ФОСФАТ АЛЮМИНИЯ (ALPO4): СОСТАВ, СВОЙСТВА, ПОЛУЧЕНИЕ, ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2025

Фосфат алюминия , представляет собой неорганическое твердое вещество с помощью алюминиевого иона к ³⁺ и фосфат ионов PO ₄ ^3- . Его химическая формула - AlPO ₄ . Это белое твердое вещество, кристаллическая структура которого похожа на кремнезем SiO ₂ . Не растворяется в воде.

Его можно получить из оксида алюминия (Al ₂ O ₃ ) и фосфорной кислоты (H ₃ PO ₄ ). Его также можно получить, исходя из водных растворов хлорида алюминия (AlCl ₃ ) и фосфата натрия (Na ₃ PO ₄ ).

Фосфат алюминия AlPO ₄ . Ондржей Мангл. Источник: Wikimedia Commons.

Фосфат алюминия имеет очень высокую температуру плавления, поэтому он широко используется в качестве компонента термостойкой керамики, то есть, керамики, которые выдерживают очень высокие температуры.

Он также используется в качестве антацида для желудка, в смесях для восстановления зубов и в качестве адъюванта к вакцинам, то есть для стимуляции иммунного ответа организма.

Некоторые огнеупорные бетоны содержат в своем составе AlPO ₄ , что увеличивает механические и высокотемпературные поддерживающие свойства этого типа цемента.

Он использовался в качестве защитного экрана для предотвращения горения горючих материалов, таких как определенные полимеры.

Структура

AlPO ₄ состоит из катиона алюминия Al ³⁺ и аниона PO ₄ ^3- фосфата .

Ионная структура фосфата алюминия. Автор: Марилу Стеа.

Кристаллический фосфат алюминия также называют берлинитом или альфа-фазой (α-AlPO ₄ ), и его кристаллы похожи на кварц.

Синтетические кристаллы берлинита (α-AlPO ₄ ). DMGualtieri. Источник: Wikimedia Commons.

Альфа-фаза фосфата алюминия представляет собой твердое тело, образованное ковалентной сеткой тетраэдров PO ₄ и AlPO _4, которые чередуются и связаны атомами кислорода.

Эта структура изоморфна кремнезему, то есть имеет ту же форму, что и кремнезем SiO ₂ .

Номенклатура

- фосфат алюминия

- Монофосфат алюминия

- Алюминиевая соль фосфорной кислоты.

свойства

Физическое состояние

Кристаллическое белое твердое вещество.

Молекулярный вес

121,93 г / моль

Температура плавления

1800 ºC

плотность

2,56 г / см ³

Растворимость

Не растворим в воде

Другие свойства

Структура AlPO ₄ очень похожа на структуру кремнезема SiO ₂ , поэтому он разделяет с ним многие физические и химические свойства.

Фосфат алюминия - это очень тугоплавкий материал, то есть он выдерживает очень высокие температуры, не меняя своего физического состояния или структуры и не разлагаясь.

Кристаллический AlPO ₄ или берлинит при нагревании превращается в структуру типа тридимита, а затем в структуру типа кристобалита, другие формы этого соединения, которые напоминают кремнезем SiO ₂ .

Фосфат алюминия. Chemicalinterest. Источник: Wikimedia Commons.

получение

Фосфат алюминия AlPO ₄ может быть получен реакцией между фосфорной кислотой H ₃ PO ₄ и оксидом алюминия Al ₂ O ₃ . Требуется температура нанесения, например, от 100 до 150 ° C.

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

Его также можно получить путем соединения водного раствора хлорида алюминия AlCl ₃ с водным раствором фосфата натрия Na ₃ PO ₄ :

AlCl ₃ + Na ₃ PO ₄ = AlPO ₄ + 3 NaCl

Использование в керамике

Фосфат алюминия AlPO ₄ часто входит в состав глиноземной керамики.

Керамика с высоким содержанием глинозема - один из материалов, который из-за своей твердости используется в приложениях, требующих сопротивления высоким нагрузкам и суровым условиям.

Этот тип керамики устойчив к коррозии, воздействию высоких температур, присутствию горячего пара или восстановительной атмосфере, такой как оксид углерода (CO).

Керамика из глинозема также имеет низкую электрическую и теплопроводность, поэтому ее используют для изготовления огнеупорных кирпичей и электроизоляционных компонентов.

Огнеупорный кирпич для футеровки , которые могут содержать AlPO ₄ фосфат алюминия . Эти кирпичи защищают от высоких температур. Alexknight12. Источник: Wikimedia Commons.

Поскольку фосфат алюминия образуется при гораздо более низкой температуре, чем кремнезем SiO ₂ , его дешевле производить, что является преимуществом при производстве керамики, подходящей для требовательных услуг.

Производство керамики из фосфата алюминия

В водной среде _{используются} оксид алюминия Al ₂ O ₃ и фосфорная кислота H ₃ PO ₄ .

Предпочтительный pH пласта составляет 2-8, поскольку существует множество растворенных форм фосфорной кислоты, таких как H ₂ PO ₄ ^- и HPO ₄ ^2- . При кислом pH концентрация ионов Al ³⁺ высока, что связано с растворением оксида алюминия Al ₂ O ₃ .

