Structura, proprietățile, producția, utilizările fosfatului de aluminiu (AlPO4)

fosfat de aluminiu este un solid anorganic format dintr-un ion de aluminiu Al³⁺ și un ion fosfat PO₄^3-. Formula sa chimică este AlPO₄. Este un solid alb a cărui structură cristalină este similară cu cea a siliciului SiO_Două. Este insolubil în apă.

Poate fi obținut din alumină (Al_DouăSAU₃) și acid fosforic (H₃PO₄). De asemenea, poate fi obținut pornind de la soluții apoase de clorură de aluminiu (AlCl₃) și fosfat de sodiu (Na₃PO₄).

Fosfatul de aluminiu are un punct de topire foarte ridicat, motiv pentru care este utilizat pe scară largă ca componentă a ceramicii refractare, adică a ceramicii care rezistă la temperaturi foarte ridicate..

Este, de asemenea, utilizat ca antiacid pentru stomac, în amestecuri pentru repararea dinților și ca adjuvant la vaccinuri, adică pentru a stimula răspunsul imun al organismului.

Unele betoane refractare au AlPO₄ în compoziția sa, ceea ce mărește proprietățile mecanice și de susținere a temperaturii ridicate ale acestui tip de ciment.

A fost folosit ca scut de protecție pentru a preveni arderea materialelor combustibile, cum ar fi anumiți polimeri.

Indice articol

• 1 Structură
• 2 Nomenclatură
• 3 Proprietăți
  • 3.1 Starea fizică
  • 3.2 Greutate moleculară
  • 3.3 Punctul de topire
  • 3.4 Densitatea
  • 3.5 Solubilitate
  • 3.6 Alte proprietăți
• 4 Obținerea
• 5 Utilizare în ceramică
  • 5.1 Fabricarea ceramicii cu fosfat de aluminiu
• 6 Alte utilizări
  • 6.1 În obținerea betonului
  • 6.2 În cimenturile dentare
  • 6.3 În vaccinuri
  • 6.4 Ca ignifug în polimeri
• 7 Referințe

Structura

AlPO₄ Este format dintr-un cation de aluminiu Al³⁺ și un anion fosfat PO₄^3-.

Fosfatul de aluminiu cristalin se mai numește faza berlinită sau alfa (α-AlPO₄) și cristalele sale sunt similare cuarțului.

Faza alfa a fosfatului de aluminiu este un solid format dintr-o rețea covalentă de tetraedre PO₄ și AlPO₄ care alternează și sunt legate de atomii de oxigen.

Această structură este izomorfă cu silice, adică are aceeași formă cu cea a siliciului SiO_Două.

Nomenclatură

- Fosfat de aluminiu

- Monofosfat de aluminiu

- Sare de aluminiu a acidului fosforic.

Proprietăți

Starea fizică

Cristal alb solid.

Greutate moleculară

121,93 g / mol

Punct de topire

1800 ºC

Densitate

2,56 g / cm³

Solubilitate

Insolubil în apă

Alte proprietăți

Structura AlPO₄ este foarte asemănător cu siliciul SiO_Două, deci împărtășește multe proprietăți fizice și chimice ale acestuia.

Fosfatul de aluminiu este un material foarte refractar, adică rezistă la temperaturi foarte ridicate fără a-și schimba starea fizică sau structura și fără a se descompune.

AlPO₄ cristalin sau berlinit atunci când este încălzit se transformă într-o structură de tip tridimit și apoi de tip cristobalit, alte forme ale acestui compus care seamănă cu silica SiO_Două.

Obținerea

Fosfat de aluminiu AlPO₄ poate fi obținut prin reacția dintre acidul fosforic H₃PO₄ și alumina Al_DouăSAU₃. Este necesară aplicarea temperaturii, de exemplu între 100 și 150 ° C.

Pentru_DouăSAU₃ + 2 ore₃PO₄ = 2 AlPO₄ + 3 H_DouăSAU

Poate fi obținut și prin îmbinarea unei soluții apoase de clorură de aluminiu AlCl₃ cu o soluție apoasă de fosfat de sodiu Na₃PO₄:

AlCl₃ + N / A₃PO₄ = AlPO₄ + 3 NaCI

Utilizare în ceramică

Fosfat de aluminiu AlPO₄ se găsește adesea în constituția ceramicii de alumină.

Ceramica cu conținut ridicat de alumină este unul dintre materialele care, datorită durității sale, este utilizat în aplicații în care este necesar să reziste la sarcini mari și condiții severe..

Acest tip de ceramică este rezistent la coroziune, la medii cu temperaturi ridicate, la prezența aburului fierbinte sau la atmosfere reducătoare precum monoxidul de carbon (CO)..

Ceramica cu alumină are, de asemenea, o conductivitate electrică și termică scăzută, motiv pentru care este utilizată la fabricarea cărămizilor refractare și a componentelor izolatoare electric..

Deoarece fosfatul de aluminiu se formează la o temperatură mult mai scăzută decât siliciul SiO_Două, producția sa este mai ieftină, ceea ce constituie un avantaj în fabricarea ceramicii potrivite pentru servicii solicitante.

Fabricarea ceramicii de fosfat de aluminiu

Se folosește alumină_DouăSAU₃ și acid fosforic H₃PO₄ în mediu apos.

PH-ul de formare preferat este 2-8, deoarece există o abundență de specii de acid fosforic dizolvat, cum ar fi H_DouăPO₄^- și HPO₄^Două-. La pH acid concentrația ionilor de Al³⁺ este ridicat, provenind din dizolvarea aluminei Al_DouăSAU₃.

