl + 3H2O

금속 알루미늄에 직접 염소나 염화 수소를 작용시켜 제조한다.

5. 반응

무수 염화 알루미늄(AlCl₃)은 강력한 루이스 산으로, 벤조페논 및 메시틸렌과 같이 약한 루이스 염기와도 루이스 산-염기 부착물을 형성할 수 있다.^[27] 염화물 이온이 존재할 때 사염화알루민산염 ([AlCl₄]^-)을 형성한다.

칼슘 수소화물 및 마그네슘 수소화물과 테트라히드로푸란에서 반응하여 테트라히드로알루민산염을 생성한다.

무수 염화 알루미늄은 흡습성이 있어 물에 대한 친화력이 매우 강하다. 물과 반응하면 Cl^- 리간드가 H₂O 분자로 치환되어 육수화물 ([Al(H₂O)₆]Cl₃)을 형성한다. 육수화물을 가열해도 무수 상태는 다시 얻을 수 없고, 대신 HCl이 손실되어 수산화 알루미늄 또는 알루미나(산화 알루미늄)가 남는다.

: [Al(H₂O)₆]Cl₃ → Al(OH)₃ + 3 HCl + 3 H₂O

금속 아쿠오 착물과 마찬가지로, 수용액 AlCl₃는 아쿠오 리간드의 이온화로 인해 산성을 띤다.

: [Al(H₂O)₆]³⁺ ⇌ [Al(OH)(H₂O)₅]²⁺ + H⁺

수용액은 수화된 Al³⁺ 이온을 포함하는 다른 알루미늄 염과 유사하게 반응하며, 묽은 수산화 나트륨과 반응하면 젤라틴상의 침전인 수산화 알루미늄을 생성한다.

: AlCl₃ + 3 NaOH → Al(OH)₃ + 3 NaCl

알루미늄 이온은 물과의 친화성이 강하여 격렬하게 가수 분해하여 염화 수소를 발생시킨다.^[33]

:Al^3+ + 6H2O -> [Al(H2O)6]^3+ ($\backslash Delta\; H=-4690\backslash mathrm\{kJ/mol\}$)

:AlCl3*6H2O <-> Al(OH)3 + 3HCl + 3H2O

6. 용도

염화 알루미늄은 다양한 분야에서 널리 사용된다.

• 화학 반응 촉매: 염화 알루미늄은 프리델-크래프츠 반응과 같은 아실화 및 알킬화 반응에서 루이스 산 촉매로 사용된다. 세제와 에틸벤젠 생산에 사용되며, 벤젠과 포스겐으로부터 안트라퀴논을 제조하는 데에도 사용된다.^[12] 가터만-코흐 반응을 통해 방향족 고리에 알데히드기를 도입하는 데 사용될 수 있으며, 일산화 탄소, 염화 수소, 염화 구리(I) 공촉매가 필요하다.^[18] 또한, 엔 반응을 촉매하거나,^[20] 탄화수소 결합 및 재배열을 유도하는 데 사용된다.^[21][22]

• 의료: 염화 알루미늄 육수화물은 다한증(과도한 땀) 치료에 사용된다.^[24][25][26] 백신의 효과를 강화하기 위한 보조제로도 사용되며, 디프테리아 백신, DTaP 백신 등에 첨가된다.^[40] 여드름 치료에도 사용될 수 있지만, 이에 대한 근거는 제한적이다.^[41] 국소 다한증 치료에는 염화 알루미늄 수용액 외용이 적용된다.^[42]

• 기타 용도: 염화 알루미늄 6수화물은 염석제, 목재 방부제, 염료, 사진 정착제, 방취제 또는 의료용 방한제로 사용된다.^[32] 수산화 알루미늄을 염산에 용해하여 생성되는 폴리염화알루미늄은 상하수도 응집제로 사용된다.

6. 1. 화학 반응 촉매

6. 2. 의료

6. 3. 기타 용도

7. 안전성

무수 염화 알루미늄(AlCl₃)은 염기와 격렬하게 반응하므로 주의가 필요하다. 흡입하거나 접촉하면 눈, 피부, 호흡기에 자극을 줄 수 있다.^[51][30]

염화 알루미늄은 신경독으로 확립되어 있다. 미세아교세포의 활성화를 억제하는 작용, 혈액-뇌 장벽(BBB)에서의 막 기능 변화 등이 보고되고 있다.^{[36][37][38][39]}

8. 환경 규제

알루미늄 이온은 유해하며 어독성 및 식물 생육 저해 요인이 될 수 있으므로, 수도법에서는 알루미늄 농도를 0.1ppm 미만으로 유지하도록 수질 기준을 규정하고 있다.^[34]

이 때문에 과도한 사용은 피하고 적절하게 이용해야 한다. 장시간 공기 중에 방치하면 산화되어 산화 알루미늄의 백색 결정이 석출될 수 있으므로 주의가 필요하다.^[35]

참조

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