Oxid hlinitý | |
__ Al 3+ __ O 2– Krystalová struktura α oxidu hlinitého ( korund ) |
|
Identifikace | |
---|---|
N O CAS | |
Ne o ECHA | 100 014 265 |
Ne o EC | 215-691-6 |
N O RTECS | BD1200000 |
DrugBank | DB11342 |
PubChem | 9989226 |
ChEBI | 30187 |
ÚSMĚVY |
[O-2]. [O-2]. [O-2]. [Al + 3]. [Al + 3] , |
InChI |
Std. InChI: InChI = 1S / 2Al.3O / q2 * + 3; 3 * -2 standardní InChIKey: PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N |
Vzhled | bílá krystalická pevná látka nerozpustná ve vodě |
Chemické vlastnosti | |
Hrubý vzorec |
Al 2 O 3 [izomery] |
Molární hmotnost | 101,9613 ± 0,0009 g / mol Al 52,93%, O 47,07%, |
Fyzikální vlastnosti | |
T. fúze | 2050 ° C |
T ° vroucí | 2980 ° C |
Rozpustnost | pomalu rozpustný ve vodných alkalických roztocích ; prakticky nerozpustný v nepolárních organických rozpouštědlech , diethyletheru , ethanolu (95%), vodě |
Objemová hmotnost | 3,97 g · cm -3 až 20 ° C |
Tlak nasycených par | 133,3 Pa při 2158 ° C |
Tepelná vodivost |
36,0 W · m -1 · K -1 až 26 ° C 10,9 W · m -1 · K -1 až 500 ° C 6,2 W · m -1 · K -1 až 1000 ° C |
Termochemie | |
S 0 kapalina, 1 bar | 67,24 J · K -1 · mol -1 |
S 0 pevný | 50,92 ± 0,10 J · K -1 · mol -1 |
Δ f H 0 kapalina | -1 620,57 kJ · mol -1 |
Δ f H 0 pevná látka | -1 675,7 ± 1,3 kJ · mol -1 |
C str | 795,5 J · K -1 · kg -1 |
Jednotky SI a STP, pokud není uvedeno jinak. | |
Oxid hlinitý nebo oxid hlinitý , je chemická sloučenina podle vzorce Al 2 O 3. Je to bílá pevná látka bez zápachu nerozpustná ve vodě. Existuje několik polymorfů , z nichž hlavní je alfa oxid hlinitý, trigonálně-kosočtverečný , který existuje v přírodním prostředí ve formě minerálu zvaného korund , jehož některé odrůdy jsou drahé kameny : rubín se stopami chrómu a safír , se stopami železa a titanu .
V petrologii je obvyklé nazývat oxid hlinitý také složkou Al 2 O 3chemické složení z horniny , vyjádřeno v procentech oxidů , a to i v případě, že hliníkové ložisko minerály nemají tento chemický vzorec. Říká se, že například bauxit , hlavní rudy z hliníku , je bohatý na oxid hlinitý.
Oxid hlinitý se používá hlavně jako zdroj hliníku , jako brusivo díky své tvrdosti 9,0 podle Mohsovy stupnice (srovnatelné s tvrdokovem karbidu wolframu ) a jako žáruvzdorný materiál díky své teplotě tání. Vysoká (dosahující 2050 ° C ) .
Α oxid hlinitý, trigonálně-romboedrický , je hlavní polymorf oxidu hlinitého, který tvoří korund . Alumina β je ve skutečnosti sloučenina Na 2 O 11 Al 2 O 3nebo NaAl 11 O 17. Γ a η alumina, kubický , θ oxid hlinitý, monoklinický , κ oxid hlinitý, ortorombický , χ hexagonální oxid hlinitý a δ oxid hlinitý, čtyřúhelníkový nebo ortorombický , jsou dalšími významnými polymorfy oxidu hlinitého. Například oxid hlinitý se používá k výrobě technické keramiky .
Oxid hlinitý je amfoterní , to znamená, že reaguje jako kyselina v přítomnosti báze a jako báze v přítomnosti kyseliny. Vytváří hlinitany s mnoha oxidy kovů . Γ-oxid hlinitý, krychlový, se jeví jako hygroskopický bílý prášek nerozpustný ve vodě, ale pomalu rozpustný v silných zásadách a silných kyselinách . Vzniká slinováním pevných látek s porézním povrchem, jehož kvalita úzce závisí na výrobním procesu a teplotě. Používá se jako stacionární fáze v chromatografii . Γ oxid hlinitý se transformuje z 800 ° C na oxid hlinitý α, který je nerozpustný v kyselinách a zásadách.
Oxid hlinitý je dobrým elektrickým izolátorem s dielektrickou pevností z 35 kV · mm -1 a měrný odpor o 10 12 W · m při 20 ° C (snížení na 10 7 W · m do 1000 ° C ), ale při pokojové teplotě se přidá tepelná vodivost z 35,6 až 39 W · m -1 · k -1 , relativně vysoká keramiky. Snadno se vytvoří na povrchu hliníkového kovu v kontaktu s kyslíkem v vzduchu , a tvoří tenkou vrstvu z pasivace , silný asi 4 nm , která chrání vnitřek objemu hliníku proti progresi oxidaci . Řada slitin , jako je měďnatý hliník ( měď s podílem hliníku), využívá tuto vlastnost ke zvýšení své korozní odolnosti .
Tloušťku a vlastnosti této oxidové vrstvy lze zlepšit povrchovou úpravou typu anodizace . Takto vytvořená vrstva je obecně amorfní, ale může být částečně krystalizována technikami oxidace plazmou nebo elektrickým obloukem . Tyto vrstvy oxidu hlinitého lze poté zesílit smícháním s vodou za vzniku hydrátu oxidu hlinitého, který je průsvitný. Během této operace je možné přidávat barviva k povrchové vrstvě, aby se získaly estetické barvy.