Mai întâi, se formează un gel AlH de difosfat de aluminiu trihidrogen hidratat.₃(PO₄)_Două.H_DouăSAU:

Pentru³⁺ + H_DouăPO₄^- + HPO₄^Două- + H_DouăO ⇔ AlH₃(PO₄)₃.H_DouăSAU

Cu toate acestea, vine un moment în care pH-ul soluției scade și devine neutru, unde alumina Al_DouăSAU₃ are o solubilitate redusă. În acest moment, alumina insolubilă formează un strat pe suprafața particulelor, împiedicând reacția să continue..

Prin urmare, este necesar să se mărească solubilitatea aluminei și acest lucru se realizează prin încălzirea ușoară. La încălzire la 150 ° C gelul continuă reacția cu alumina Al_DouăSAU₃ eliberând apă și berlinită cristalină (alfa-AlPO₄).

Pentru_DouăSAU₃ + 2 AlH₃(PO₄)₃.H_DouăO → AlPO₄ + 4 ore_DouăSAU

Berlinita leagă particulele individuale și formează ceramica.

Alte utilizări

AlPO₄ Este utilizat ca antiacid, ca adsorbant, ca sită moleculară, ca suport catalizator și ca strat de acoperire pentru a îmbunătăți rezistența la coroziune la cald. Sub alte aplicații.

În obținerea betonului

Fosfatul de aluminiu este un ingredient din betoanele refractare sau betoanele rezistente la căldură.

Oferă proprietăți mecanice și refracționale excelente acestor betoane, cum ar fi rezistența la căldură. În intervalul de temperatură cuprins între 1400-1600 ° C, betonul celular pe bază de fosfat de aluminiu este unul dintre cele mai eficiente materiale ca izolator termic..

Nu necesită uscare, întărirea sa se realizează printr-o reacție exotermă de auto-propagare. Este posibil să se pregătească cărămizi din acest material de orice formă și dimensiune.

În cimenturile dentare

Fosfatul de aluminiu face parte din cimenturile dentare sau din materialele utilizate pentru vindecarea dinților deteriorați.

În cimenturile dentare, alumina este utilizată ca moderator al reacțiilor acid-bazice, unde efectul de moderare se datorează formării fosfatului de aluminiu asupra particulelor altor materiale..

Aceste cimenturi au o rezistență foarte mare la compresiune și tensiune, care se datorează prezenței fosfatului de aluminiu.

În vaccinuri

AlPO₄ A fost folosit de mulți ani în diferite vaccinuri umane pentru a spori răspunsul imun al organismului. Se spune că AlPO₄ este un „adjuvant” pentru vaccinuri. Mecanismul nu este încă bine înțeles.

Se știe că efectul imunostimulator al AlPO₄ depinde de procesul de adsorbție a antigenului la adjuvant, adică de modul în care acesta aderă la acesta. Un antigen este un compus care la intrarea în organism generează formarea de anticorpi pentru combaterea unei boli specifice.

Antigenii pot fi adsorbiți la AlPO₄ prin interacțiuni electrostatice sau prin legarea cu liganzi. Acestea sunt adsorbite pe suprafața adjuvantului.

Se crede, de asemenea, că dimensiunea particulelor de AlPO₄ are și influență. Cu cât dimensiunea particulelor este mai mică, răspunsul anticorpului este mai mare și durează mai mult..

Ca ignifug în polimeri

AlPO₄ A fost folosit ca un agent ignifug și pentru a preveni arderea sau arderea anumitor polimeri.

Adăugarea AlPO₄ la un polimer de polipropilenă care are deja un ignifug cauzează un efect sinergic între ambii agenți de întârziere, ceea ce înseamnă că efectul este mult mai mare decât cel al ambilor ignifugi separat.

Când polimerul este supus arderii sau ars în prezența AlPO₄, se formează un metafosfat de aluminiu care pătrunde în suprafața carbonizată și umple porii și fisurile acestuia.

Acest lucru duce la formarea unui scut protector extrem de eficient pentru a preveni arderea sau arderea polimerului. Cu alte cuvinte, AlPO₄ sigilează suprafața carbonizată și previne arderea polimerului.

Referințe

1. Abyzov, V.A. (2016). Beton refractar ușor pe bază de liant aluminiu-magneziu-fosfat. Procedia Engineering 150 (2016) 1440-1445. Recuperat de la sciencedirect.com.
2. Wagh, A.S. (2016). Ceramică cu fosfat de aluminiu. În ceramică fosfat legat chimic (ediția a doua). Capitolul 11. Recuperat de la sciencedirect.com.
3. Mei, C. și colab. (2019). Adjuvant pentru vaccinul cu fosfat de aluminiu: analiza compoziției și dimensiunii utilizând instrumente off-line și in-line. Comput Struct Biotechnol J. 2019; 17: 1184-1194. Recuperat de la ncbi.nlm.nih.gov.
4. Qin, Z. și colab. (2019). Efectul barierei sinergice al fosfatului de aluminiu asupra polipropilenei ignifuge pe baza sistemului polifosfat de amoniu / dipentaeritritol. Materiale și proiectare 181 (2019) 107913. Recuperat de la sciencedirect.com.
5. Vrieling, H. și colab. (2019). Nanoparticule de aluminiu fosfat stabilizat utilizate ca adjuvant pentru vaccin. Coloizi și suprafețe B: interfețe bio 181 (2019) 648-656. Recuperat de la sciencedirect.com.
6. Schaefer, C. (2007). Medicamente gastrointestinale. Antiacide. În medicamente în timpul sarcinii și alăptării (ediția a doua). Recuperat de la sciencedirect.com.
7. .