Alüminyum oksit - Aluminium oxide

Alüminyum oksit
(Alüminyum oksit)
Korundum-3D-balls.png
Alüminyum oksit2.jpg
tanımlayıcılar
3B model ( JSmol )
CHEMBL
Kimyasal Örümcek
İlaç Bankası
ECHA Bilgi Kartı 100.014.265 Bunu Vikiveri'de düzenleyin
AT Numarası
RTECS numarası
ÜNİİ
  • InChI=1S/2Al.3O/q2*+3;3*-2 KontrolY
    Anahtar: PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N KontrolY
  • InChI=1/2Al.3O/q2*+3;3*-2
    Anahtar: PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYAC
  • [Al+3].[Al+3].[O-2].[O-2].[O-2]
  • [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3]
Özellikler
Al 2 O 3
Molar kütle 101.960  g·mol -1
Dış görünüş beyaz katı
Koku kokusuz
Yoğunluk 3.987g / cm 3
Erime noktası 2.072 °C (3.762 °F; 2.345 K)
Kaynama noktası 2.977 °C (5.391 °F; 3.250 K)
çözünmez
çözünürlük tüm çözücülerde çözünmez
günlük P 0.31860
−37.0×10 −6 cm 3 /mol
Termal iletkenlik 30 W·m -1 ·K -1
n ω =1.768–1.772
n ε =1.760–1.763
Çift kırılma 0.008
Yapı
Köşeli , HR30
R, 3 , C (No 167)
a  = 478.5 pm, c  = 1299.1 pm
oktahedral
Termokimya
Std molar
entropi
( S o 298 )
50.92 J·mol -1 ·K -1
Std
oluşum entalpisi
f H 298 )
-1675,7 kJ/mol
Farmakoloji
D10AX04 ( WHO )
Tehlikeler
Güvenlik Bilgi Formu Bakınız: veri sayfası
GHS piktogramları GHS07: Zararlı
NFPA 704 (ateş elmas)
0
0
0
Alevlenme noktası Yanıcı değil
NIOSH (ABD sağlığa maruz kalma sınırları):
PEL (İzin Verilebilir )
OSHA 15 mg/m 3 (Toplam Toz)
OSHA 5 mg/m 3 (Solunabilir Fraksiyon)
ACGIH/TLV 10 mg/m 3
REL (Önerilen)
Yok
IDLH (Ani tehlike)
ND
Bağıntılı bileşikler
Diğer anyonlar
alüminyum hidroksit
alüminyum sülfür
alüminyum selenit
Diğer katyonlar
bor trioksit
galyum oksit
indiyum oksit
talyum oksit
Ek veri sayfası
Kırılma indisi ( n ),
Dielektrik sabitir ), vb.
termodinamik
veriler
Faz davranışı
katı-sıvı-gaz
UV , IR , NMR , MS
Aksi belirtilmedikçe, veriler standart durumdaki malzemeler için verilmiştir (25 °C [77 °F], 100 kPa'da).
KontrolY doğrulamak  ( nedir   ?) KontrolY☒n
Bilgi kutusu referansları

Alüminyum oksit a, kimyasal bileşik arasında alüminyum ve oksijen ile kimyasal formül Al 2 O 3 . Birkaç alüminyum oksitten en yaygın olarak meydana gelendir ve özellikle alüminyum(III) oksit olarak tanımlanır . Genellikle alümina olarak adlandırılır ve belirli formlara veya uygulamalara bağlı olarak aloksit , aloksit veya alundum olarak da adlandırılabilir . Çeşitleri değerli taşlar yakut ve safir oluşturan mineral korundum olarak kristal polimorfik fazı α-Al 2 O 3'te doğal olarak oluşur . Al 2 O 3 , sertliği nedeniyle aşındırıcı olarak ve yüksek erime noktası nedeniyle refrakter malzeme olarak alüminyum metali üretmek için kullanımında önemlidir .

Doğal oluşum

Korindon , alüminyum oksitin en yaygın doğal olarak oluşan kristal formudur. Yakutlar ve safirler , karakteristik renklerini iz safsızlıklarına borçlu olan mücevher kalitesinde korundum formlarıdır. Yakutlara karakteristik koyu kırmızı rengi ve lazer kaliteleri eser miktarda krom tarafından verilir . Safirler, demir ve titanyum gibi çeşitli diğer safsızlıklar tarafından verilen farklı renklerde gelir. Son derece nadir bir δ formu, mineral deltalumit olarak ortaya çıkar.

