ALUMINIUMFOSFAT (ALPO4): STRUKTUR, EGENSKAPER, PRODUKTION, ANVÄNDNING - KEMI - 2026

Den aluminiumfosfat är en oorganisk fast substans bildad genom en aluminiumjon till ³⁺ och en fosfatjon PO ₄ ^3- . Dess kemiska formel är AlPO ₄ . Det är en vit fast substans, vars kristallina struktur är liknande den av kiseldioxid SiO ₂ . Det är olösligt i vatten.

Det kan erhållas från aluminiumoxid (Al ₂ O ₃ ) och fosforsyra (H ₃ PO ₄ ). Det kan också erhållas utgående från vattenlösningar av aluminiumklorid (AlCl ₃ ) och natriumfosfat (Na ₃ PO ₄ ).

Aluminiumfosfat AlPO ₄ . Ondřej Mangl. Källa: Wikimedia Commons.

Aluminiumfosfat har en mycket hög smältpunkt, varför det används allmänt som en komponent i eldfast keramik, det vill säga keramik som tål mycket höga temperaturer.

Det används också som en antacida för magen, i blandningar för reparation av tänder och som ett adjuvans till vacciner, det vill säga för att stimulera kroppens immunrespons.

Vissa eldfasta betetter har AlPO ₄ i sin sammansättning, vilket ökar de mekaniska och höga temperaturuppbärande egenskaperna för denna typ av cement.

Det har använts som en skyddande skärm för att förhindra att brännbara material som vissa polymerer bränner.

Strukturera

AlPO ₄ består av en Al ³⁺ aluminiumkatjon och en PO ₄ ^3- fosfatanjon .

Jonisk struktur av aluminiumfosfat. Författare: Marilú Stea.

Kristallint aluminiumfosfat kallas också berlinit- eller alfafas (a-AlPO ₄ ) och dess kristaller liknar kvarts.

Syntetiska berlinitkristaller (a-AlPO ₄ ). DMGualtieri. Källa: Wikimedia Commons.

Alfafasen av aluminiumfosfat är ett fast ämne som bildas av en kovalent nätverk av tetraedrar av PO ₄ och AlPO ₄ som växlar och är förenade genom syreatomer.

Denna struktur är isomorf med kiseldioxid, dvs den har samma form som den för kiseldioxid SiO ₂ .

Nomenklatur

- Aluminiumfosfat

- Monofosfat av aluminium

- Aluminiumsalt av fosforsyra.

Egenskaper

Fysiskt tillstånd

Kristallint vitt fast ämne.

Molekylvikt

121.93 g / mol

Smältpunkt

1800 ºC

Densitet

2,56 g / cm ^{^}

löslighet

Olöslig i vatten

Andra egenskaper

Strukturen för AlPO ₄ är mycket lik den för kiseldioxid SiO ₂ , så den delar många fysikaliska och kemiska egenskaper med den.

Aluminiumfosfat är ett mycket eldfast material, det vill säga motstå mycket höga temperaturer utan att ändra dess fysiska tillstånd eller struktur och utan att sönderdelas.

Den kristallina AlPO ₄ eller berlinit när uppvärmda konverterar till en struktur tridymit-typ och sedan en kristobalit-typ struktur, andra former av denna förening som liknar kiseldioxid SiO ₂ .

Aluminiumfosfat. Chemicalinterest. Källa: Wikimedia Commons.

Erhållande

Aluminiumfosfat AlPO ₄ kan erhållas genom reaktion mellan fosforsyra H ₃ PO ₄ och aluminiumoxid Al ₂ O ₃ . Temperaturapplikation krävs, till exempel mellan 100 och 150 ° C.

Al ₂ O ₃ + 2 H ₃ PO ₄ = 2 AlPO ₄ + 3 H ₂ O

Den kan också erhållas genom att förena en vattenlösning av aluminiumklorid AlCl ₃ med en vattenlösning av natriumfosfat Na ₃ PO ₄ :

AlCl ₃ + Na ₃ PO ₄ = AlPO ₄ + 3 NaCl

Används i keramik

Aluminiumfosfat AlPO ₄ finns ofta i sammansättningen av aluminiumoxidkeramik.

