Oxid hlinitý - Aluminium oxide
|
|
|
|
| Identifikátory | |
|---|---|
|
3D model ( JSmol )
|
|
| CHEMBL | |
| ChemSpider | |
| DrugBank | |
| Informační karta ECHA |
100,014,265 
|
| Číslo ES | |
|
PubChem CID
|
|
| Číslo RTECS | |
| UNII | |
|
CompTox Dashboard ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Vlastnosti | |
| Al 2 O 3 | |
| Molární hmotnost | 101,960 g · mol −1 |
| Vzhled | bílá pevná látka |
| Zápach | bez zápachu |
| Hustota | 3,987 g / cm 3 |
| Bod tání | 2072 ° C (3762 ° F; 2345 K) |
| Bod varu | 2997 ° C (5391 ° F; 3250 K) |
| nerozpustný | |
| Rozpustnost | nerozpustný ve všech rozpouštědlech |
| log P | 0,31860 |
| −37,0 × 10 −6 cm 3 /mol | |
| Tepelná vodivost | 30 W · m −1 · K −1 |
|
Index lomu ( n D )
|
n ω = 1,768-1,772 n ε = 1,760-1,763 Dvojlom 0,008 |
| Struktura | |
| Trigonální , HR30 | |
| R 3 c (č. 167) | |
|
a = 478,5 hodin, c = 1299,1 hodin
|
|
| osmiboká | |
| Termochemie | |
|
Standardní molární
entropie ( S |
50,92 J · mol −1 · K −1 |
|
Standardní entalpie
tvorby (Δ f H ⦵ 298 ) |
−1675,7 kJ/mol |
| Farmakologie | |
| D10AX04 ( WHO ) | |
| Nebezpečí | |
| Bezpečnostní list | Viz: datová stránka |
| Piktogramy GHS |
|
| NFPA 704 (ohnivý diamant) | |
| Bod vzplanutí | Nehořlavé |
| NIOSH (limity expozice USA pro zdraví): | |
|
PEL (přípustné)
|
OSHA 15 mg/m 3 (celkový prach) OSHA 5 mg/m 3 (dýchatelná frakce) ACGIH/TLV 10 mg/m 3 |
|
REL (doporučeno)
|
žádný |
|
IDLH (bezprostřední nebezpečí)
|
ND |
| Související sloučeniny | |
|
Jiné anionty
|
hydroxid hlinitý sulfid hlinitý selenid hlinitý |
|
Jiné kationty
|
oxid boritý oxid gallium oxid indium oxid thallium |
| Stránka doplňkových údajů | |
|
Index lomu ( n ), dielektrická konstanta (ε r ) atd. |
|
|
Termodynamická
data |
Fázové chování pevná látka – kapalina – plyn |
| UV , IR , NMR , MS | |
|
Pokud není uvedeno jinak, jsou údaje uvedeny pro materiály ve standardním stavu (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
|
 ověřit ( co je to ?)
  |
|
| Reference na infobox | |
Oxid hlinitý je chemická sloučenina z hliníku a kyslíku, s chemickým vzorcem Al 2 O 3 . Jedná se o nejčastěji vyskytující se z několika oxidů hliníku a je specificky identifikován jako oxid hlinitý (III) . Obvykle se nazývá oxid hlinitý a může být také nazýván aloxid , aloxit nebo alundum v závislosti na konkrétních formách nebo aplikacích. Přirozeně se vyskytuje ve své krystalické polymorfní fázi α-Al 2 O 3 jako minerální korund , jehož odrůdy tvoří vzácné drahokamy rubín a safír . Al 2 O 3 je významný v jeho použití k výrobě kovového hliníku, jako brusivo díky své tvrdosti a jako žáruvzdorný materiál díky vysoké teplotě tání.