Özellikler

Toz halinde alüminyum oksit.
Toz halinde alüminyum oksit.

Al 2 O 3 bir elektrik yalıtkanıdır ancak bir seramik malzeme için nispeten yüksek bir termal iletkenliğe ( 30 Wm -1 K -1 ) sahiptir. Alüminyum oksit suda çözünmez. Korundum veya α-alüminyum oksit adı verilen en yaygın kristal formundaki sertliği, onu bir aşındırıcı olarak ve kesici aletlerde bir bileşen olarak kullanıma uygun hale getirir .

Alüminyum oksit, metalik alüminyumun hava koşullarına karşı direncinden sorumludur . Metalik alüminyum, atmosferik oksijenle çok reaktiftir ve yüzlerce pikosaniye içinde herhangi bir açıkta kalan alüminyum yüzeyde ince bir alüminyum oksit pasivasyon tabakası (4 nm kalınlık) oluşur. Bu katman metali daha fazla oksidasyondan korur. Bu oksit tabakasının kalınlığı ve özellikleri, anotlama adı verilen bir işlem kullanılarak geliştirilebilir . Alüminyum bronzları gibi bir dizi alaşım , korozyon direncini arttırmak için alaşıma bir miktar alüminyum ekleyerek bu özellikten yararlanır. Eloksal ile üretilen alüminyum oksit tipik olarak amorftur , ancak plazma elektrolitik oksidasyon gibi deşarj destekli oksidasyon prosesleri , kaplamada önemli bir oranda kristal alüminyum oksit ile sonuçlanır ve sertliğini arttırır .

Alüminyum oksit, 1988 yılında Amerika Birleşik Devletleri Çevre Koruma Ajansı'nın kimyasallar listelerinden çıkarıldı . Alüminyum oksit, lifli bir form ise , EPA'nın Toksik Salınım Envanteri listesindedir.

amfoterik doğa

Alüminyum oksit, bir amfoterik her iki ile reaksiyona, yani madde asitler ve bazlar gibi, hidroflorik asit ve sodyum hidroksit , bir baz ile bir asit ve bir asit ile, bir baz olarak etkiyen diğer nötralize edilmesi ve bir tuz üretmek.

Al 2 O 3 + 6 HF → 2 AlF 3 + 3 H 2 O
Al 2 O 3 + 2 NaOH + 3 H 2 O → 2 NaAl(OH) 4 ( sodyum alüminat )

Yapı

Brezilya'dan korindon , boyutu yaklaşık 2 × 3 cm.

Kristal alüminyum oksitin en yaygın biçimi , termodinamik olarak kararlı biçim olan korundum olarak bilinir . Oksijen iyonları , oktahedral boşlukların üçte ikisini dolduran alüminyum iyonları ile neredeyse altıgen sıkı paketli bir yapı oluşturur. Her Al 3+ merkezi oktahedraldir . Bunu açısından kristalografisi , korindon bir aday olarak bir köşeli Bravis kafes bir ile boşluk grubu içinde R, 3 , c (Uluslararası Tablolar numarası 167). İlkel hücre , alüminyum oksit, iki, formül üniteleri ihtiva eder.

Alüminyum oksit ayrıca kübik γ ve η fazları, monoklinik θ fazı, altıgen χ fazı, ortorombik κ fazı ve tetragonal veya ortorombik olabilen δ fazı dahil olmak üzere diğer yarı kararlı fazlarda da bulunur. Her biri benzersiz bir kristal yapıya ve özelliklere sahiptir. Kübik γ-Al 2 O 3 önemli teknik uygulamalara sahiptir. Sözde β-Al 2 O 3'ün NaAl 11 O 17 olduğu kanıtlandı .