Во- первых, гидратированный алюминий дифосфат trihydrogen AlH ₃ (PO ₄ ) ₂ · H ₂ O гель образуется :

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

Однако наступает время, когда pH раствора падает и становится нейтральным, когда оксид алюминия Al ₂ O ₃ имеет низкую растворимость. В это время нерастворимый оксид алюминия образует слой на поверхности частиц, предотвращающий продолжение реакции.

Поэтому необходимо увеличить растворимость оксида алюминия, и это достигается осторожным нагреванием. При нагревании до 150 ° C гель продолжает реакцию с оксидом алюминия Al ₂ O _3, высвобождая воду, и образуется кристаллический берлинит (альфа-AlPO ₄ ).

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

Берлинит связывает отдельные частицы и образует керамику.

Другое использование

AlPO ₄ используется как антацид, как адсорбент, как молекулярное сито, как носитель катализатора и как покрытие для повышения устойчивости к горячей коррозии. Вот и другие приложения.

При получении бетона

Фосфат алюминия входит в состав огнеупорных или жаропрочных бетонов.

Он придает этим бетонам прекрасные механические и преломляющие свойства, такие как термостойкость. В диапазоне температур 1400-1600 ° C ячеистый бетон на основе фосфата алюминия является одним из наиболее эффективных материалов в качестве теплоизолятора.

Не требует сушки, его отверждение достигается за счет самораспространяющейся экзотермической реакции. Из этого материала можно приготовить кирпичи любой формы и размера.

В стоматологических цементах

Фосфат алюминия входит в состав стоматологических цементов или материалов, используемых для лечения разрушенных зубов.

В стоматологических цементах оксид алюминия используется в качестве замедлителя кислотно-основных реакций, где замедляющий эффект связан с образованием фосфата алюминия на частицах других материалов.

Эти цементы обладают очень высоким сопротивлением сжатию и растяжению, что связано с присутствием фосфата алюминия.

Стоматологические цементы, используемые для заживления полостей, могут содержать фосфат алюминия. Автор: Рето Гербер. Источник: Pixabay.

В вакцинах

AlPO ₄ много лет использовался в различных вакцинах для человека для усиления иммунного ответа организма. Говорят, что AlPO ₄ является «адъювантом» вакцин. Механизм еще недостаточно изучен.

Известно, что иммуностимулирующий эффект AlPO ₄ зависит от процесса адсорбции антигена на адъюванте, то есть от того, как он к нему прикрепляется. Антиген - это соединение, которое при попадании в организм вырабатывает антитела для борьбы с определенным заболеванием.

Антигены могут адсорбироваться на AlPO _{4 за} счет электростатических взаимодействий или связывания с лигандами. Они адсорбируются на поверхности адъюванта.

Кроме того, считается, что размер частиц AlPO ₄ также имеет влияние. Чем меньше размер частиц, тем больше и продолжительнее ответ антител.

Вакцины могут содержать фосфат алюминия AlPO ₄ для повышения их эффективности. Автор: Тумису. Источник: Pixabay.

В качестве антипирена в полимерах

AlPO ₄ используется как антипирен и для предотвращения возгорания или горения некоторых полимеров.

Добавление AlPO ₄ к полипропиленовому полимеру, который уже содержит антипирен, вызывает синергетический эффект между обоими антипиренами, что означает, что эффект намного больше, чем эффект обоих антипиренов по отдельности.

Когда полимер сгорает или сжигается в присутствии AlPO ₄ , образуется метафосфат алюминия, который проникает через обугленную поверхность и заполняет поры и трещины на поверхности.

Это приводит к образованию высокоэффективного защитного экрана, предотвращающего возгорание или возгорание полимера. Другими словами, AlPO ₄ изолирует обугленную поверхность и предотвращает горение полимера.

С помощью AlPO _{4 можно} замедлить горение некоторых полимеров. Автор: Ганс Браксмайер. Источник: Pixabay.

Ссылки

1. Абызов, В.А. (2016). Легкий огнеупорный бетон на основе алюмо-магний-фосфатного связующего. Разработка процедур 150 (2016) 1440-1445. Восстановлено с sciencedirect.com.
2. Ваг, А.С. (2016). Керамика из фосфата алюминия. В химически связанной фосфатной керамике (второе издание). Глава 11. Восстановлено с sciencedirect.com.
3. Mei, C. et al. (2019). Адъювант вакцины на основе фосфата алюминия: анализ состава и размера с использованием автономных и встроенных инструментов. Comput Struct Biotechnol J. 2019; 17: 1184-1194. Восстановлено с ncbi.nlm.nih.gov.
4. Qin, Z. et al. (2019). Синергетический барьерный эффект фосфата алюминия на огнестойкий полипропилен на основе системы полифосфат аммония / дипентаэритрит. Материалы и дизайн 181 (2019) 107913. Получено с sciencedirect.com.
5. Vrieling, H. et al. (2019). Наночастицы стабилизированного фосфата алюминия, используемые в качестве адъюванта вакцины. Коллоиды и поверхности B: Биоинтерфейсы 181 (2019) 648-656. Восстановлено с sciencedirect.com.
6. Шефер, К. (2007). Желудочно-кишечные препараты. Антациды. В лекарствах во время беременности и кормления грудью (второе издание). Восстановлено с sciencedirect.com.
7. Rouquerol, F. et al. (1999). Свойства некоторых новых адсорбентов. При адсорбции порошками и пористыми телами. Восстановлено с sciencedirect.com.