- Structuur
- Nomenclatuur
- Eigendommen
- Fysieke toestand
- Molecuulgewicht
- Smeltpunt
- Dichtheid
- Oplosbaarheid
- Andere eigenschappen
- Het verkrijgen van
- Gebruik in keramiek
- Aluminiumfosfaat keramische productie
- Andere gebruiken
- Bij het verkrijgen van beton
- In tandcementen
- In vaccins
- Als vlamvertrager in polymeren
- Referenties
Het aluminiumfosfaat is een anorganische vaste stof gevormd door een aluminiumion naar de 3+ en een fosfaationen PO 4 3- . De chemische formule is AlPO 4 . Het is een witte vaste stof waarvan de kristallijne structuur vergelijkbaar is met die van silica SiO 2 . Het is onoplosbaar in water.
Het kan worden verkregen uit aluminiumoxide (Al 2 O 3 ) en fosforzuur (H 3 PO 4 ). Het kan ook worden verkregen uitgaande van waterige oplossingen van aluminiumchloride (AlCl 3 ) en natriumfosfaat (Na 3 PO 4 ).
Aluminiumfosfaat AlPO 4 . Ondřej Mangl. Bron: Wikimedia Commons.
Aluminiumfosfaat heeft een zeer hoog smeltpunt en daarom wordt het veel gebruikt als onderdeel van vuurvaste keramiek, dat wil zeggen keramiek dat bestand is tegen zeer hoge temperaturen.
Het wordt ook gebruikt als maagzuurremmer, in mengsels voor het herstel van tanden en als adjuvans bij vaccins, dat wil zeggen om de immuunrespons van het lichaam te stimuleren.
Sommige vuurvaste betonsoorten hebben AlPO 4 in hun samenstelling, wat de mechanische en hoge temperatuur ondersteunende eigenschappen van dit type cement verhoogt.
Het is gebruikt als een beschermend schild om te voorkomen dat brandbare materialen, zoals bepaalde polymeren, verbranden.
Structuur
AlPO 4 bestaat uit een aluminiumkation Al 3+ en een fosfaatanion PO 4 3- .
Ionische structuur van aluminiumfosfaat. Auteur: Marilú Stea.
Kristallijn aluminiumfosfaat wordt ook wel berliniet of alfafase (α-AlPO 4 ) genoemd en de kristallen lijken op kwarts.
Synthetische berlinietkristallen (α-AlPO 4 ). DMGualtieri. Bron: Wikimedia Commons.
De alfafase van aluminiumfosfaat is een vaste stof die wordt gevormd door een covalent netwerk van tetraëders van PO 4 en AlPO 4 die elkaar afwisselen en met elkaar verbonden zijn door zuurstofatomen.
Deze structuur is isomorf met silica, dat wil zeggen, het heeft dezelfde vorm als silica SiO 2 .
Nomenclatuur
- Aluminiumfosfaat
- Aluminium monofosfaat
- Aluminiumzout van fosforzuur.
Eigendommen
Fysieke toestand
Kristallijne witte vaste stof.
Molecuulgewicht
121,93 g / mol
Smeltpunt
1800 ºC
Dichtheid
2,56 g / cm 3
Oplosbaarheid
Onoplosbaar in water
Andere eigenschappen
De structuur van AlPO 4 lijkt sterk op die van silica SiO 2 , dus het deelt veel fysische en chemische eigenschappen mee.
Aluminiumfosfaat is een zeer vuurvast materiaal, dat wil zeggen dat het bestand is tegen zeer hoge temperaturen zonder de fysische toestand of structuur te veranderen en zonder te ontbinden.
Het kristallijne AlPO 4 of berliniet verandert bij verhitting in een tridymiet-achtige structuur en vervolgens in een cristobaliet-achtige structuur, andere vormen van deze verbinding die lijken op silica SiO 2 .
Aluminiumfosfaat. Chemisch belang. Bron: Wikimedia Commons.
Het verkrijgen van
Aluminiumfosfaat AlPO 4 kan worden verkregen door de reactie tussen fosforzuur H 3 PO 4 en aluminiumoxide Al 2 O 3 . Temperatuurtoepassing is vereist, bijvoorbeeld tussen 100 en 150 ° C.
Al 2 O 3 + 2 H 3 PO 4 = 2 AlPO 4 + 3 H 2 O
Het kan ook worden verkregen door een waterige oplossing van aluminiumchloride AlCl 3 samen te voegen met een waterige oplossing van natriumfosfaat Na 3 PO 4 :
AlCl 3 + Na 3 PO 4 = AlPO 4 + 3 NaCl
Gebruik in keramiek
Aluminiumfosfaat AlPO 4 wordt vaak aangetroffen in de samenstelling van aluminiumoxide-keramiek.