Přirozený výskyt
Korund je nejběžnější přirozeně se vyskytující krystalická forma oxidu hlinitého. Rubíny a safíry jsou formy korundu v drahokamové kvalitě, které za své charakteristické barvy vděčí stopám nečistot. Rubínům je dána jejich charakteristická sytě červená barva a jejich laserové vlastnosti stopami chromu . Safíry se dodávají v různých barvách daných různými jinými nečistotami, jako je železo a titan. Extrémně vzácná, δ forma, se vyskytuje jako minerál deltalumit.
Vlastnosti
Al 2 O 3 je elektrický izolátor, ale má relativně vysokou tepelnou vodivost ( 30 Wm −1 K −1 ) pro keramický materiál. Oxid hlinitý je nerozpustný ve vodě. Ve své nejčastěji se vyskytující krystalické formě, zvané korund nebo oxid alfa-hliníku, je díky své tvrdosti vhodný pro použití jako brusivo a jako součást řezných nástrojů .
Oxid hlinitý je zodpovědný za odolnost kovového hliníku vůči povětrnostním vlivům . Kovový hliník je velmi reaktivní se vzdušným kyslíkem a na jakémkoli exponovaném povrchu hliníku se během několika stovek pikosekund vytvoří tenká pasivační vrstva oxidu hlinitého (tloušťka 4 nm). Tato vrstva chrání kov před další oxidací. Tloušťku a vlastnosti této oxidové vrstvy lze zlepšit pomocí postupu nazývaného anodizace . Řada slitin , jako jsou hliníkové bronzy , využívá této vlastnosti zahrnutím části hliníku do slitiny pro zvýšení odolnosti proti korozi. Oxid hlinitý generovaný anodizací je typicky amorfní , ale oxidační procesy podporované výbojem, jako je plazmatická elektrolytická oxidace, vedou k významnému podílu krystalického oxidu hlinitého v povlaku, což zvyšuje jeho tvrdost .
Oxid hlinitý byl vyřazen z chemických seznamů Agentury Spojených států pro ochranu životního prostředí v roce 1988. Pokud jde o vláknitou formu, je oxid hlinitý na seznamu EPA v seznamu uvolňujících látek .
Amfoterní povaha
Oxid hlinitý je amfoterní látka, což znamená, že může reagovat jak s kyselinami, tak s bázemi , jako je kyselina fluorovodíková a hydroxid sodný , přičemž působí jako kyselina s bází a zásada s kyselinou, přičemž druhou neutralizuje a vytváří sůl.
- Al 2 O 3 + 6 HF → 2 AlF 3 + 3 H 2 O
- Al 2 O 3 + 2 NaOH + 3 H 2 O → 2 NaAl (OH) 4 ( hlinitan sodný )
Struktura
Nejběžnější forma krystalického oxidu hlinitého je známá jako korund , což je termodynamicky stabilní forma. Kyslíkové ionty tvoří téměř šestihrannou uzavřenou strukturu, přičemž hliníkové ionty vyplňují dvě třetiny oktaedrálních mezer. Každé centrum Al 3+ je oktaedrické . Pokud jde o jeho krystalografie , korund přijímá trigonální Bravais mříž s prostorové skupině z R 3, C (číslo 167 v mezinárodních tabulek). Primitivní buňka obsahuje dva vzorec jednotek oxidu hlinitého.
Oxid hlinitý existuje také v jiných metastabilních fázích, včetně kubické γ a η fáze, monoklinické θ fáze, hexagonální χ fáze, ortorombické κ fáze a δ fáze, které mohou být tetragonální nebo ortorombické. Každý má jedinečnou krystalovou strukturu a vlastnosti. Cubic γ-Al 2 O 3 má důležité technické aplikace. Takzvaný β-Al 2 O 3 se ukázal být NaAl 11 O 17 .