Erime sıcaklığına yakın erimiş alüminyum oksit kabaca 2/3 tetrahedraldir (yani Al'nin 2/3'ü 4 oksijen komşusu ile çevrilidir) ve 1/3 5-koordinatlıdır, çok az (<%5) oktahedral Al-O bulunur . Oksijen atomlarının yaklaşık %80'i üç veya daha fazla Al-O çokyüzlü arasında paylaşılır ve çokyüzlüler arası bağlantıların çoğu köşe paylaşımıdır, kalan %10-20'si ise kenar paylaşımıdır. Erime üzerine sekiz-dökümü, nispeten büyük bir hacim artışı (~% 33) eşlik eder, erime noktasının sıvı yakın yoğunluğu 2.93 g / cm 3 . Erimiş alüminyum yapısı sıcaklığa bağlıdır ve tetrahedral AIO pahasına, soğutma (ve iyi süper-soğutulması) sırasında, 5- ve 6-kat alüminyum artar fraksiyonudur 4 lokal yapısal düzenlemeler amorf alümina bulunan yaklaşırken, birim.

Üretme

Alüminyum hidroksit mineralleri, alüminyumun ana cevheri olan boksitin ana bileşenidir . Mineral karışımı da dahil olmak üzere, boksit cevheri ihtiva gibsit (AI (OH) 3 ), böhmit (γ-AIO (OH)), ve diyaspor (α-AIO (OH)), ve saf olmayan maddeler ile birlikte , demir oksit ve hidroksitler, kuvars ve kil mineralleri . Boksitler lateritlerde bulunur . Boksit, Bayer prosesi ile saflaştırılır :

Al 2 O 3 + H 2 O + NaOH → NaAl(OH) 4
Al(OH) 3 + NaOH → NaAl(OH) 4

SiO 2 dışında boksitin diğer bileşenleri bazda çözünmez. Temel karışımın süzülmesi üzerine, Fe 2 O 3 kaldırılır. Bayer likörü soğutulduğunda, Al(OH) 3 çökerek silikatları çözelti içinde bırakır.

NaAl(OH) 4 → NaOH + Al(OH) 3

Katı Al(OH) 3 Gibsit daha sonra kalsine edilir (1100 °C'nin üzerine ısıtılır) ve alüminyum oksit verir:

2 Al(OH) 3 → Al 2 O 3 + 3 H 2 O

Alüminyum oksit ürünü çok fazlı olma eğilimindedir, yani yalnızca korundumdan ziyade birkaç alüminyum oksit fazından oluşur . Bu nedenle üretim süreci, özel bir ürün üretmek için optimize edilebilir. Mevcut fazların tipi, örneğin alüminyum oksit ürününün çözünürlüğünü ve gözenek yapısını etkiler ve bu da alüminyum üretim maliyetini ve kirlilik kontrolünü etkiler.

Uygulamalar

Malzeme bilimi topluluklarında alfa alümina veya madencilik ve seramik topluluklarında alundum (kaynaşmış formda) veya aloksit olarak bilinen alüminyum oksit geniş kullanım alanı bulmaktadır. 2015 yılında yıllık dünya alüminyum oksit üretimi yaklaşık 115 milyon ton olup, bunun %90'ından fazlası alüminyum metal üretiminde kullanılmaktadır. Özel alüminyum oksitlerin başlıca kullanım alanları refrakterler, seramikler, cilalama ve aşındırıcı uygulamalardır. Alüminanın türetildiği büyük tonajlarda alüminyum hidroksit, zeolitlerin imalatında, titanya pigmentlerinin kaplanmasında ve yangın geciktirici/duman önleyici olarak kullanılır.

Üretilen alüminyum oksidin %90'dan fazlası, normalde İzabe Sınıfı Alümina (SGA) olarak adlandırılır ve genellikle Hall-Héroult prosesi ile alüminyum üretimi için tüketilir . Normalde özel alümina olarak adlandırılan geri kalan kısım, eylemsizliğini, sıcaklık direncini ve elektrik direncini yansıtan çok çeşitli uygulamalarda kullanılır.

dolgu maddeleri

Oldukça kimyasal olarak inert ve beyaz olan alüminyum oksit, plastikler için tercih edilen bir dolgu maddesidir. Alüminyum oksit, güneş kreminde yaygın bir bileşendir ve bazen allık, ruj ve oje gibi kozmetiklerde de bulunur.

