Struttura, proprietà, produzione, usi del fosfato di alluminio (AlPO4)

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Egbert Haynes
Struttura, proprietà, produzione, usi del fosfato di alluminio (AlPO4)

Il fosfato di alluminio è un solido inorganico formato da uno ione alluminio Al3+ e uno ione fosfato PO43-. La sua formula chimica è AlPO4. È un solido bianco la cui struttura cristallina è simile a quella della silice SiODue. È insolubile in acqua.

Può essere ottenuto da allumina (AlDueO3) e acido fosforico (H3PO4). Può essere ottenuto anche a partire da soluzioni acquose di cloruro di alluminio (AlCl3) e fosfato di sodio (Na3PO4).

Fosfato di alluminio AlPO4. Ondřej Mangl [Dominio pubblico]. Fonte: Wikimedia Commons.

Il fosfato di alluminio ha un punto di fusione molto alto, motivo per cui è ampiamente utilizzato come componente di ceramiche refrattarie, cioè ceramiche che resistono a temperature molto elevate..

Viene anche usato come antiacido per lo stomaco, in miscele per la riparazione dei denti e come coadiuvante ai vaccini, cioè per stimolare la risposta immunitaria dell'organismo.

Alcuni calcestruzzi refrattari hanno AlPO4 nella sua composizione, che aumenta le proprietà di supporto meccanico e alle alte temperature di questo tipo di cemento.

È stato utilizzato come scudo protettivo per impedire la combustione di materiali combustibili come alcuni polimeri.

Indice articolo

  • 1 Struttura
  • 2 Nomenclatura
  • 3 Proprietà
    • 3.1 Stato fisico
    • 3.2 Peso molecolare
    • 3.3 Punto di fusione
    • 3.4 Densità
    • 3.5 Solubilità
    • 3.6 Altre proprietà
  • 4 Ottenimento
  • 5 Utilizzo in ceramica
    • 5.1 Fabbricazione di ceramiche di fosfato di alluminio
  • 6 Altri usi
    • 6.1 Nell'ottenere il calcestruzzo
    • 6.2 Nei cementi dentali
    • 6.3 Nei vaccini
    • 6.4 Come ritardante di fiamma nei polimeri
  • 7 Riferimenti

Struttura

L'AlPO4 È formato da un catione di alluminio Al3+ e un anione fosfato PO43-.

Struttura ionica del fosfato di alluminio. Autore: Marilú Stea.

Il fosfato di alluminio cristallino è anche chiamato berlinite o fase alfa (α-AlPO4) ei suoi cristalli sono simili al quarzo.

Cristalli sintetici di berlinite (α-AlPO4). DMGualtieri [CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]. Fonte: Wikimedia Commons.

La fase alfa del fosfato di alluminio è un solido formato da una rete covalente di tetraedri PO4 e AlPO4 che si alternano e sono collegati da atomi di ossigeno.

Questa struttura è isomorfa con la silice, cioè ha la stessa forma di quella della silice SiODue.

Nomenclatura

- Fosfato di alluminio

- Monofosfato di alluminio

- Sale di alluminio dell'acido fosforico.

Proprietà

Stato fisico

Solido bianco cristallino.

Peso molecolare

121,93 g / mol

Punto di fusione

1800 ºC

Densità

2,56 g / cm3

Solubilità

Insolubile in acqua

Altre proprietà

La struttura dell'AlPO4 è molto simile alla silice SiODue, quindi condivide molte proprietà fisiche e chimiche di questo.

Il fosfato di alluminio è un materiale altamente refrattario, cioè resiste a temperature molto elevate senza cambiare il proprio stato fisico o struttura e senza decomporsi.

L'AlPO4 cristallino o berlinite quando riscaldato si converte in una struttura di tipo tridimite e quindi di tipo cristobalite, altre forme di questo composto che assomigliano a silice SiODue.

Fosfato di alluminio. Interesse chimico [dominio pubblico]. Fonte: Wikimedia Commons.

Ottenere

Fosfato di alluminio AlPO4 può essere ottenuto dalla reazione tra acido fosforico H3PO4 e allumina AlDueO3. È richiesta l'applicazione della temperatura, ad esempio tra 100 e 150 ° C.

AlDueO3 + 2 h3PO4 = 2 AlPO4 + 3 oreDueO

Può anche essere ottenuto unendo una soluzione acquosa di cloruro di alluminio AlCl3 con una soluzione acquosa di fosfato di sodio Na3PO4:

AlCl3 + N / A3PO4 = AlPO4 + 3 NaCl

Utilizzare in ceramica

Fosfato di alluminio AlPO4 si trova spesso nella costituzione di allumina ceramica.

La ceramica ad alto contenuto di allumina è uno dei materiali che, per la sua durezza, trova impiego in applicazioni dove è richiesta la resistenza a carichi elevati e condizioni severe..

Questo tipo di ceramica è resistente alla corrosione, agli ambienti ad alta temperatura, alla presenza di vapore caldo o ad atmosfere riducenti come il monossido di carbonio (CO)..

La ceramica di allumina ha anche una bassa conduttività elettrica e termica, motivo per cui viene utilizzata per realizzare mattoni refrattari e componenti elettricamente isolanti..

