Galun

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Jump to navigation Jump to search
Kalijev galun KAl(SO4)2•12H2O.

Galun je kemijska spojina, običajno hidrirani dvojni aluminijev sulfat s splošno formulo XAl(SO4)2•12H2O, v kateri je X enovalentni kation, na primer kalij, natrij ali amonij.[1] Izraz "galun" se pogosto nanaša na kalijev galun s kemijsko formulo KAl(SO4)2•12H2O. Drugi galuni so imenovani po enovalentnem kationu, na primer natrijev galun ali amonijev galun.

Naziv "galun" se širše uporablja tudi za soli z enako formulo in strukturo, samo da je aluminij zamenjan s kakšnim drugim trovalentnim kovinskim ionom, na primer s kromom(III) in/ali žveplo zamenjano z nekim drugim halkogenim kationom, na primer s selenom.[1] Najpogostejši analog je (kalijev) kromov galun KCr(SO4)2•12H2O.

V nekaterih industrijah se naziv "galun" (ali "papirniški galun") uporablja za aluminijev sulfat
Al2(SO4)3nH2O. Večina industrijskih flokulacij se opravlja z "galunom", ki je v resnici aluminijev sulfat. V medicini se naziv "galun" običjno nanaša na gel aluminijeveg hidroksida, ki se uporablja kot pomagalo pri cepivih.[2]

Zgodovina[uredi | uredi kodo]

Stari in srednji vek[uredi | uredi kodo]

Galun, odkrit v arheoloških najdiščih[uredi | uredi kodo]

V starem veku je bil glavni vir substitutov galuna zahodna puščava v Egiptu. Evaporiti so vsebovali večinoma FeAl2(SO4)4•22H2O, MgAl2(SO4)4•22H2O, NaAl(SO4)2•6H2O, MgSO4•7H2O and Al2(SO4)3•17H2O.[3]

Proizvodnja kalijevega galuna iz alunita je arheološko dokazana na otoku Lesbosu.[4] Najdišče je bilo opuščeno v 7. stoletju, začetek pa sega najmanj v 2 stoletje n. št. Naravni alumin z otoka Melosa je bil zmes predvsem galunogena (Al2(SO4)3•17H2O) s primesmi kalijevega galuna in drugih sulfatov.[5]

Alumin v Plinijevih in Dioskoridovih spisih[uredi | uredi kodo]

Popoln opis snovi z imenom alumin je v Naravni zgodovini Plinija starejšega.[6]

Primerjava Plinijevega opisa alumina in Dioskoridovega opisa stupterie[7] pokaže, da gre očitno za isto snov. Plinij pojasnjuje da se alumin v naravi najde v zemlji in ga imenuje salsugoterrae.

Plinij piše, da se ime alumin uporablja za več različnih snovi, vse pa bolj ali manj vežejo usta in se uporabljajo pri barvanju tkanin in v medicini.[6] Plinij pravi tudi to, da obstaja še neka druga vrsta alumina, ki ga Grki imenujejo šiston in se cepi v vlakna belkaste barve.[6] Iz imena šiston in opisane lastnosti je mogoče sklepati, da gre za sol, ki nastaja spontano na določenih slanih mineralih kot sta galunov skrilavec in bituminozni skrilavec in vsebuje predvsem železov in aluminijev sulfat. Eden od galunov je bil tekoč in se je spretno ponarejal. V čistem stanju je ob dodatku soka granatnega jabolka počrnil. Ta lastnost je značilna za vodno raztopino železovega sulfata. Z raztopino pravega (kalijevega) galuna do te reakcije ne pride. Kontaminacija galuna z železovim sulfatom ni bila zaželena, ker je potemnil in pomotnil barve. Nekateri naravni galuni so bili brez železovega sulfata in so se lahko uporabljali za barvanje svetlih nians.

Plinij je opisal tudi nekaj drugih vrst galuna, vendar ni jasno, za katere spojine gre. Antični galun torej ni bil vedno kalijev galun in včasih ni bil niti alkalni aluminijev sulfat.[8]

Galun, opisan v srednjeveških besedilih[uredi | uredi kodo]

Galun in zeleni vitriol (železov(II) sulfat) imata sladkoben okus in vežeta usta, njuna uporabnost pa se prekriva. Zgleda, da srednjeveški alkimisti in drugi pisci zato med njima niso delali posebnih razlik. V zapisih alkimistov se za obe spojini najdejo nazivi misi, sori in halkantum. Za obe spojini se brez razlik uporablja tudi ime atramentum sutorium, za katero bi pričakovali, da se nanaša izključno na zeleni vitriol.

