- Struktura
- Nomenklatura
- Nieruchomości
- Stan fizyczny
- Waga molekularna
- Temperatura topnienia
- Gęstość
- Rozpuszczalność
- Inne właściwości
- Otrzymywanie
- Zastosowanie w ceramice
- Produkcja ceramiki fosforanu glinu
- Inne zastosowania
- W uzyskaniu betonu
- W cementach dentystycznych
- W szczepionkach
- Jako środek zmniejszający palność w polimerach
- Bibliografia
Fosforan glinu jest nieorganicznym utworzone ciało stałe przez jonu glinu do 3+ i PO jonu fosforanowego 4 3- . Jego wzór chemiczny to AlPO 4 . Jest to biała substancja stała, której krystaliczna struktura jest podobna do krzemionki SiO 2 . Jest nierozpuszczalny w wodzie.
Można go otrzymać z tlenku glinu (Al 2 O 3 ) i kwasu fosforowego (H 3 PO 4 ). Można go również otrzymać wychodząc z wodnych roztworów chlorku glinu (AlCl 3 ) i fosforanu sodu (Na 3 PO 4 ).
Fosforan glinu AlPO 4 . Ondřej Mangl. Źródło: Wikimedia Commons.
Fosforan glinu ma bardzo wysoką temperaturę topnienia, dlatego znajduje szerokie zastosowanie jako składnik ceramiki ogniotrwałej, czyli ceramiki wytrzymującej bardzo wysokie temperatury.
Jest również stosowany jako środek zobojętniający żołądek, w mieszaninach do naprawy zębów oraz jako adiuwant do szczepionek, czyli do stymulacji odpowiedzi immunologicznej organizmu.
Niektóre betony ogniotrwałe zawierają w swoim składzie AlPO 4 , co zwiększa mechaniczne i wysokotemperaturowe właściwości podporowe tego typu cementu.
Został użyty jako osłona ochronna, aby zapobiec spalaniu się materiałów palnych, takich jak niektóre polimery.
Struktura
AlPO 4 składa się z kationu glinu Al 3+ i anionu fosforanowego PO 4 3 .
Jonowa struktura fosforanu glinu. Autor: Marilú Stea.
Krystaliczny fosforan glinu jest również nazywany berlinitem lub fazą alfa (α-AlPO 4 ), a jego kryształy są podobne do kwarcu.
Kryształy syntetycznego berlinitu (α-AlPO 4 ). DMGualtieri. Źródło: Wikimedia Commons.
Faza alfa fosforanu glinu jest ciałem stałym utworzonym przez kowalencyjną sieć czworościanów PO 4 i AlPO 4, które występują naprzemiennie i są połączone atomami tlenu.
Ta struktura jest izomorficzna z krzemionką, to znaczy ma taki sam kształt jak krzemionka SiO 2 .
Nomenklatura
- Fosforan glinu
- Monofosforan glinu
- Sól glinowa kwasu fosforowego.
Nieruchomości
Stan fizyczny
Krystaliczne białe ciało stałe.
Waga molekularna
121,93 g / mol
Temperatura topnienia
1800 ºC
Gęstość
2,56 g / cm 3
Rozpuszczalność
Nierozpuszczalne w wodzie
Inne właściwości
Struktura AlPO 4 jest bardzo podobna do struktury krzemionki SiO 2 , więc ma z nią wiele właściwości fizycznych i chemicznych.
Fosforan glinu jest materiałem wysoce ogniotrwałym, to znaczy jest odporny na bardzo wysokie temperatury bez zmiany swojego stanu fizycznego lub struktury oraz bez rozkładu.
Krystaliczny AlPO 4 lub berlinite po podgrzaniu przekształca się w strukturę typu trydymit i krystobalit następnie struktura typu inne postacie tego związku, które przypominają krzemionka SiO 2 .
Fosforan glinu. Chemicalinterest. Źródło: Wikimedia Commons.
Otrzymywanie
Fosforan glinu AlPO 4 można otrzymać w reakcji kwasu fosforowego H 3 PO 4 z tlenkiem glinu Al 2 O 3 . Wymagane jest zastosowanie temperatury, na przykład między 100 a 150 ° C.