Roztavený oxid hlinitý v blízkosti teploty tání je zhruba 2/3 čtyřstěnný (tj. 2/3 Al jsou obklopeny 4 kyslíkovými sousedy) a 1/3 5 koordinovaný, s velmi malým (<5%) oktaedrálním Al-O . Přibližně 80% atomů kyslíku je sdíleno mezi třemi nebo více polyhedry Al-O a většina interpolyedrálních spojení je sdílení rohů, přičemž zbývajících 10–20% je sdílení okrajů. Rozpis octahedra při tavení je doprovázeno poměrně velké zvýšení objemu (~ 33%), je hustota kapaliny v blízkosti jeho bod tání, je 2,93 g / cm 3 . Struktura roztaveného oxidu hlinitého je závislá na teplotě a podíl 5- a 6násobného hliníku se během chlazení (a podchlazení) zvyšuje, na úkor tetrahedrálních jednotek AlO 4 , čímž se blíží místním strukturálním uspořádáním nalezeným v amorfním oxidu hlinitém.
Výroba
Hliníkové hydroxid minerály jsou hlavní složkou bauxitu , hlavní rudy z hliníku . Směs minerálů obsahuje bauxitovou rudu, včetně gibbsitu (Al (OH) 3 ), boehmitu (γ-AlO (OH)) a diaspory (α-AlO (OH)), spolu s nečistotami oxidů a hydroxidů železa , křemene a jílové minerály . Bauxity se nacházejí v lateritech . Bauxit se čistí Bayerovým procesem :
- Al 2 O 3 + H 2 O + NaOH → NaAl (OH) 4
- Al (OH) 3 + NaOH → NaAl (OH) 4
Kromě SiO 2 se ostatní složky bauxitu nerozpouštějí v bázi. Po filtraci základní směsi, Fe 2 O 3 se odstraní. Když se Bayerův louh ochladí, vysráží se Al (OH) 3 a křemičitany se ponechají v roztoku.
- NaAl (OH) 4 → NaOH + Al (OH) 3
Pevný Gibbsit Al (OH) 3 se poté kalcinuje (zahřeje na více než 1100 ° C) za vzniku oxidu hlinitého:
- 2 Al (OH) 3 → Al 2 O 3 + 3 H 2 O
Výrobek oxidu hlinitého bývá vícefázový, tj. Sestává z několika fází oxidu hlinitého, nikoli pouze z korundu . Výrobní proces lze proto optimalizovat tak, aby produkoval produkt na míru. Typ přítomných fází ovlivňuje například rozpustnost a strukturu pórů produktu oxidu hlinitého, což zase ovlivňuje náklady na výrobu hliníku a kontrolu znečištění.
Aplikace
Známý jako alfa alumina v oborech materiálových věd nebo alundum (v tavené formě) nebo aloxit v těžebních a keramických obcích nachází oxid hlinitý široké využití. Roční světová produkce oxidu hlinitého v roce 2015 činila přibližně 115 milionů tun , z nichž více než 90% se používá na výrobu kovového hliníku. Hlavní použití speciálních oxidů hliníku je v žáruvzdorných materiálech, keramice, leštění a abrazivních aplikacích. Velké množství hydroxidu hlinitého, ze kterého se získává oxid hlinitý, se používají při výrobě zeolitů , potahovacích pigmentů titanu a jako zpomalovače hoření/látky potlačující kouř.
Více než 90% vyrobeného oxidu hlinitého, běžně nazývaného Smelter Grade Alumina (SGA), se spotřebuje na výrobu hliníku, obvykle procesem Hall – Héroult . Zbytek, běžně nazývaný speciální oxid hlinitý, se používá v celé řadě aplikací, které odrážejí jeho inertnost, teplotní odolnost a elektrický odpor.
Plniva
Protože je oxid hlinitý poměrně chemicky inertní a bílý, je oblíbeným plnivem pro plasty. Oxid hlinitý je běžnou složkou opalovacích krémů a někdy je přítomen také v kosmetice, jako je tvářenka, rtěnka a lak na nehty.