Bardak

Birçok cam formülasyonu, bir bileşen olarak alüminyum oksit içerir. Alüminosilikat cam, genellikle %5 ila %10 alümina içeren yaygın olarak kullanılan bir cam türüdür.

Kataliz

Alüminyum oksit, endüstriyel olarak yararlı olan çeşitli reaksiyonları katalize eder. En büyük ölçekli uygulamasında, alüminyum oksit, rafinerilerde hidrojen sülfür atık gazlarını elementel kükürte dönüştürmek için Claus sürecinde katalizördür . Alkollerin alkenlere dehidrasyonu için de yararlıdır .

Alüminyum oksit , hidrodesülfürizasyon ve bazı Ziegler-Natta polimerizasyonlarında kullanılanlar gibi birçok endüstriyel katalizör için katalizör desteği görevi görür .

Gaz arıtma

Alüminyum oksit, suyu gaz akımlarından uzaklaştırmak için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Aşındırıcı

Sertliği ve mukavemeti için alüminyum oksit kullanılır. Doğal olarak oluşan şekli Korindon , Mohs mineral sertliği ölçeğinde (elmanın hemen altında) 9'dur . Endüstriyel elmas için çok daha ucuz bir ikame de dahil olmak üzere bir aşındırıcı olarak yaygın olarak kullanılmaktadır . Birçok zımpara kağıdı türü alüminyum oksit kristalleri kullanır. Ek olarak, düşük ısı tutma ve düşük özgül ısısı , özellikle kesme aletleri olmak üzere taşlama işlemlerinde yaygın olarak kullanılmasını sağlar . Toz halinde aşındırıcı maden olarak aloxite , bu birlikte, önemli bir bileşeni olan silika bölgesinin işaret ucu kullanılan "tebeşir" bilardo . Alüminyum oksit tozu bazı CD / DVD polisaj ve çizik tamir takımlarında kullanılmaktadır. Diş macununda kullanımının arkasında da parlatıcı özelliği vardır. Ayrıca mikrodermabrazyonda , hem dermatologlar ve estetisyenler tarafından sağlanan makine işleminde hem de üretici talimatlarına göre kullanılan manuel bir dermal aşındırıcı olarak kullanılır.

Boya

Alüminyum oksit pulları, otomotiv veya kozmetik endüstrilerinde olduğu gibi, yansıtıcı dekoratif efektler için boyada kullanılır.

kompozit elyaf

Alüminyum oksit, yüksek performanslı uygulamalar için birkaç deneysel ve ticari fiber malzemede kullanılmıştır (örneğin, Fiber FP, Nextel 610, Nextel 720). Özellikle alümina nanolifleri bir araştırma alanı haline gelmiştir.

Kalkan, vucüt zırhı

Bazı vücut zırhları, çoğu tüfek tehdidine karşı etkinlik sağlamak için genellikle aramid veya UHMWPE desteğiyle birlikte alümina seramik plakalar kullanır. Alümina seramik zırh, yasal olduğu, ancak askeri sınıf olarak kabul edilmediği yargı bölgelerinde çoğu sivil için hazırdır.

aşınma koruması

Alüminyum oksit, anotlama veya plazma elektrolitik oksidasyon yoluyla alüminyum üzerinde bir kaplama olarak büyütülebilir (yukarıdaki "Özellikler" bölümüne bakın). Kaplamanın hem sertliği hem de aşınmaya dayanıklı özellikleri, alüminyum oksidin yüksek mukavemetinden kaynaklanır, ancak geleneksel doğru akım anotlama prosedürleriyle üretilen gözenekli kaplama tabakası, yalnızca sertleştirilmiş karbon çeliği ile karşılaştırılabilir olan 60-70 Rockwell sertlik C aralığındadır. alaşımlar, ancak doğal ve sentetik korindonun sertliğinden önemli ölçüde daha düşüktür. Bunun yerine, plazma elektrolitik oksidasyonu ile , kaplama yalnızca yüzey oksit tabakasında gözeneklidir, alt oksit tabakaları ise standart DC anotlama prosedürlerine göre çok daha kompakttır ve oksit tabakalarının yeniden eritilmesi ve α- elde etmek için yoğunlaştırılması nedeniyle daha yüksek bir kristallik sunar. 2000 Vickers sertliği dolaylarında çok daha yüksek kaplama sertliği değerlerine sahip Al2O3 kümeleri.