Keramik med ett högt aluminiumoxidinnehåll är ett av de material som på grund av dess hårdhet används i applikationer där det krävs för att motstå hög belastning och svåra förhållanden.

Denna typ av keramik är motståndskraftig mot korrosion, mot högtemperaturmiljöer, mot närvaron av varm ånga eller mot reducerande atmosfärer som kolmonoxid (CO).

Keramik av aluminiumoxid har också låg elektrisk och termisk konduktivitet, varför den används för att tillverka eldfast tegel och elektriskt isolerande komponenter.

Eldfasta tegelbeklädnader som kan innehålla AlPO ₄ aluminiumfosfat . Dessa tegelstenar skyddar mot höga temperaturer. Alexknight12. Källa: Wikimedia Commons.

Eftersom aluminiumfosfat bildas vid en mycket lägre temperatur än kiseldioxid SiO ₂ , är det billigare att producera, vilket är en fördel vid tillverkningen av keramik lämplig för krävande tjänster.

Tillverkning av keramisk aluminiumfosfat

Aluminiumoxid Al ₂ O ₃ och fosforsyra H ₃ PO _{4 används} i vattenhaltigt medium.

Den föredragna bildningen pH är 2-8, eftersom det finns ett överflöd av upplösta fosforsyra arter, såsom H ₂ PO ₄ ^- och HPO ₄ ^2- . Vid surt pH koncentrationen av Al ³⁺ joner är hög, som kommer från upplösningen av Al ₂ O ₃ -aluminiumoxid .

Först, en hydratiserad aluminium difosfat trihydrogen AlH ₃ (PO ₄ ) ₂ .H ₂ O gel bildas :

Al ³⁺ + H ₂ PO ₄ ^- + HPO ₄ ^2- + H ₂ O ⇔ AlH ₃ (PO ₄ ) ₃ .H ₂ O

Emellertid, det kommer en tid när lösningens pH sjunker och blir neutralt, där aluminiumoxiden Al ₂ O ₃ har låg löslighet. För närvarande bildar den olösliga aluminiumoxiden ett skikt på ytan av partiklarna som förhindrar att reaktionen fortsätter.

Därför är det nödvändigt att öka lösligheten hos aluminiumoxiden och detta uppnås genom försiktigt uppvärmning. Vid upphettning till 150 ° C gelén fortsätter reaktionen med aluminiumoxid Al ₂ O ₃ släppa vatten och kristallin berlinit (alfa-AlPO ₄ ) bildas.

Al ₂ O ₃ + 2 AlH ₃ (PO ₄ ) ₃ .H ₂ O → AlPO ₄ + 4 H ₂ O

Berliniten binder de enskilda partiklarna och bildar keramiken.

Andra användningsområden

AlPO ₄ används som en antacida, som en adsorbent, som en molekylsikt, som en katalysatorbärare och som en beläggning för att förbättra motståndet mot varm korrosion. Här är andra applikationer.

Att få betong

Aluminiumfosfat är en ingrediens i eldfast eller värmebeständig betong.

Det ger utmärkta mekaniska och brytningsegenskaper för dessa betongar, såsom motståndskraft mot värme. Inom temperaturområdet 1400-1600 ° C är cellbetong baserat på aluminiumfosfat ett av de mest effektiva materialen som värmeisolator.

Det kräver inte torkning, dess härdning uppnås genom en självförökande exoterm reaktion. Det är möjligt att förbereda tegelstenar av detta material av valfri form och storlek.

I tandcement

Aluminiumfosfat är en del av tandcement eller material som används för att läka förfallna tänder.

I tandcement används aluminiumoxid som moderator för syrabasreaktioner, där den modererande effekten beror på bildandet av aluminiumfosfat på partiklarna i andra material.