Aluminu izoloval v roce 1754 německý chemik Andreas Sigismund Marggraf z kamence . Byl to Louis Guyton de Morveau ( 1737-1816 ), spolupracovník Antoina Lavoisiera , který pokřtil oxid hlinitý jeden ze síranů obsažených v kamenci.
Extrakce oxidu hlinitého z bauxitu se provádí za použití chemického postupu s názvem Bayer proces , vynalezený rakouského Karl Josef Bayer . Oxid hlinitý je přítomen v bauxitu ve formě oxidů z hliníku hydratovaný - gibbsitu AI (OH) 3, boehmit γ-AlO (OH) a diaspora α-AlO (OH) - ve směsi s oxidy železa - goethit FeO (OH) a hematit Fe 2 O 3- stejně jako křemen SiO 2a jíl . V tomto procesu je bauxit napaden hydroxidem sodným NaOH při vysoké teplotě a pod tlakem:
Al 2 O 3+ H 2 O+ NaOH ⟶ NaAl (OH) 4 ; Al (OH) 3+ NaOH ⟶ NaAl (OH) 4.Kromě křemene SiO 2se složky bauxitu nerozpouštějí v zásadách . Filtrace základní směsi vylučuje hematit Fe 2 O 3, Potom se směs ochladí za vzniku sraženiny z hydroxidu hlinitého Al (OH) 3který ponechává silikáty v roztoku:
NaAl (OH) 4⟶ NaOH + Al (OH) 3 ↓.Hydroxid se poté kalcinuje nad 1100 ° C za vzniku oxidu hlinitého:
2 Al (OH) 3⟶ Al 2 O 3+ 3 H 2 O.Vyrobený oxid hlinitý má tendenci být vícefázový, to znamená, že neobsahuje pouze korund , ale také další polymorfy . Složení takto vyrobeného oxidu hlinitého lze upravit v závislosti na provozních podmínkách; určuje zejména pórovitost povrchů a rozpustnost materiálu, což má vliv na jeho cenu, prodejní cenu a kontrolu výsledného znečištění .
První závod, který použil tento proces, byl závod Gardanne (dříve Pechiney ) v roce 1894. Tato rostlina dodnes vyrábí hydratované a kalcinované aluminy pomocí tohoto procesu. Alumina z nejrůznějších zdrojů může být extrahována pomocí mnohem méně znečišťujícího procesu Orbite .
Oxid hlinitý se využívá průmyslově získat hliník podle elektrolytickým procesem Héroult-Hall . Používá se také jako žáruvzdorný materiál (odolný vůči velmi vysokým teplotám) a jako keramika a lze jej také použít ve formě korundu k výrobě brusiva. Trouby z oxidu hlinitého se vyrábějí pro ohřev dřeva a oleje.
Oxid hlinitý se používá v nejrůznějších aplikacích. Asi 90% z celkového množství se používá na výrobu hliníku , obvykle elektrolýzou (Hall-Héroultův proces), zbytek se používá hlavně v aplikacích využívajících jeho chemický, tepelný a elektrický odpor. Používá se například jako žáruvzdorný materiál , jako keramika , jako brusivo nebo jinde při leštění . Velké množství se používá při výrobě zeolitů , pigmentů v povlacích oxidu titaničitého a retardačních nebo protikuřáckých látek .
Jako brusivo slouží oxid hlinitý například jako mnohem levnější náhrada průmyslových diamantů , ať už přírodních nebo syntetických . Mnoho druhů brusných papírů používá krystaly oxidu hlinitého. Díky nízké retenci tepla a nízké tepelné kapacitě je široce používaným materiálem pro abrazivní obrábění nebo broušení .
Jako elektrický izolátor se oxid hlinitý používá v určitých kondenzátorech , stejně jako substrát v určitých technologiích křemíku na izolátoru ( SOI ), v tomto případě známém jako Silicon-on-Sapphire (SOS), k výrobě integrovaných obvodů, ale také supravodivé komponenty v tunelování jako SET a SQUID . Je možné pěstovat tenké vrstvy oxidu hlinitého na integrovaném obvodu chemickou výměnou mezi trimethylaluminiem Al 2 (CH 3 ) 6a vody H 2 O :
Al 2 (CH 3 ) 6+ 3 H 2 O⟶ Al 2 O 3+ 6 CH 4.Je také možné použít ozon O 3 místo vody:
Al 2 (CH 3 ) 6+ O 3⟶ Al 2 O 3+ 3 C 2 H 6Tenké vrstvy oxidu hlinitého připravené z ozonu mají unikající proud 10 až 100krát nižší než ty, které jsou připraveny z vodní páry.
Oxid hlinitý se používá jako katalyzátor v některých reakcích průmyslový význam, například v Clausova způsobu pro regeneraci elementární síry z plynných odpadů ze zpracování ropy , nebo v reakci na dehydratace z alkoholů na alkenů . Je také podporou mnoha průmyslových katalyzátorů, například katalyzátorů používaných při hydrodesulfurizaci nebo při polymeraci Ziegler-Natta .
Používá se také v keramických deskách některých neprůstřelné vesty , často jako matrice vyztužené aramidovými vlákny nebo polyetylénu s vysokou molekulovou hmotností ( UHMPE ), ale to je méně tvrdá než křemíku karbid a karbidu. Boru , a oxid hlinitý desky nejsou certifikováno pro vojenské použití.
Čirý oxid hlinitý se také používá v některých sodíkových výbojkách .
V roce 2014 byla podle francouzských zvyků Francie jasným dovozcem oxidu hlinitého. Průměrná dovozní cena byla 310 EUR / t .