Sodobno razumevanje galunov[uredi | uredi kodo]

V zgodnjih 1700. letih je nemški kemik Georg Ernst Stahl objavil, da v reakciji žveplove kisline z apnencem nastaja neke vrste galun.[9][10] Napako sta kmalu popravila Johann Pott in Andreas Marggraf. Slednji je zapisal, da je oborina, ki nastane z dodajanjem alkalij v raztopino galuna, povsem drugačna od apna in krede in je ena od sestavin običajne gline.[11][12]

Marggraf je dokazal tudi to, da se popolne kristale z lastnostmi galuna lahko pridobi z raztapljanjem glinice v žveplovi kislini in dodajanjem pepelike ali amonijaka v koncentrirano raztopino.[13][14] Leta 1767 je Torbern Bergman opazil, da kalijev ali amonijev sulfat pretvorita aluminijev sulfat v galun, natrijev ali kalcijev pa ne.[13][15]

Sestavo običjnega (kalijevega) galuna je uspelo določiti Louisu Vauquelinu leta 1797. Takoj ko je Martin Klaproth odkril prisotnost kalija v levcitu in lepidolitu,[16][17] je Vauquelin dokazal, da je galun dvojna sol, sestavljane iz žveplove kisline, glinice in kalija.[18] V isti izdaji časopisa je Jean-Antoine Chaptal objavil analize štirih različnih vrst galunov: rimskega, levantskega, britanskega in svojega,[19] s čimer je potrdil Vauquelinove rezultate.[13]

Proizvodnja[uredi | uredi kodo]

Kristal kalijevega galuna

Nekateri galuni se pojavljajo v mineralih, med katerimi je najpomembnejši alunit.

Najpomembnejši galuni so kalijev, natrijev in amonijev galun, ki se proizvajajo industrijsko. Tipičen proizvodni postopek vključuje reakcijo aluminijevega sulfata in sulfata enovalentnega kationa.[20] Aluminijev sulfat se običajno proizvaja z obdelavo mineralov, na primer aluminijevega skrilavca, boksita in kriolita z žveplovo kislino.[21]

Vrste galunov[uredi | uredi kodo]

Aluminijevi galuni se poimenujejo po enovalentnem kationu. Nekatere alkalne kovine, na primer litij, ne tvorijo galunov zaradi majhnih dimenzij njihovih ionov.

Najpomembnejši galuni so:

Kemijske lastnoti[uredi | uredi kodo]

Aluminijevi galuni imajo več skupnih kemijskih lastnosti. Topni so v vodi, imajo sladkoben okus, so kisli, vežejo usta in kristalizirajo kot pravilni oktaedri. V kristalu je vsak aluminijev ion obdan s šestimi molekulami vode. Galuni se med segrevanjem utekočinijo, ker se raztopijo v lastni kristalni vodi. Če se segrevanje nadaljuje, voda izpari. Kristal se speni in nabrekne in se nazadnje spremeni v amorfen prah.[13]

Kristalna struktura[uredi | uredi kodo]

Galuni kristalizirajo v eni od treh različnih kristalnih strukturah: α-, β- in γ-galuni.

Topnost[uredi | uredi kodo]

Topnost galunov je zelo različna. Natrijev galun je v vodi zelo dobro topen, medtem ko sta cezijev in rubidijev galun skoraj netopna. Topnosti so prikazana v naslednji preglednici.[21]

Pri temperaturi T se v 100 delih vode raztopi:

T Amonijev galun Kalijev galun Rubidijev galun Cezijev galun
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    

Raba[uredi | uredi kodo]

Aluminijevi galuni se uporabljajo od antike in so v nekaterih industrijah še vedno pomembni.

Najbolj uporaben je kalijev galun, ki se od antike uporablja kot flokulant za čiščenje motnih tekočin in lužilo pri barvanju tkanin in strojenju usnja. Še vedno se uporablja za obdelavo vode, v medicini, kozmetiki (deodorant), pripravi hrane (v pecilnih praških in salamurah) in proizvodnji negorljivega papirja in tkanin.