Al 2 O 3 + 2 H 3 PO 4 = 2 AlPO 4 + 3 H 2 O
Można go również otrzymać łącząc wodny roztwór chlorku glinu AlCl 3 z wodnym roztworem fosforanu sodu Na 3 PO 4 :
AlCl 3 + Na 3 PO 4 = AlPO 4 + 3 NaCl
Zastosowanie w ceramice
Fosforan glinu AlPO 4 często występuje w składzie ceramiki z tlenku glinu.
Ceramika z dużą zawartością tlenku glinu to jeden z materiałów, który ze względu na swoją twardość znajduje zastosowanie w zastosowaniach, gdzie wymagana jest odporność na duże obciążenia i trudne warunki.
Ten rodzaj ceramiki jest odporny na korozję, działanie wysokich temperatur, obecność gorącej pary lub atmosfery redukujące, takie jak tlenek węgla (CO).
Ceramika z tlenku glinu ma również niskie przewodnictwo elektryczne i cieplne, dlatego jest wykorzystywana do produkcji cegieł ogniotrwałych i elementów elektroizolacyjnych.
Okładziny z cegieł ogniotrwałych, które mogą zawierać fosforan glinu AlPO 4 . Te cegły chronią przed wysokimi temperaturami. Alexknight12. Źródło: Wikimedia Commons.
Ponieważ fosforan glinu tworzy się w znacznie niższej temperaturze niż krzemionka SiO 2 , jest tańszy w produkcji, co jest zaletą przy produkcji ceramiki odpowiedniej do wymagających usług.
Produkcja ceramiki fosforanu glinu
Tlenek glinu Al 2 O 3 i kwas fosforowy H 3 PO 4 są używane w środowisku wodnym.
Preferowane pH formacji wynosi 2-8, ponieważ istnieje wiele rozpuszczonych form kwasu fosforowego, takich jak H 2 PO 4 - i HPO 4 2- . Przy kwaśnym pH stężenie jonów Al 3+ jest wysokie, pochodzące z rozpuszczania tlenku glinu Al 2 O 3 .
Najpierw powstaje uwodniony trójwodór difosforanu glinu AlH 3 (PO 4 ) 2 .H 2 O:
Al 3+ + H 2 PO 4 - + HPO 4 2- + H 2 O ⇔ AlH 3 (PO 4 ) 3 .H 2 O
Jednak przychodzi czas, kiedy pH roztworu spada i staje się obojętne, gdy tlenek glinu Al 2 O 3 ma niską rozpuszczalność. W tym czasie nierozpuszczalny tlenek glinu tworzy warstwę na powierzchni cząstek, uniemożliwiając kontynuację reakcji.
Dlatego konieczne jest zwiększenie rozpuszczalności tlenku glinu, a osiąga się to poprzez delikatne ogrzewanie. Po podgrzaniu do 150 ° C żel kontynuuje reakcję z tlenkiem glinu Al 2 O 3 uwalniając wodę i tworzy się krystaliczny berlinit (alfa-AlPO 4 ).
Al 2 O 3 + 2 AlH 3 (PO 4 ) 3 .H 2 O → AlPO 4 + 4 H 2 O
Berlinit wiąże poszczególne cząsteczki i tworzy ceramikę.
Inne zastosowania
AlPO 4 jest stosowany jako środek zobojętniający kwas, jako adsorbent, jako sito molekularne, jako nośnik katalizatora i jako powłoka poprawiająca odporność na korozję na gorąco. Oto inne aplikacje.
W uzyskaniu betonu
Fosforan glinu jest składnikiem betonów ogniotrwałych lub żaroodpornych.
Zapewnia tym betonom doskonałe właściwości mechaniczne i refrakcyjne, takie jak odporność na ciepło. W zakresie temperatur 1400-1600 ° C beton komórkowy na bazie fosforanu glinu jest jednym z najbardziej wydajnych materiałów izolujących termicznie.
Nie wymaga suszenia, jego utwardzanie następuje na drodze samorozprężającej się reakcji egzotermicznej. Istnieje możliwość wykonania cegieł z tego materiału o dowolnym kształcie i rozmiarze.
W cementach dentystycznych
Fosforan glinu jest częścią cementów dentystycznych lub materiałów używanych do leczenia próchnicy zębów.
