АЛУМИНИЕВ ФОСФАТ (ALPO4): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРОИЗВОДСТВО, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На алуминиев фосфат е неорганична твърдо вещество от алуминиев йон на ³⁺ и фосфатен йон PO ₄ ^3-. Химическата му формула е AlPO ₄. Е бяло твърдо вещество, чиято кристална структура е подобна на тази на силикагел SiO ₂. Той е неразтворим във вода.

Може да се получи от алуминиев оксид (Al ₂ O ₃) и фосфорна киселина (H ₃ PO ₄). Той може да бъде получен като се излиза от водни разтвори на алуминиев хлорид (ALCL ₃) и натриев фосфат (Na ₃ PO ₄).

Алуминиев фосфат AlPO ₄. Онджей Мангл. Източник: Wikimedia Commons.

Алуминиевият фосфат има много висока точка на топене, поради което се използва широко като компонент на огнеупорна керамика, тоест керамика, която издържа на много високи температури.

Използва се и като антиацид за стомаха, в смеси за възстановяване на зъбите и като помощно средство към ваксините, тоест за стимулиране на имунния отговор на организма.

Някои огнеупорни бетони имат AlPO ₄ в състава си, което увеличава механичните и високотемпературни поддържащи свойства на този вид цимент.

Използва се като защитен щит за предотвратяване на изгаряне на горими материали, като някои полимери.

структура

AlPO ₄ е съставен от алуминиев катион Al ³⁺ и PO ₄ ^3- фосфатен анион.

Йонна структура на алуминиев фосфат. Автор: Marilú Stea.

Кристалният алуминиев фосфат се нарича още берлинит или алфа фаза (α-AlPO ₄) и неговите кристали са подобни на кварца.

Синтетични кристали от берлинит (α-AlPO ₄). DMGualtieri. Източник: Wikimedia Commons.

Алфа фазата на алуминиевия фосфат е твърдо вещество, образувано от ковалентна мрежа от тетраедри на PO ₄ и AlPO _4, които се редуват и са свързани с кислородни атоми.

Тази структура е изоморфна със силициев диоксид, тоест има същата форма като тази на силициев диоксид SiO ₂.

номенклатура

- Алуминиев фосфат

- Алуминиев монофосфат

- Алуминиева сол на фосфорна киселина.

Имоти

Физическо състояние

Кристално бяло твърдо вещество.

Молекулно тегло

121,93 g / mol

Точка на топене

1800 ºC

плътност

2,56 g / cm ³

разтворимост

Неразтворим във вода

Други свойства

Структурата на AlPO ₄ е много подобна на тази на силициев диоксид SiO ₂, така че споделя много физични и химични свойства с него.

Алуминиевият фосфат е силно огнеупорен материал, тоест издържа на много високи температури, без да променя физическото си състояние или структура и без да се разлага.

В кристалната ALPO ₄ или berlinite когато нагрява превръща в структура тип tridymite и след тип кристобалит структура, други форми на това съединение, което прилича силикагел силикагел с ₂.

Алуминиев фосфат. Chemicalinterest. Източник: Wikimedia Commons.

Получаване

Алуминиев фосфат ALPO ₄ може да бъде получено чрез взаимодействие между фосфорна киселина H ₃ PO ₄ и алуминиев Al ₂ O ₃. Необходимо е прилагане на температура, например между 100 и 150 ° C.

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

Тя може също така да бъдат получени чрез присъединяване на воден разтвор на алуминиев хлорид АЮЬ ₃ с воден разтвор на натриев фосфат Na ₃ PO ₄:

AlCl ₃ + Na ₃ PO ₄ = AlPO ₄ + 3 NaCl

Използвайте в керамиката

Алуминиевият фосфат AlPO ₄ често се намира в състава на алуминиевата керамика.

Керамиката с високо съдържание на алуминиев оксид е един от материалите, които поради своята твърдост се използват в приложения, където се изисква да издържат на големи натоварвания и тежки условия.

Този тип керамика е устойчива на корозия, на високотемпературна среда, на наличие на гореща пара или на намаляване на атмосферата, като въглероден окис (СО).

Алуминиевата керамика също има ниска електрическа и топлопроводимост, поради което се използва за изработка на огнеупорни тухли и електрически изолационни компоненти.

Огнеупорни тухлени накладки, които могат да съдържат AlPO ₄ алуминиев фосфат. Тези тухли предпазват от високи температури. Alexknight12. Източник: Wikimedia Commons.

Тъй като алуминиевият фосфат се образува при много по-ниска температура от силициев диоксид SiO ₂, той е по-евтин за производство, което е предимство при производството на керамика, подходяща за взискателни услуги.

Производство на алуминиев фосфат

Alumina Al ₂ O ₃ и фосфорна киселина H ₃ PO _{4 се използват} във водна среда.

Предпочитан рН на образуване е 2-8, тъй като има изобилие от разтварят киселина видове фосфорна, като Н ₂ PO ₄ ^- и HPO ₄ ^2-. В кисела рН концентрацията на Al ³⁺ йони е висока, идващи от разтварянето на Al ₂ O ₃ алуминиев оксид.

Първо, хидратиран алуминиев дифосфат трихидроген ALH ₃ (РО ₄) ₂.H ₂ O се образува гел:

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

Но идва момент, когато рН на разтвора спада и става неутрален, когато алуминиевият двуокис Al ₂ O ₃ има ниска разтворимост. По това време неразтворимият алуминиев оксид образува слой на повърхността на частиците, предотвратявайки реакцията да продължи.