Dessa cement ger en mycket hög motståndskraft mot kompression och spänning, vilket beror på närvaron av aluminiumfosfat.

Tandcement som används för att läka hålrum kan innehålla aluminiumfosfat. Författare: Reto Gerber. Källa: Pixabay.

I vacciner

AlPO ₄ har använts under många år i olika humana vacciner för att förbättra kroppens immunrespons. AlPO ₄ sägs vara ett "adjuvans" för vacciner. Mekanismen är ännu inte väl förstått.

Det är känt att den immunostimulerande effekten av AlPO ₄ beror på processen för adsorption av antigenet till adjuvansen, det vill säga på det sätt som det vidhäftar till det. Ett antigen är en förening som när den kommer in i kroppen genererar bildning av antikroppar för att bekämpa en specifik sjukdom.

Antigener kan adsorberas till AlPO ₄ genom elektrostatiska interaktioner eller genom bindning med ligander. De adsorberas på ytan av adjuvans.

Det antas vidare att storleken av de AlPO ₄ partiklar har också en påverkan. Ju mindre partikelstorlek antikroppssvaret är större och längre.

Vacciner kan innehålla aluminiumfosfat AlPO _{4 för} att öka deras effektivitet. Författare: Tumisu. Källa: Pixabay.

Som en flamskyddsmedel i polymerer

AlPO ₄ har använts som brandhämmande medel och för att förhindra förbränning eller förbränning av vissa polymerer.

Tillsatsen av AlPO ₄ till en polypropylenpolymer som redan har ett flamskyddsmedel orsakar en synergistisk effekt mellan båda retardrarna, vilket innebär att effekten är mycket större än för båda brandhämmande medel separat.

När polymeren utsätts för förbränning eller förbränning i närvaro av AlPO ₄ , bildas ett aluminiummetafosfat som penetrerar den förkolnade ytan och fyller porerna och sprickorna i ytan.

Detta leder till bildandet av en mycket effektiv skyddssköld för att förhindra förbränning eller förbränning av polymeren. Med andra ord tätar AlPO ₄ den förkolnade ytan och förhindrar att polymeren brinner.

Med AlPO ₄ kan förbränningen av vissa polymerer fördröjas. Författare: Hans Braxmeier. Källa: Pixabay.

referenser

1. Abyzov, VA (2016). Lätt eldfast betong baserat på aluminium-magnesium-fosfatbindemedel. Procedia Engineering 150 (2016) 1440-1445. Återställs från sciencedirect.com.
2. Wagh, AS (2016). Aluminiumfosfatkeramik. I kemiskt bundna fosfatkeramik (andra upplagan). Kapitel 11. Återställs från sciencedirect.com.
3. Mei, C. et al. (2019). Adjuvans av aluminiumfosfatvaccin: Analys av sammansättning och storlek med hjälp av off-line och in-line verktyg. Comput Struct Biotechnol J. 2019; 17: 1184-1194. Återställs från ncbi.nlm.nih.gov.
4. Qin, Z. et al. (2019). Synergistisk barriäreffekt av aluminiumfosfat på flamskyddande polypropylen baserat på ammoniumpolyfosfat / dipentaerytritolsystem. Materials and Design 181 (2019) 107913. Återställs från sciencedirect.com.
5. Vrieling, H. et al. (2019). Stabiliserade aluminiumfosfat-nanopartiklar som används som vaccinadjuvans. Kolloider och ytor B: Biointerfaces 181 (2019) 648-656. Återställs från sciencedirect.com.
6. Schaefer, C. (2007). Gastrointestinala läkemedel. Antacida. I droger under graviditet och amning (andra upplagan). Återställs från sciencedirect.com.
7. Rouquerol, F. et al. (1999). Egenskaper hos några nya adsorbenter. I adsorption av pulver och porösa fasta ämnen. Återställs från sciencedirect.com.