2005 yılında alüminyum oksit çıkışı

Alümina, yüksek aşınma alanlarını korumak için kömür yakıtlı elektrik santrallerinde toz haline getirilmiş yakıt hatlarının ve baca gazı kanallarının içine yapıştırılan karoların imalatında kullanılır. Bu karolar kırılgan ve kırılmaya karşı hassas oldukları için darbe kuvvetlerinin yüksek olduğu alanlar için uygun değildir.

Elektrik yalıtımı

Alüminyum oksit, entegre devreler için bir substrat ( safir üzerinde silikon ) olarak kullanılan bir elektrik yalıtkanıdır , aynı zamanda tek elektron transistörleri ve süper iletken kuantum girişim cihazları ( SQUID'ler ) gibi süper iletken cihazların imalatı için bir tünel bariyeri olarak kullanılır .

İnce bir filmin konformal büyümesinin bir ön koşul olduğu ve tercih edilen büyüme modunun atomik katman biriktirme olduğu entegre devrelerde elektrik yalıtkanı olarak uygulanması için , Al 2 O 3 filmleri, trimetilalüminyum (Al(CH) arasındaki kimyasal değişim ile hazırlanabilir. 3 ) 3 ), H 2 A:

2 Al(CH 3 ) 3 + 3 H 2 O → Al 2 O 3 + 6 CH 4

Yukarıdaki reaksiyondaki H 2 O , aktif oksitleyici olarak ozon (O 3 ) ile değiştirilebilir ve ardından aşağıdaki reaksiyon gerçekleşir:

2 Al(CH 3 ) 3 + O 3 → Al 2 O 3 + 3 C 2 H 6

Al 2 O 3 filmler O kullanılarak hazırlandı 3 10-100 kat H ile elde edilen ile karşılaştırıldığında kaçak akım yoğunluğu daha düşük göstermek 2 O.

Nispeten geniş bant aralığına sahip bir dielektrik olan alüminyum oksit, kapasitörlerde yalıtkan bir bariyer olarak kullanılır .

Başka

Aydınlatmada bazı sodyum buharlı lambalarda şeffaf alüminyum oksit kullanılmaktadır . Alüminyum oksit, kompakt floresan lambalarda kaplama süspansiyonlarının hazırlanmasında da kullanılır .

Kimya laboratuvarlarında, alüminyum oksit, bazik (pH 9.5), asidik (sudayken pH 4.5) ve nötr formülasyonlarda bulunan kromatografi için bir ortamdır .

Sağlık ve tıbbi uygulamalar, kalça protezlerinde ve doğum kontrol haplarında bir malzeme olarak içerir .

Optik olarak uyarılmış lüminesans özellikleri nedeniyle radyasyondan korunma ve terapi uygulamaları için bir sintilatör ve dozimetre olarak kullanılır .

Yüksek sıcaklıklı fırınların yalıtımı genellikle alüminyum oksitten üretilir. Bazen yalıtım, malzemenin sıcaklık derecesine bağlı olarak değişen yüzdelerde silika içerir. Yalıtım, çeşitli uygulama gereksinimleri için battaniye, levha, tuğla ve gevşek lif formlarında yapılabilir.

Küçük alüminyum oksit parçaları genellikle kimyada kaynayan parçacıklar olarak kullanılır .

Ayrıca buji izolatörleri yapmak için kullanılır .

Bir kullanma plazma püskürtme ile işlem ve karışık titanya , bazı frenleme yüzeyi üzerine kaplanır bisiklet aşınma ve aşınma direnci temin etmek üzere kenarlar.

Oltalardaki çoğu seramik göz, alüminyum oksitten yapılmış dairesel halkalardır.

Diamantine adı verilen en ince toz halinde (beyaz) alüminyum oksit, saat yapımında ve saat yapımında üstün bir parlatma aşındırıcısı olarak kullanılır.

Alüminyum oksit, motokros ve dağ bisikleti endüstrisindeki payandaların kaplanmasında da kullanılır. Bu kaplama, yüzeyin uzun süreli yağlanmasını sağlamak için molibdenumdisülfat ile birleştirilir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar