Aluminiumfosfat (AlPO4) struktur, egenskaper, produksjon, bruksområder

De aluminiumfosfat er et uorganisk fast stoff dannet av et aluminiumion Al³⁺ og en fosfation PO₄^3-. Den kjemiske formelen er AlPO₄. Det er et hvitt fast stoff hvis krystallinske struktur ligner på silika SiO_to. Det er uoppløselig i vann.

Det kan fås fra aluminiumoksyd (Al_toELLER₃) og fosforsyre (H₃PO₄). Det kan også oppnås med utgangspunkt i vandige løsninger av aluminiumklorid (AlCl₃) og natriumfosfat (Na₃PO₄).

Aluminiumfosfat har et veldig høyt smeltepunkt, og det er derfor det er mye brukt som en komponent av ildfast keramikk, det vil si keramikk som tåler svært høye temperaturer..

Det brukes også som et syrenøytraliserende middel i magen, i blandinger for reparasjon av tenner og som et hjelpestoff til vaksiner, det vil si for å stimulere kroppens immunrespons..

Noen ildfaste betonger har AlPO₄ i sammensetningen, noe som øker de mekaniske og høye temperaturstøtteegenskapene til denne typen sement.

Det har blitt brukt som et beskyttende skjold for å forhindre at brennbare materialer som visse polymerer brenner.

Artikkelindeks

• 1 Struktur
• 2 Nomenklatur
• 3 eiendommer
  • 3.1 Fysisk tilstand
  • 3.2 Molekylvekt
  • 3.3 Smeltepunkt
  • 3.4 Tetthet
  • 3.5 Løselighet
  • 3.6 Andre egenskaper
• 4 Motta
• 5 Bruk i keramikk
  • 5.1 Produksjon av aluminiumfosfatkeramikk
• 6 Andre bruksområder
  • 6.1 Ved oppnåelse av betong
  • 6.2 I tannlegesement
  • 6.3 I vaksiner
  • 6.4 Som et flammehemmende middel i polymerer
• 7 Referanser

Struktur

AlPO₄ Den er dannet av et aluminiumskation Al³⁺ og en fosfatanion PO₄^3-.

Krystallinsk aluminiumfosfat kalles også berlinitt eller alfa-fase (α-AlPO₄) og dets krystaller ligner på kvarts.

Alfafasen av aluminiumfosfat er et fast stoff dannet av et kovalent nettverk av PO tetraeder₄ og AlPO₄ som veksler og er bundet av oksygenatomer.

Denne strukturen er isomorf med silisiumdioksyd, det vil si den har samme form som silisiumdioksyd SiO_to.

Nomenklatur

- Aluminiumfosfat

- Aluminiummonofosfat

- Aluminiumsalt av fosforsyre.

Eiendommer

Fysisk tilstand

Solid hvit krystallinsk.

Molekylær vekt

121,93 g / mol

Smeltepunkt

1800 ºC

Tetthet

2,56 g / cm³

Løselighet

Uoppløselig i vann

Andre egenskaper

Strukturen til AlPO₄ er veldig lik silisiumdioksyd SiO_to, så den deler mange fysiske og kjemiske egenskaper ved dette.

Aluminiumfosfat er et svært ildfast materiale, det vil si at det motstår veldig høye temperaturer uten å endre dets fysiske tilstand eller struktur og uten å spalte.

AlPO₄ krystallinsk eller berlinitt ved oppvarming konverterer til en struktur av tridymitt og deretter av cristobalitt, andre former av denne forbindelsen som ligner silisiumdioksyd SiO_to.

Å skaffe

Aluminiumfosfat AlPO₄ kan oppnås ved omsetning mellom fosforsyre H₃PO₄ og alumina Al_toELLER₃. Temperatur påføring er nødvendig, for eksempel mellom 100 og 150 ° C.

Til_toELLER₃ + 2 timer₃PO₄ = 2 AlPO₄ + 3 H_toELLER

Det kan også oppnås ved å forbinde en vandig løsning av aluminiumklorid AlCl₃ med en vandig løsning av natriumfosfat Na₃PO₄:

AlCl₃ + Na₃PO₄ = AlPO₄ + 3 NaCl

Brukes i keramikk

Aluminiumfosfat AlPO₄ er ofte funnet i konstitusjonen av aluminiumoksydkeramikk.

Keramikk med høyt aluminiumoksydinnhold er et av materialene som på grunn av hardheten brukes i applikasjoner der det kreves å motstå høy belastning og vanskelige forhold..

Denne typen keramikk er motstandsdyktig mot korrosjon, mot miljøer med høy temperatur, mot tilstedeværelse av varm damp eller for å redusere atmosfærer som karbonmonoksid (CO)..

Alumina-keramikk har også lav elektrisk og termisk ledningsevne, og det er derfor den brukes til å lage ildfaste murstein og elektrisk isolerende komponenter..

Fordi aluminiumfosfat dannes ved en mye lavere temperatur enn silisiumdioksyd_to, produksjonen er billigere, noe som utgjør en fordel ved produksjon av keramikk som er egnet for krevende tjenester.

Aluminiumfosfat keramisk produksjon

Al alumina brukes_toELLER₃ og fosforsyre H₃PO₄ i vandig medium.

Den foretrukne dannelses-pH er 2-8, da det er en overflod av oppløste fosforsyrearter, slik som H_toPO₄^- og HPO₄^to-. Ved sur pH er konsentrasjonen av Al-ioner³⁺ er høy, kommer fra oppløsningen av aluminiumoksyd Al_toELLER₃.

Først dannes en hydratisert aluminiumdifosfat trihydrogengel AlH.₃(PO₄)_to.H_toELLER:

Til³⁺ + H_toPO₄^- + HPO₄^to- + H_toO ⇔ AlH₃(PO₄)₃.H_toELLER

Imidlertid kommer det en tid da pH i løsningen synker og blir nøytral, hvor aluminiumoksydet Al_toELLER₃ den har lav løselighet. På dette tidspunktet danner det uoppløselige aluminiumoksyd et lag på overflaten av partiklene, og forhindrer at reaksjonen fortsetter..

Derfor er det nødvendig å øke løseligheten til aluminiumoksydet, og dette oppnås ved forsiktig oppvarming. Ved oppvarming til 150 ° C fortsetter gelen reaksjonen med aluminiumoksyd Al_toELLER₃ frigjør vann og krystallinsk berlinitt (alfa-AlPO₄).

Til_toELLER₃ + 2 AlH₃(PO₄)₃.H_toO → AlPO₄ + 4 timer_toELLER

Berlinitten binder de enkelte partiklene og danner keramikken.

Andre bruksområder

AlPO₄ Det brukes som et syrenøytraliserende middel, som et adsorberende middel, som en molekylsikt, som en katalysatorbærer og som et belegg for å forbedre motstanden mot varm korrosjon. Nedenfor andre applikasjoner.

Ved å skaffe betong

Aluminiumfosfat er en ingrediens i ildfaste betonger eller varmebestandige betonger.

Det gir utmerkede mekaniske og brytningsegenskaper til disse betongene, for eksempel motstand mot varme. I temperaturområdet 1400-1600 ° C er mobilbetong basert på aluminiumfosfat et av de mest effektive materialene som varmeisolator..

Det krever ikke tørking, herdingen oppnås gjennom en selvforplantende eksoterm reaksjon. Det er mulig å forberede murstein av dette materialet i alle former og størrelser.

I tannlegesement

Aluminiumfosfat er en del av tanncement eller materialer som brukes til å helbrede forfallne tenner.

I tanncement brukes aluminiumoksyd som moderator for syre-basereaksjoner, hvor den modererende effekten skyldes dannelsen av aluminiumfosfat på partiklene i andre materialer..

Disse sementene har en meget høy motstand mot kompresjon og spenning, noe som skyldes tilstedeværelsen av aluminiumfosfat.

I vaksiner

AlPO₄ Det har blitt brukt i mange år i forskjellige humane vaksiner for å forbedre kroppens immunrespons. Det sies at AlPO₄ det er en "adjuvans" til vaksiner. Mekanismen er fortsatt ikke godt forstått.

Det er kjent at den immunstimulerende effekten av AlPO₄ det avhenger av prosessen med adsorpsjon av antigenet til adjuvansen, det vil si på måten det fester seg på det. Et antigen er en forbindelse som ved innføring i kroppen genererer dannelse av antistoffer for å bekjempe en spesifikk sykdom.

Antigener kan adsorberes til AlPO₄ ved elektrostatiske interaksjoner eller ved binding med ligander. De adsorberes på overflaten av adjuvansen.

Det antas videre at partikkelstørrelsen til AlPO₄ det har også innflytelse. Jo mindre partikkelstørrelse antistoffresponsen har større og lengre varighet..

Som et flammehemmende middel i polymerer

AlPO₄ Det har blitt brukt som brannhemmende middel og for å forhindre forbrenning eller forbrenning av visse polymerer.

Tillegget av AlPO₄ til en polypropylenpolymer som allerede har et flammehemmende middel forårsaker en synergistisk effekt mellom begge retarderer, noe som betyr at effekten er mye større enn begge brannhemmere hver for seg.

Når polymeren utsettes for forbrenning eller brennes i nærvær av AlPO₄, det dannes et aluminiummetafosfat som trenger inn i den forkullede overflaten og fyller porene og sprekker i dette.

Dette fører til dannelsen av et meget effektivt beskyttende skjold for å forhindre forbrenning eller forbrenning av polymeren. Med andre ord AlPO₄ forsegler forkullet overflate og forhindrer at polymer brenner seg.

Referanser

1. Abyzov, V.A. (2016). Lett ildfast betong basert på aluminium-magnesium-fosfatbindemiddel. Procedia Engineering 150 (2016) 1440-1445. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
2. Wagh, A.S. (2016). Aluminiumfosfatkeramikk. In Chemically Bonded Phosphate Ceramics (Second Edition). Kapittel 11. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
3. Mei, C. et al. (2019). Aluminiumfosfatvaksineadjuvans: analyse av sammensetning og størrelse ved bruk av offline- og in-line-verktøy. Comput Struct Biotechnol J. 2019; 17: 1184-1194. Gjenopprettet fra ncbi.nlm.nih.gov.
4. Qin, Z. et al. (2019). Synergistisk barriereeffekt av aluminiumfosfat på flammehemmende polypropylen basert på ammoniumpolyfosfat / dipentaerytritolsystem. Materials and Design 181 (2019) 107913. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
5. Vrieling, H. et al. (2019). Stabiliserte nanopartikler av aluminiumfosfat som vaksineadjuvans. Kolloider og overflater B: Biointerfaces 181 (2019) 648-656. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
6. Schaefer, C. (2007). Gastrointestinale medisiner. Antacida. In Drugs During Pregnancy and Lactation (Andre utgave). Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
7. .