Rivestimento in mattoni refrattari che può contenere fosfato di alluminio AlPO4. Questi mattoni proteggono dalle alte temperature. Alexknight12 [CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]. Fonte: Wikimedia Commons.

Perché il fosfato di alluminio si forma a una temperatura molto più bassa della silice SiODue, la sua produzione è più economica, il che costituisce un vantaggio nella produzione di ceramiche adatte a servizi esigenti.

Produzione di ceramiche in fosfato di alluminio

Viene utilizzata alluminaDueO3 e acido fosforico H3PO4 in mezzo acquoso.

Il pH di formazione preferito è 2-8, poiché vi è un'abbondanza di specie di acido fosforico disciolto, come HDuePO4- e HPO4Due-. A pH acido la concentrazione di ioni Al3+ è elevato, derivante dalla dissoluzione dell'allumina AlDueO3.

In primo luogo, si forma un gel idrato di alluminio difosfato triidrogeno AlH.3(PO4)Due.HDueO:

Al3+ + HDuePO4- + HPO4Due- + HDueO ⇔ AlH3(PO4)3.HDueO

Tuttavia, arriva un momento in cui il pH della soluzione scende e diventa neutro, dove l'allumina AlDueO3 ha una bassa solubilità. A questo punto, l'allumina insolubile forma uno strato sulla superficie delle particelle, impedendo il proseguimento della reazione..

Pertanto è necessario aumentare la solubilità dell'allumina e ciò si ottiene riscaldando delicatamente. Al riscaldamento a 150 ° C il gel continua la reazione con allumina AlDueO3 rilasciando acqua e berlinite cristallina (alfa-AlPO4).

AlDueO3 + 2 AlH3(PO4)3.HDueO → AlPO4 + 4 hDueO

La berlinite lega le singole particelle e forma la ceramica.

Altri usi

L'AlPO4 Viene utilizzato come antiacido, come adsorbente, come setaccio molecolare, come supporto catalizzatore e come rivestimento per migliorare la resistenza alla corrosione a caldo. Di seguito altre applicazioni.

Nell'ottenere il calcestruzzo

Il fosfato di alluminio è un ingrediente nei calcestruzzi refrattari o nei calcestruzzi resistenti al calore.

Fornisce eccellenti proprietà meccaniche e rifrangenti a questi calcestruzzi, come la resistenza al calore. Nell'intervallo di temperatura tra 1400-1600 ° C, il cemento cellulare a base di fosfato di alluminio è uno dei materiali più efficienti come isolante termico..

Non necessita di essiccazione, il suo indurimento è ottenuto mediante una reazione esotermica auto-propagante. È possibile preparare mattoni di questo materiale di qualsiasi forma e dimensione.

Nei cementi dentali

Il fosfato di alluminio fa parte dei cementi dentali o dei materiali utilizzati per curare i denti cariati.

Nei cementi dentali l'allumina viene utilizzata come moderatore delle reazioni acido-base, dove l'effetto moderatore è dovuto alla formazione di fosfato di alluminio sulle particelle di altri materiali..

Questi cementi hanno un'elevatissima resistenza alla compressione e alla trazione, dovuta alla presenza di fosfato di alluminio.

I cementi dentali usati per curare le cavità possono contenere fosfato di alluminio. Autore: Reto Gerber. Fonte: Pixabay.

Nei vaccini

L'AlPO4 È stato utilizzato per molti anni in vari vaccini umani per migliorare la risposta immunitaria del corpo. Si dice che l'AlPO4 è un "coadiuvante" per i vaccini. Il meccanismo non è ancora ben compreso.

È noto che l'effetto immunostimolante di AlPO4 dipende dal processo di adsorbimento dell'antigene all'adiuvante, cioè dal modo in cui aderisce ad esso. Un antigene è un composto che entrando nel corpo genera la formazione di anticorpi per combattere una specifica malattia.

Gli antigeni possono essere adsorbiti su AlPO4 per interazioni elettrostatiche o legandosi con ligandi. Sono adsorbiti sulla superficie dell'adiuvante.

Si ritiene inoltre che la dimensione delle particelle di AlPO4 ha anche influenza. Più piccola è la dimensione delle particelle, la risposta dell'anticorpo è maggiore e più duratura..

I vaccini possono contenere fosfato di alluminio AlPO4 per aumentarne l'efficacia. Autore: Tumisu. Fonte: Pixabay.

Come ritardante di fiamma nei polimeri

L'AlPO4 È stato utilizzato come ritardante di fiamma e per prevenire la combustione o la combustione di alcuni polimeri.

L'aggiunta di AlPO4 ad un polimero di polipropilene che ha già un ritardante di fiamma provoca un effetto sinergico tra entrambi i ritardanti, il che significa che l'effetto è molto maggiore di quello di entrambi i ritardanti di fiamma separatamente.

Quando il polimero viene sottoposto a combustione o bruciato in presenza di AlPO4, si forma un metafosfato di alluminio che penetra nella superficie carbonizzata e riempie i pori e le fessure di questa.

Ciò porta alla formazione di uno scudo protettivo altamente efficiente per prevenire la combustione o la combustione del polimero. In altre parole l'AlPO4 sigilla la superficie carbonizzata e impedisce al polimero di bruciare.

Con l'AlPO4 la combustione di alcuni polimeri può essere ritardata. Autore: Hans Braxmeier. Fonte: Pixabay.

Riferimenti

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