Sklenka
Mnoho formulací skla obsahuje jako složku oxid hlinitý. Aluminosilikátové sklo je běžně používaný typ skla, které často obsahuje 5% až 10% oxidu hlinitého.
Katalýza
Oxid hlinitý katalyzuje řadu reakcí, které jsou užitečné v průmyslu. Ve své největší aplikaci v měřítku je oxid hlinitý katalyzátorem v Clausově procesu přeměny odpadních plynů sirovodíku na elementární síru v rafinériích. Je také užitečný pro dehydrataci alkoholů na alkeny.
Oxid hlinitý slouží jako katalyzátorový nosič pro mnoho průmyslových katalyzátorů, jako jsou ty, které se používají při hydrodesulfurizaci a některých polymerizacích Ziegler -Natta .
Čištění plynu
Oxid hlinitý je široce používán k odstraňování vody z proudů plynu.
Abrazivní
Oxid hlinitý se používá pro svou tvrdost a pevnost. Jeho přirozeně se vyskytující forma, korund , je 9 na Mohsově stupnici minerální tvrdosti (těsně pod diamantem). Je široce používán jako brusivo , včetně mnohem levnější náhražky průmyslových diamantů . Mnoho typů brusných papírů používá krystaly oxidu hlinitého. Díky nízké retenci tepla a nízkému měrnému teplu je široce používán při broušení, zejména u nástrojů pro řezání . Jako práškové abrazivní minerální Aloxite , to je hlavní složkou, společně s oxidem křemičitým , na tága „křídy“ použitý v kulečník . Prášek oxidu hlinitého se používá v některých soupravách na leštění CD / DVD a opravách poškrábání. Jeho leštící vlastnosti stojí také za použitím v zubní pastě. Používá se také v mikrodermabrazi , a to jak ve strojním procesu dostupném u dermatologů a estetiků, tak jako ruční dermální brusivo používané podle pokynů výrobce.
Malovat
Vločky z oxidu hlinitého se používají v barvách pro reflexní dekorativní efekty, například v automobilovém nebo kosmetickém průmyslu.
Kompozitní vlákno
Oxid hlinitý byl použit v několika experimentálních a komerčních vláknitých materiálech pro vysoce výkonné aplikace (např. Fiber FP, Nextel 610, Nextel 720). Oblasti výzkumu se staly zejména nanovlákna z oxidu hlinitého .
Brnění
Některé neprůstřelné vesty využívají keramické desky z oxidu hlinitého, obvykle v kombinaci s aramidovou nebo UHMWPE podložkou, aby dosáhly účinnosti proti většině puškových hrozeb. Keramické brnění z oxidu hlinitého je k dispozici většině civilistů v jurisdikcích, kde je legální, ale není považováno za vojenské.
Ochrana proti oděru
Oxid hlinitý lze pěstovat jako povlak na hliníku eloxováním nebo plazmatickou elektrolytickou oxidací (viz výše „Vlastnosti“). Oba tvrdosti a otěruvzdorné vlastnosti povlaku pocházejí z vysokou pevností oxidu hlinitého, ještě porézní vrstvy povlaku vyrobeného běžnými postupy stejnosměrný proud anodizačních je v 60-70 Rockwell tvrdost C, což je srovnatelné pouze na kalené uhlíkové oceli slitiny, ale výrazně nižší než tvrdost přírodního a syntetického korundu. Místo toho je při plazmatické elektrolytické oxidaci povlak porézní pouze na povrchové oxidové vrstvě, zatímco spodní oxidové vrstvy jsou mnohem kompaktnější než u standardních DC anodizačních postupů a vykazují vyšší krystalinitu v důsledku přetavování a zhušťování oxidových vrstev za účelem získání α- Shluky Al2O3 s mnohem vyššími hodnotami tvrdosti povlaku kolem 2000 Vickersovy tvrdosti.
