矾

一块钾明矾 ( ${\ce {KAl(SO4)2}}$ · ${\ce {12(H2O)}}$ )

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 ${\ce {XAl(SO4)2}}$ · ${\ce {12(H2O)}}$ ，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 ${\ce {KAl(SO4)2}}$ · ${\ce {12(H2O)}}$ 。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 ${\ce {KCr(SO4)2}}$ · ${\ce {12(H2O)}}$ 最为常见。

生产

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

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， ${\ce {KAl(SO4)2}}$ · ${\ce {12(H2O)}}$ ，由于是此大类最重要成员，又直接简称为明矾。
钠明矾， ${\ce {NaAl(SO4)2}}$ · ${\ce {12(H2O)}}$ 。
铵明矾， ${\ce {NH4Al(SO4)2}}$ · ${\ce {12(H2O)}}$ 。

化学性质

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

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

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

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

许多三价金属都可形成矾类，最一般的形式为 ${\ce {XM(SO4)2}}$ · ${\ce {n(H2O)}}$ 。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 ( ${\ce {KCr(SO4)2}}$ · ${\ce {12(H2O)}}$ )，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

用硒取代硫酸根中的硫变成硒酸根 ( ${\ce {SeO_4^2-}}$ ) 后，即形成硒明矾或是硒酸明矾。它们是强氧化剂。

混矾

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

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( ${\ce {CH6N3+}}$ )及二甲胺明矾( ${\ce {(CH3)2NH2+}}$ )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

有一种化合物，其化学式为 ${\ce {ASO4}}$ · ${\ce {B2(SO4)3}}$ · ${\ce {22(H2O)}}$ ，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 ${\ce {A2SO4}}$ · ${\ce {B2(SO4)3}}$ · ${\ce {24(H2O)}}$ 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( ${\ce {NH4+}}$ )、甲胺基( ${\ce {CH3NH3+}}$ )、羟胺基( ${\ce {HONH3+}}$ )、联氨基( ${\ce {N2H5+}}$ )；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 ${\ce {A2SO4}}$ · ${\ce {BSO4}}$ · ${\ce {6(H2O)}}$ 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

^ ^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

[在维基数据编辑]

《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》

[shreve84-1] 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）.

[Ullmann-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

[FOOTNOTEChisholm1911767-3] 3.0 ^3.1 Chisholm 1911，第767页.

[FOOTNOTEChisholm1911766-4] 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.

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