Следователно е необходимо да се увеличи разтворимостта на алуминиевия двуокис и това се постига чрез леко нагряване. При загряване до 150 ° С гелът продължава реакцията с алуминиев оксид Al ₂ O _3, освобождаващ вода и се образува кристален берлинит (алфа-AlPO ₄).

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

Берлинитът свързва отделните частици и образува керамиката.

Други приложения

AlPO ₄ се използва като антиацидно средство, като адсорбент, като молекулно сито, като подкрепа на катализатор и като покритие за подобряване на устойчивостта на гореща корозия. Ето и други приложения.

При получаване на бетон

Алуминиевият фосфат е съставка в огнеупорни или термоустойчиви бетони.

Той осигурява отлични механични и пречупващи свойства на тези бетони, като устойчивост на топлина. В температурния диапазон между 1400-1600 ° C, клетъчният бетон на основата на алуминиев фосфат е един от най-ефективните материали като топлоизолатор.

Не се нуждае от сушене, втвърдяването му се постига чрез саморазпространяваща се екзотермична реакция. Възможно е да се подготвят тухли от този материал с всякаква форма и размер.

В зъбни цименти

Алуминиевият фосфат е част от зъбните цименти или материали, използвани за лечение на гниещи зъби.

В зъбните цименти алуминиевият оксид се използва като модератор на киселинно-азотни реакции, при които модериращият ефект се дължи на образуването на алуминиев фосфат върху частиците на други материали.

Тези цименти представляват много висока устойчивост на компресия и напрежение, което се дължи на наличието на алуминиев фосфат.

Зъбните цименти, използвани за заздравяване на кухини, могат да съдържат алуминиев фосфат. Автор: Рето Гербер. Източник: Pixabay

Във ваксините

AlPO ₄ се използва от много години в различни човешки ваксини за подобряване на имунния отговор на организма. Казват, че AlPO ₄ е "добавка" към ваксините. Механизмът все още не е добре разбран.

Известно е, че имуностимулиращият ефект на AlPO ₄ зависи от процеса на адсорбция на антигена към адюванта, тоест от начина, по който той се придържа към него. Антигенът е съединение, което при влизане в тялото генерира образуването на антитела за борба със специфично заболяване.

Антигените могат да бъдат адсорбирани до AlPO ₄ чрез електростатични взаимодействия или чрез свързване с лиганди. Те се адсорбират върху повърхността на адюванта.

Освен това се смята, че размерът на частиците AlPO ₄ също оказва влияние. Колкото по-малък е размерът на частиците, реакцията на антителата е по-голяма и дълготрайна.

Ваксините могат да съдържат алуминиев фосфат AlPO ₄ за повишаване на тяхната ефективност. Автор: Тумису. Източник: Pixabay

Като забавител на горенето в полимерите

AlPO ₄ се използва като огнезащитно средство за предотвратяване на изгарянето или изгарянето на някои полимери.

Добавянето на AlPO ₄ към полипропиленов полимер, който вече има забавител на горенето, предизвиква синергичен ефект между двете забавители, което означава, че ефектът е много по-голям от този на двете огнезащитни средства поотделно.

Когато полимерът се изгаря или изгаря в присъствието на AlPO ₄, се образува алуминиев метафосфат, който прониква в овъглената повърхност и запълва порите и пукнатините на повърхността.

Това води до формирането на високоефективен защитен щит за предотвратяване на изгаряне или изгаряне на полимера. С други думи, AlPO ₄ запечатва овъглената повърхност и предотвратява изгарянето на полимера.

С AlPO ₄ изгарянето на някои полимери може да се забави. Автор: Ханс Браксмайер. Източник: Pixabay

Препратки

1. Абизов, VA (2016). Лек огнеупорен бетон на основата на алуминиево-магнезиево-фосфатно свързващо вещество. Procedia Engineering 150 (2016) 1440-1445. Възстановени от sciencedirect.com.
2. Wagh, AS (2016). Алуминиева фосфатна керамика. В химически свързана фосфатна керамика (второ издание). Глава 11. Възстановена от sciencedirect.com.
3. Mei, C. et al. (2019). Адювант за ваксина на алуминиев фосфат: Анализ на състава и размера с използване на инструменти за офлайн и линия. Comput Struct Biotechnol J. 2019; 17: 1184-1194. Възстановени от ncbi.nlm.nih.gov.
4. Qin, Z. et al. (2019). Синергичен бариерен ефект на алуминиевия фосфат върху огнеупорен полипропилен на базата на амониев полифосфат / дипентаеритритол система. Материали и дизайн 181 (2019) 107913. Възстановено от sciencedirect.com.
5. Vrieling, H. et al. (2019). Стабилизирани наночастици от алуминиев фосфат, използвани като ваксинен адювант. Колоиди и повърхности B: Биоинтерфейси 181 (2019) 648-656. Възстановени от sciencedirect.com.
6. Schaefer, C. (2007). Стомашно-чревни лекарства. Антиациди. При лекарства по време на бременност и кърмене (второ издание). Възстановени от sciencedirect.com.
7. Rouquerol, F. et al. (1999 г.). Свойства на някои нови адсорбенти. При адсорбция чрез прахове и порести твърди частици. Възстановени от sciencedirect.com.