Oxid hlinitý se používá k výrobě obkladů, které jsou připevněny uvnitř práškových palivových potrubí a vedení spalin na uhelných elektrárnách k ochraně oblastí s vysokým opotřebením. Nejsou vhodné pro oblasti s vysokými nárazovými silami, protože tyto dlaždice jsou křehké a náchylné k rozbití.
Elektrická izolace
Oxid hlinitý je elektrický izolátor používaný jako substrát ( křemík na safíru ) pro integrované obvody, ale také jako tunelová bariéra pro výrobu supravodivých zařízení, jako jsou například elektronové tranzistory a supravodivá kvantová interferenční zařízení ( SQUID ).
Pro jeho použití jako elektrického izolátoru v integrovaných obvodech, kde je předpokladem konformní růst tenkého filmu a upřednostňovaným růstovým režimem je depozice atomové vrstvy , lze filmy Al 2 O 3 připravit chemickou výměnou mezi trimethylaluminiem (Al (CH 3 ) 3 ) a H 2 O:
- 2 Al (CH 3 ) 3 + 3 H 2 O → Al 2 O 3 + 6 CH 4
H 2 O ve výše uvedené reakci mohou být nahrazeny ozon (O 3 ) jako aktivní okysličovadla a následující reakce pak probíhá:
- 2 Al (CH 3 ) 3 + O 3 → Al 2 O 3 + 3 C 2 H 6
Al 2 O 3 filmy připravené za použití O 3 vykazují 10–100krát nižší hustotu svodového proudu ve srovnání s těmi připravenými H 2 O.
Oxid hlinitý, který je dielektrikem s relativně velkou mezerou v pásmu , se používá jako izolační bariéra v kondenzátorech .
jiný
Při osvětlení se v některých sodíkových výbojkách používá transparentní oxid hlinitý . Oxid hlinitý se také používá k přípravě potahovacích suspenzí v kompaktních zářivkách .
V chemických laboratořích je oxid hlinitý pro chromatografii dostupný v zásaditých (pH 9,5), kyselých (pH 4,5 ve vodě) a neutrálních formulacích.
Zdravotní a lékařské aplikace jej zahrnují jako materiál pro náhradu kyčelního kloubu a antikoncepční pilulky .
Pro své opticky stimulované luminiscenční vlastnosti se používá jako scintilátor a dozimetr pro radiační ochranu a terapeutické aplikace .
Izolace pro vysokoteplotní pece se často vyrábí z oxidu hlinitého. Někdy má izolace různá procenta oxidu křemičitého v závislosti na teplotním hodnocení materiálu. Izolace může být vyrobena ve formě přikrývky, lepenky, cihel a volných vláken pro různé aplikační požadavky.
Malé kousky oxidu hlinitého se často používají jako vroucí třísky v chemii.
Používá se také k výrobě izolátorů zapalovacích svíček .
Pomocí procesu plazmového stříkání a smíchaného s titanem je nanesen na brzdný povrch některých ráfků jízdních kol, aby byla zajištěna odolnost proti oděru a opotřebení.
Většina keramických očí na rybářských prutech jsou kruhové prstence vyrobené z oxidu hlinitého.
Ve své nejjemnější práškové (bílé) formě, nazývané Diamantine , se oxid hlinitý používá jako vynikající lešticí brusivo v hodinářství a hodinářství.
Oxid hlinitý se také používá k potahování sloupků v průmyslu motokrosu a horských kol. Tento povlak je kombinován s dilysulfátem molybdeničitým pro zajištění dlouhodobého mazání povrchu.
Viz také
- Nanočástice oxidu hlinitého
- Bauxitová hlušina
- Pevný elektrolyt beta-oxidu hlinitého , rychlý iontový vodič
- Experiment s uvolňováním aerosolu (CARE)
- Seznam rafinerií oxidu hlinitého
- Micro-Pulling-Down
- Průhledný oxid hlinitý
Reference
externí odkazy