礬
礬（alum）又稱明礬是一類化合物，通常指含鋁的硫酸複鹽水合物，其一般化學式為·，其中X為單價陽離子，像是鉀離子或是銨離子。[1]其中明礬指的是鉀明礬，其化學式為·。其它礬類則需指明單價陽離子為何，像是鈉明礬或是銨明礬。
礬類此名稱也更廣泛地用於稱呼其他類似複鹽，這些類似物具有相同的化學式和結構，只是鋁被其它三價金屬金屬離子（像是鉻）所取代，或是硫被其它氧族元素（像是硒）取代[1]。這些類似複鹽以鉻明礬 · 最為常見。
生產
一些礬類以天然礦物的型式存在，其中最重要的是明礬石。
最重要的幾個礬類，像是鉀明礬、鈉明礬及銨明礬，皆有工業生產。步驟通常牽涉到硫酸鋁與另一單價陽離子的硫酸鹽的結合。[2]硫酸鋁則通常由硫酸處理片岩、鋁土礦及冰晶石後得到。[3]
種類
若礬中的三價陽離子為鋁，則以單價陽離子以之命名。不像其它的鹼金族離子，鋰離子不會形成礬類，因其離子半徑過小。最重要的礬類包括
化學性質
帶鋁的礬類有着共通的化學性質，它們溶於水，有甜味，石蕊測試為酸性，晶體形狀為正八面體。在礬類中兩個金屬離子分別被六個結晶水包圍，加熱後會先熔化，結晶水脫離，然後鹽會開始發泡及膨脹，最後留下無晶形的粉末。[4]它們是收斂劑。
晶體結構
礬類晶體有三種，分別是α、β及γ。1927年，James M. Cork及威廉·布拉格(William Lawrence Bragg)報告了第一份礬類的X射線晶體結構，並用其來研究類質同形取代的恢復相位技巧。.[5]
溶解度
不同礬類的溶解度相差甚大，鉀明礬易溶於水，但銫明礬及銣明礬只略溶於水。以下表格列出了各礬類的溶解度。[3] 在溫度T，一百份水可溶解：
| T | 銨明礬 | 鉀明礬 | 銣明礬 | 銫明礬 |
|---|---|---|---|---|
| 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
中藥外用：解毒殺蟲、燥濕止癢 內服：止血止瀉、清熱消痰 用膽汁製備為膽礬可以湧吐、解毒收濕、蝕瘡祛腐
相關化合物
許多三價金屬都可形成礬類，最一般的形式為 · 。其中X為鹼金屬或是銨根，M為三價金屬，n通常為12。最重要的例子為鉻明礬 ( · )，一個由鉻形成的暗紫色硫酸複鹽，可用於鞣製。
一般而言，鹼金屬的原子半徑越大，礬類就越容易形成。此規則第一次由Locke在1902年闡述[6]，他發現若某三價金屬不會形成銫明礬，則該金屬也不會和其它鹼金屬或是銨根形成明礬。
含硒明礬
用硒取代硫酸根中的硫變成硒酸根 ( ) 後，即形成硒明礬或是硒酸明礬。它們是強氧化劑。
混礬
某些狀況下有可能會產生帶不同單價或三價陽離子的固溶體。
其它水合物
一般礬類帶有12個結晶水，但若結晶水數目不同也可概稱為礬類，像是纖鈉明礬及纖鉀明礬中的11個結晶水，胍明礬( )及二甲胺明礬( )中的6個結晶水，綠鉀鐵礬中的4個結晶水，硫酸鉈鈽中的1個結晶水，以及無水明礬（斜鉀鐵礬）。
其它硫酸複鹽
有一種化合物，其化學式為 · · ，名為假礬。其中A為二價金屬離子，像是鈷（鈷假礬）、錳（錳假礬）或是鐵（鐵假礬）；B為三價金屬離子。[7]
也存在形如 · · 的硫酸複鹽，其中A為單價陽離子，像是鈉、鉀、銣、銫、鉈，或是複合的單價陽離子像是銨根( )、甲胺基( )、羥胺基( )、聯氨基( )；B則為三價金屬離子，像是鋁、鉻、鈦、錳、釩、鐵、鈷、鎵、鉬、銦、釕、銠、銥。[8]也存在類似的硒酸鹽。可能的組合取決於單價陽離子、三價陽離子及陰離子的離子半徑大小。
Tutton鹽是形如 · · 的硫酸複鹽，其中A為單價陽離子，B為二價金屬離子。
參考資料
- ^ 1.0 1.1 Austin, George T. Shreve's Chemical process industries. 5th. New York: McGraw-Hill. 1984: 357 [2020-08-20]. ISBN 9780070571471. （原始內容存檔於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頁.
- ^ Chisholm 1911，第766頁.
- ^ 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]. （原始內容存檔於2020-08-03）.
- ^ Greenwood, N. N.; & Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd Edn.), Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.
延伸閱讀
[編]