W cementach dentystycznych tlenek glinu stosuje się jako moderator reakcji kwasowo-zasadowych, gdzie efekt moderujący jest spowodowany tworzeniem się fosforanu glinu na cząstkach innych materiałów.
Cementy te charakteryzują się bardzo dużą wytrzymałością na ściskanie i rozciąganie, co wynika z obecności fosforanu glinu.
Cementy dentystyczne stosowane do leczenia ubytków mogą zawierać fosforan glinu. Autor: Reto Gerber. Źródło: Pixabay.
W szczepionkach
AlPO 4 był używany od wielu lat w różnych szczepionkach dla ludzi w celu wzmocnienia odpowiedzi immunologicznej organizmu. Mówi się, że AlPO 4 jest „adiuwantem” szczepionek. Mechanizm nie jest jeszcze dobrze poznany.
Wiadomo, że działanie immunostymulujące AlPO 4 zależy od procesu adsorpcji antygenu do adiuwanta, czyli od sposobu przylegania do niego. Antygen to związek, który po wejściu do organizmu generuje przeciwciała do walki z określoną chorobą.
Antygeny mogą być adsorbowane na AlPO 4 w wyniku oddziaływań elektrostatycznych lub wiązania z ligandami. Są adsorbowane na powierzchni adiuwantu.
Uważa się ponadto, że wpływ ma również rozmiar cząstek AlPO 4 . Im mniejszy rozmiar cząstek, tym większa i dłuższa odpowiedź przeciwciał.
Szczepionki mogą zawierać fosforan glinu AlPO 4 w celu zwiększenia ich skuteczności. Autor: Tumisu. Źródło: Pixabay.
Jako środek zmniejszający palność w polimerach
AlPO 4 jest stosowany jako środek zmniejszający palność i zapobiegający spalaniu lub spalaniu niektórych polimerów.
Dodatek AlPO 4 do polimeru polipropylenowego, który ma już środek zmniejszający palność, powoduje efekt synergiczny między obydwoma opóźniaczami, co oznacza, że efekt jest znacznie większy niż w przypadku obu środków zmniejszających palność oddzielnie.
Gdy polimer jest spalany lub spalany w obecności AlPO 4 , tworzy się metafosforan glinu, który penetruje zwęgloną powierzchnię i wypełnia pory i pęknięcia na powierzchni.
Prowadzi to do powstania wysoce wydajnej osłony ochronnej, która zapobiega spalaniu lub spalaniu polimeru. Innymi słowy, AlPO 4 uszczelnia zwęgloną powierzchnię i zapobiega spalaniu polimeru.
Dzięki AlPO 4 spalanie niektórych polimerów może być opóźnione. Autor: Hans Braxmeier. Źródło: Pixabay.
Bibliografia
- Abyzov, VA (2016). Lekki beton ogniotrwały na bazie spoiwa aluminiowo-magnezowo-fosforanowego. Procedia Engineering 150 (2016) 1440-1445. Odzyskany z sciencedirect.com.
- Wagh, AS (2016). Ceramika z fosforanu glinu. W związanej chemicznie ceramice fosforanowej (wydanie drugie). Rozdział 11. Odzyskane z sciencedirect.com.
- Mei, C. i in. (2019). Adiuwant szczepionkowy fosforanu glinu: analiza składu i rozmiaru za pomocą narzędzi off-line i in-line. Comput Struct Biotechnol J. 2019; 17: 1184-1194. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
- Qin, Z. i in. (2019). Synergistyczny efekt barierowy fosforanu glinu na polipropylen o zmniejszonej palności na bazie układu polifosforan amonu / dipentaerytrytol. Materiały i projektowanie 181 (2019) 107913. Odzyskane z sciencedirect.com.
- Vrieling, H. i in. (2019). Stabilizowane nanocząsteczki fosforanu glinu stosowane jako adiuwant szczepionek. Koloidy i powierzchnie B: Biointerfaces 181 (2019) 648-656. Odzyskany z sciencedirect.com.
- Schaefer, C. (2007). Leki żołądkowo-jelitowe. Leki zobojętniające. W narkotykach podczas ciąży i laktacji (wydanie drugie). Odzyskany z sciencedirect.com.
- Rouquerol, F. i in. (1999). Właściwości niektórych nowatorskich adsorbentów. W adsorpcji proszków i ciał stałych porowatych. Odzyskany z sciencedirect.com.