Natrijev galun se uporablja kot nadomestek za kalijev galun v pecilnih praških. Amonijev galun ima nekaj nišnih uporabnosti. Drugi galuni so predvsem predmet raziskav.

V tradicionalni japonski umetnosti se glaun in živalski klej raztopita v vodi. Nastala raztopina, imenovana dousa (japonsko 礬水) se uporablja za prvi premaz pred apretiranjem papirja.

Koncentrirano vročo raztopino kalijevega ali amonijevega sulfata uporabljajo zlatarji in strojniki za jedkanje konic svedrov, ki so se zalomili med vrtanjem v aluminij, baker, medenino, zlato in srebro. Galun namreč samo neznatno reagira z omenjnimi kovinami, korodira pa jeklo. Konice svedrov majhnih premerov se običajno lahko izvlečejo že po nekaj urah namakanja.[22]

Sorodne spojine[uredi | uredi kodo]

Galune lahko tvori veliko trivalentnih kovin. Njihova splošna formula je XM(SO4)2•nH2O, pri čemer je X enovalentna kovina ali amonij, M trivalentna kovina, n pa je pogosto 12. Najpomembnejši je kromov galun KCr(SO4)2•12H2O, temno vijoličen kristaliničen dvojni sulfat kroma in kalija, ki se je uporabljal za strojenje usnja.

Na splošno velja, da galune laže tvorijo alkalne kovine z večjimi atomi. Pravilo je prvi postavil Locke leta 1902,[23] ki je odkril, da če trivalentna kovina ne tvori galuna s cezijem, ga ne tvori z nobeno drugo alkalijsko kovino ali amonijem.

Selenatni galuni[uredi | uredi kodo]

Selenovi ali selenatni galuni vsebujejo namesto žvepla selen oziroma namesto sulfatnega iona selenatni ion (SeO2−
4
). Spojine so močni oksidanti.

Mešani galuni[uredi | uredi kodo]

V nekaterih primerih lahko nastanejo trdne raztopine galunov z različnimi enovalentnimi in trovolentnimi kovinskimi ioni.

Drugi hidrati[uredi | uredi kodo]

Galuni imajo običajno vezanih dvanajst molekul kristalne vode, obstajajo pa tudi dvojni sulfati in selenati z drugsčno stopnjo hidracije. Enajst molekul vode vsebujeta na primer minerala mendozit in kalinit, šest molekul guanidinijevi (CH6N+
3
) in dimetilamonijevi ((CH3)2NH+
2
) "galuni", štiri molekule na primer goldihit, eno talijev plutonijev sulfat, brezvodni pa so javapaiiti. Ti razredi vkjučujejo različne, vendar prekrivajoče se kombinacije ionov.

Drugi dvojni sulfati[uredi | uredi kodo]

Psevdo galun je dvojni sulfat s tipično formulo ASO4•B2(SO4)3•22H2O, v kateri je A dvovalentni kovinski ion, na primer kobalt (vupatkiite), mangan (apjohnite), magnezij (pikingerit) ali železo (halotrihit ali peresni galun), B pa trovalentni kovinski ion.[24]

Znani so tudi dvojni sulfati s splošno formulo A2SO4•B2(SO4)3•24H2O, v katerih je A enovalentni kation, n primer natrij, kalij, rubidij, cezij, talij(I) ali kompleksen kation, na primer amonij (NH+
4
), metilamonij (CH3NH+
3
), hidroksilmonij (HONH+
3
) ali hidrazinij (N2H+
5
). B je trovelentni kovinski ion, na primer aluminij, krom, titan, mangan, vanadij, železo(III), kobalt(III), galij, molibden, indij, rutenij, rodij ali iridij.[25] Obstajajo tudi analogni selenati. Kombinacije enovalentnega in trovalentnega kationa in aniona so odvisne od velikosti ionov.

Tuttonova sol je dvojni sulfat s tipično formulo A2SO4·BSO4·6H2O, v kateri je A enovalentni kation, B pa dvovalentni kovinski ion.

Dvojni sulfati s formulo A2SO4·2BSO4, v kateri je A enovalenten kation, B pa dvovalentrn kovinski ion, se imenujejo langbeiniti po prototipskem kalijevem magnezijevem sulfatu.

