- estructura
- Nomenclatura
- propietats
- estat físic
- pes molecular
- Punt de fusió
- densitat
- solubilitat
- altres propietats
- obtenció
- Utilització a ceràmiques
- Fabricació de ceràmica de fosfat d'alumini
- altres usos
- En l'obtenció de concret
- En ciments dentals
- en vacunes
- Com retardant de flama en polímers
- referències
El fosfat d'alumini és un sòlid inorgànic format per un ió alumini A l' 3+ i un ió fosfat PO 4 3-. La seva fórmula química és ALPO 4. Es tracta d'un sòlid blanc l'estructura cristal·lina és semblant a la de la sílice SiO 2. És insoluble en aigua.
Es pot obtenir a partir d'alúmina (A l' 2 O 3) i àcid fosfòric (H 3 PO 4). També es pot obtenir partint de solucions aquoses de clorur d'alumini (AlCl 3) i fosfat de sodi (Na 3 PO 4).
Fosfat d'alumini ALPO 4. Ondřej Mangl. Font: Wikimedia Commons.
El fosfat d'alumini té un punt de fusió molt alt, pel que és molt utilitzat com a component de ceràmiques refractàries, és a dir, ceràmiques que aguanten temperatures molt altes.
S'empra a més com antiàcid per a l'estómac, en barreges per a la reparació de les dents i com a adjuvant de vacunes, és a dir, per estimular la resposta immune de l'organisme.
Alguns concrets refractaris posseeixen ALPO 4 en la seva composició, el qual incrementa les propietats mecàniques i de suport d'altes temperatures d'aquest tipus de ciments.
Ha estat utilitzat com a escut protector per evitar que es cremin materials combustibles com certs polímers.
estructura
El Alpo 4 està format per un catió alumini A l' 3+ i un anió fosfat PO 4 3-.
Estructura iònica de l'fosfat d'alumini. Autora: Marilú Stea.
El fosfat d'alumini cristal·lí es denomina també berlinita o fase alfa (α-ALPO 4) i els seus cristalls són similars a el quars.
Cristalls de berlinita sintètica (α-ALPO 4). DMGualtieri. Font: Wikimedia Commons.
La fase alfa de el fosfat d'alumini és un sòlid format per una xarxa covalent de tetraedres de PO 4 i ALPO 4 que s'alternen i estan units pels àtoms d'oxigen.
Aquesta estructura és isomorfa amb la sílice, és a dir, té la mateixa forma que la de la sílice SiO 2.
Nomenclatura
- Fosfat d'alumini
- monofosfat d'alumini
- Sal d'alumini de l'àcid fosfòric.
propietats
estat físic
Sòlid blanc cristal·lí.
pes molecular
121,93 g / mol
Punt de fusió
1800 ºC
densitat
2,56 g / cm 3
solubilitat
Insoluble en aigua
altres propietats
L'estructura de l'ALPO 4 és molt similar a la de la sílice SiO 2, de manera que comparteix moltes propietats físiques i químiques d'aquesta.
El fosfat d'alumini és un material altament refractari, és a dir, resisteix temperatures molt altes sense canviar el seu estat físic ni la seva estructura i sense descompondre.
El Alpo 4 cristal·lí o berlinita quan s'escalfa es converteix a una estructura tipus tridimita i després tipus cristobalita, altres formes d'aquest compost que el s'assemblen a la sílice SiO 2.
Fosfat d'alumini. Chemicalinterest. Font: Wikimedia Commons.
obtenció
El fosfat d'alumini ALPO 4 es pot obtenir mitjançant la reacció entre l'àcid fosfòric H 3 PO 4 i alúmina A l' 2 O 3. Es requereix aplicació de temperatura, per exemple entre 100 i 150 ° C.
A l' 2 O 3 + 2 H 3 PO 4 = 2 ALPO 4 + 3 H 2 O
També es pot obtenir unint una solució aquosa de clorur d'alumini AlCl 3 amb una solució aquosa de fosfat de sodi Na 3 PO 4:
AlCl 3 + Na 3 PO 4 = ALPO 4 +3 NaCl
Utilització a ceràmiques
El fosfat d'alumini ALPO 4 es troba sovint en la constitució de les ceràmiques d'alúmina.
La ceràmica amb alt contingut d'alúmina és un dels materials que per la seva duresa s'utilitza en aplicacions en les quals es requereix resistir altes càrregues i condicions severes.
Aquest tipus de ceràmica és resistent a la corrosió, a ambients amb alta temperatura, a la presència de vapor calent o en atmosferes reductores com la de monòxid de carboni (CO).
La ceràmica d'alúmina també posseeix baixa conductivitat elèctrica i tèrmica, per la qual cosa s'utilitza per fer maons refractaris i components aïllants de l'electricitat.
Revestiment de maons refractaris els quals poden contenir fosfat d'alumini ALPO 4. Aquests maons protegeixen de les altes temperatures. Alexknight12. Font: Wikimedia Commons.
A causa que el fosfat d'alumini es forma a una temperatura molt menor que la sílice SiO 2, la seva producció és més econòmica, el que constitueix un avantatge en la fabricació de ceràmiques adequades a serveis exigents.
Fabricació de ceràmica de fosfat d'alumini
S'empren alúmina A l' 2 O 3 i àcid fosfòric H 3 PO 4 al mig aquós.
El pH de formació preferit és 2-8, ja que hi ha abundància d'espècies d'àcid fosfòric dissoltes, com H 2 PO 4 - i HPO 4 2-. A pH àcid la concentració d'ions A l' 3+ és alta, provinents de la dissolució de l'alúmina A l' 2 O 3.