Sklici[uredi | uredi kodo]

  1. 1,0 1,1 Austin, George T. (1984). Shreve's Chemical process industries (5th ed.). New York: McGraw-Hill. str. 357.ISBN 9780070571471.
  2. "Alhydrogel | Alum vaccine adjuvant for research | InvivoGen". www.invivogen.com. Pridobljeno 8. junija 2018.
  3. Picon, M. in drugi (2005). L'alun des oasis occidentales d'Egypte: researches sur terrain et recherches en laboratoire. V Borgard P. in drugi. L'alun de Mediterranée.
  4. Archontidou, A. (2005). Un atelier de preparation de l'alun a partir de l'alunite dans l'isle de Lesbos. V Borgard P. in drugi. L'alun de Mediterranée.
  5. Hall, A. J.; Photos-Jones, E. (2005). The nature of Melian alumen and its potential for exploitation in Antiquity. V Borgard P. in drugi. L'alun de Mediterranée.
  6. 6,0 6,1 6,2 Pliny the Elder (77 n. št.). "Alumen, and the several varieties of it; Thirty-eight remedies". Naturalis Historia. Perseus Digital Library (v lstinščini in angleščini). Tufts University. book 35, chapter 52. Pridobljeno 27. decembra 2011.
  7. Dioscorides (okoli 60 n. št.). De Materia Medica [O medicinskih snoveh] (v grščini in latinščini). book 5, chapter 123.
  8. Chisholm 1911: 766-767.
  9. George Ernst Stahl (1703). Specimen Beccherianum. Johann Ludwig Gleditsch, Leipzig. str. 269.
  10. George Ernst Stahl (1723). Ausführliche Betrachtung und zulänglicher Beweiss von den Saltzen, daß diesselbe aus einer zarten Erde, mit Wasser innig verbunden, bestehen. str. 305.
  11. Johann Heinrich Pott (1746). Chymische Untersuchungen, welche fürnehmlich von der Lithogeognosia oder Erkäntniß und Bearbeitung der gemeinen einfacheren Steine und Erden ingleichen von Feuer und Licht handeln. Potsdam, Christian Friedrich Voss, volume 1, str. 32.
  12. Andreas Sigismund Marggraf (1754). Expériences faites sur la terre d'alun. Mémoires de l'Académie des sciences et belles-lettres de Berlin, str. 41-66.
  13. 13,0 13,1 13,2 13,3 Chisholm 1911: 766.
  14. Marggraf (1754). Expériences qui concernent la régénération de l'alun de sa propre terre, l'après avoir séparé par l'acide vitriolique; avec quelques compositions artificielles de l'alun par moyen d'autres terres, et dudit acide. Mémoires de l'Académie des sciences et belles-lettres de Berlin, str. 31-40.
  15. Torbern Bergman (1767). IX. De confectione Aluminis. Opuscula physica et chemica, I. G. Müller, Leipzig, 1788. volume 1. str. 306-307.
  16. Martin Heinrich Klaproth (1797). Beiträge zur Chemischen Kenntniss Der Mineralkörper. Decker and Co., Posen, and Heinrich August Rottmann, Berlin; str. 45-46 in 193.
  17. Martin Heinrich Klaproth (1801). Analytical Essays Towards Promoting the Chemical Knowledge of Mineral Substances. T. Cadell, Jr. & W. Davies, London.
  18. Vauquelin (1797). "Sur la nature de l'Alun du commerce, sur l'existence de la potasse dans ce sel, et sur diverses combinaisons simples ou triples de l'alumine avec l'acide sulfurique." Annales de Chimie et de Physique 1 (22): 258-279.
  19. Jean-Antoine Chaptal (1797), "Comparée des quatre principales sortes d'Alun connues dans le commerce; et Observations sur leur nature et leur usage". Annales de Chimie et de Physique 1 (22): 280-296.
  20. Otto Helmboldt, L. Keith Hudson, Chanakya Misra, Karl Wefers, Wolfgang Heck, Hans Stark, Max Danner, Norbert Rösch. Aluminum Compounds, Inorganic. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2007, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a01_527.pub2.
  21. 21,0 21,1 Chisholm 1911: 767.
  22. Nancy Lee (6. august 2013). The Complete Idiot's Guide to Making Metal Jewelry. DK. str. 114. ISBN 978-1-61564-370-7.
  23. J. Locke (1902). "On some double suphates of thallic thallium and caesium". American Chemical Journal. 27: 281.
  24. Halotrichite on Mindat.org.
  25. Greenwood, N. N.; & Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd Edn.), Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.