En primer lloc es forma un gel de trihidrógeno difosfat d'alumini hidratat AlH 3 (PO 4) 2.H 2 O:
A l' 3+ + H 2 PO 4 - + HPO 4 2- + H 2 O ⇔ AlH 3 (PO 4) 3.H 2 O
No obstant això, arriba un moment que el pH de la solució baixa i es torna neutre, on l'alúmina A l' 2 O 3 presenta una baixa solubilitat. En aquest moment l'alúmina insoluble forma una capa sobre la superfície de les partícules impedint que continuï la reacció.
Per tant és necessari augmentar la solubilitat de l'alúmina i això s'aconsegueix escalfant suaument. A l'escalfar a 150 ° C el gel continua la reacció amb alúmina A l' 2 O 3 alliberant aigua i es forma la berlinita cristal·lina (alfa-ALPO 4).
A l' 2 O 3 + 2 AlH 3 (PO 4) 3.H 2 O → ALPO 4 + 4 H 2 O
La berlinita uneix les partícules individuals i es forma la ceràmica.
altres usos
El Alpo 4 s'empra com antiàcid, com adsorbent, com tamís molecular, com a suport de catalitzadors i com a recobriment per millorar la resistència a la corrosió en calent. A continuació altres aplicacions.
En l'obtenció de concret
El fosfat d'alumini és un ingredient dels concrets refractaris o concrets resistents a la calor.
Proporciona excel·lents propietats mecàniques i refractants a aquests concrets, com ara resistència a la calor. En l'interval de temperatura entre 1400-1600 ° C el concret cel·lular basat en fosfat d'alumini és un dels materials més eficients com a aïllant tèrmic.
No requereix assecat, el seu enduriment s'aconsegueix mitjançant una reacció exotèrmica autopropagada. És possible preparar maons d'aquest material de qualsevol forma i mida.
En ciments dentals
El fosfat d'alumini forma part dels ciments dentals o materials que s'empren per curar la dentadura cariada.
En els ciments dentals l'alúmina es fa servir com a moderador de reaccions àcid-base, on l'efecte moderador es deu a la formació de fosfat d'alumini sobre les partícules d'altres materials.
Aquests ciments presenten una molt alta resistència a la compressió ia la tensió, la qual és deguda a la presència de l'fosfat d'alumini.
Els ciments dentals utilitzats per curar càries poden contenir fosfat d'alumini. Autor: Repte Gerber. Font: Pixabay.
en vacunes
El Alpo 4 ha estat usat des de fa molts anys en diverses vacunes humanes per millorar la resposta immunitària de l'organisme. Es diu que el ALPO 4 és un "adjuvant" de les vacunes. El mecanisme encara no es comprèn bé.
Se sap que l'efecte immunoestimulant de l'ALPO 4 depèn de l'procés d'adsorció de l'antigen a l'adjuvant, és a dir, de la forma en què s'adhereix a aquest. Un antigen és un compost que a l'entrar en l'organisme genera la formació d'anticossos per combatre una malaltia específica.
Els antígens es poden absorbir a l'ALPO 4 per interaccions electrostàtiques o per la unió amb lligands. S'adsorben sobre la superfície de l'adjuvant.
Es creu a més que la mida de les partícules de ALPO 4 també té influència. A menor mida de partícula la resposta de l'anticòs és més gran i més duradora.
Les vacunes poden contenir fosfat d'alumini ALPO 4 per augmentar la seva efectivitat. Autor: Tumisu. Font: Pixabay.
Com retardant de flama en polímers
El Alpo 4 s'ha utilitzat com ignífug i evitar la combustió o cremat de certs polímers.
L'addició d'ALPO 4 a un polímer de polipropilè que ja posseeix un retardant de flama fa que es produeixi un efecte sinèrgic entre ambdós retardadors, el que significa que l'efecte és molt més gran que el de tots dos ignífugs per separat.
Quan el polímer és sotmès a combustió o cremat en presència de Alpo 4, es forma un metafosfat d'alumini que penetra a la superfície carbonitzada i omple els porus i esquerdes d'aquesta.
Això condueix a la formació d'un escut protector d'alta eficiència per evitar el cremat o combustió de l'polímer. En altres paraules el ALPO 4 segella la superfície carbonitzada i evita que el polímer es cremi.
Amb el Alpo 4 es pot retardar la combustió de certs polímers. Autor: Hans Braxmeier. Font: Pixabay.
referències
- Abyzov, VA (2016). Lightweight Refractory Concrete Based on Aluminum-Magnesium-Phosphate Binder. Procedia Engineering 150 (2016) 1440-1445. Recuperat de sciencedirect.com.
- Wagh, AS (2016). Aluminum Phosphate Ceramics. In Chemically Bonded Phosphate Ceramics (Second Edition). Chapter 11. Recuperat de sciencedirect.com.
- Mei, C. et al. (2019). Aluminum Phosphate Vaccine adjuvant: Analysis of Composition and Size Using Off-Line and In-Line Tools. Comput Struct Biotechnol J. 2019; 17: 1184-1194. Recuperat de ncbi.nlm.nih.gov.
- Qin, Z. et al. (2019). Synergistic barrier effect of aluminum phosphate on Flame Retardant polypropylene based on ammonium Polyphosphate / dipentaerythritol system. Materials and Design 181 (2019) 107913. Recuperat de sciencedirect.com.
- Vrieling, H. et al. (2019). Stabilised aluminium phosphate nanoparticles used as vaccine adjuvant. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 181 (2019) 648-656. Recuperat de sciencedirect.com.
- Schaefer, C. (2007). Gastrointestinal drugs. Antacids. In Drugs During Pregnancy and Lactation (Second Edition). Recuperat de sciencedirect.com.
- Rouquerol, F. et al. (1999). Properties of Some Novell Adsorbents. In Adsorption by Powders and Porous Solids. Recuperat de sciencedirect.com.