Keramiek met een hoog gehalte aan aluminiumoxide is een van de materialen die vanwege zijn hardheid wordt gebruikt in toepassingen die bestand zijn tegen hoge belastingen en zware omstandigheden.
Dit type keramiek is bestand tegen corrosie, omgevingen met hoge temperaturen, de aanwezigheid van hete stoom of reducerende atmosferen zoals koolmonoxide (CO).
Alumina-keramiek heeft ook een lage elektrische en thermische geleidbaarheid, daarom wordt het gebruikt om vuurvaste stenen en elektrisch isolerende componenten te maken.
Vuurvaste baksteenbekleding die AlPO 4- aluminiumfosfaat kan bevatten . Deze stenen beschermen tegen hoge temperaturen. Alexknight 12. Bron: Wikimedia Commons.
Omdat aluminiumfosfaat vormt bij een veel lagere temperatuur dan silica SiO 2 , is goedkoper te produceren, wat een voordeel is bij de productie van keramiek geschikt voor veeleisende diensten.
Aluminiumfosfaat keramische productie
Alumina Al 2 O 3 en fosforzuur H 3 PO 4 worden gebruikt in waterig medium.
De vorming pH voorkeur 2-8 is, omdat er een overvloed aan opgeloste fosforzuur soorten, zoals H 2 PO 4 - en HPO 4 2- . Bij een zure pH is de concentratie van Al 3+ ionen hoog, afkomstig van het oplossen van Al 2 O 3 alumina .
Eerst wordt een gehydrateerde aluminiumdifosfaattriwaterstof AlH 3 (PO 4 ) 2 .H 2 O- gel gevormd :
Al 3+ + H 2 PO 4 - + HPO 4 2- + H 2 O ⇔ AlH 3 (PO 4 ) 3 .H 2 O
Er komt echter een tijd dat de pH van de oplossing daalt en neutraal wordt, waarbij het aluminiumoxide Al 2 O 3 een lage oplosbaarheid heeft. Op dit moment vormt het onoplosbare aluminiumoxide een laag op het oppervlak van de deeltjes waardoor de reactie niet kan worden voortgezet.
Daarom is het noodzakelijk om de oplosbaarheid van het aluminiumoxide te vergroten en dit wordt bereikt door zachtjes te verwarmen. Bij verhitting tot 150 ° C zet de gel de reactie voort met aluminiumoxide Al 2 O 3 waarbij water vrijkomt en wordt kristallijn berliniet (alfa-AlPO 4 ) gevormd.
Al 2 O 3 + 2 AlH 3 (PO 4 ) 3 .H 2 O → AlPO 4 + 4 H 2 O
Het berliniet bindt de afzonderlijke deeltjes en vormt het keramiek.
Andere gebruiken
AlPO 4 wordt gebruikt als antacidum, als adsorbens, als moleculaire zeef, als katalysatordrager en als coating om de weerstand tegen hete corrosie te verbeteren. Hier zijn andere toepassingen.
Bij het verkrijgen van beton
Aluminiumfosfaat is een ingrediënt in vuurvast of hittebestendig beton.
Het biedt uitstekende mechanische en refractieve eigenschappen aan dit beton, zoals weerstand tegen hitte. In het temperatuurbereik tussen 1400-1600 ° C is cellenbeton op basis van aluminiumfosfaat een van de meest efficiënte materialen als thermische isolator.
Het hoeft niet te worden gedroogd, de verharding wordt bereikt door een zichzelf voortplantende exotherme reactie. Het is mogelijk om stenen van dit materiaal in elke vorm en afmeting te maken.
In tandcementen
Aluminiumfosfaat maakt deel uit van tandcement of materialen die worden gebruikt om rotte tanden te genezen.
In tandcement wordt aluminiumoxide gebruikt als moderator van zuur-base-reacties, waarbij het matigende effect het gevolg is van de vorming van aluminiumfosfaat op de deeltjes van andere materialen.
Deze cementen hebben een zeer hoge weerstand tegen compressie en spanning, wat te wijten is aan de aanwezigheid van aluminiumfosfaat.
Tandcement dat wordt gebruikt om holtes te genezen, kan aluminiumfosfaat bevatten. Auteur: Reto Gerber. Bron: Pixabay.
In vaccins
AlPO 4 wordt al vele jaren in verschillende menselijke vaccins gebruikt om de immuunrespons van het lichaam te versterken. Van AlPO 4 wordt gezegd dat het een "adjuvans" voor vaccins is. Het mechanisme is nog niet goed begrepen.
Het is bekend dat het immuunstimulerende effect van AlPO 4 afhangt van het proces van adsorptie van het antigeen aan het adjuvans, dat wil zeggen van de manier waarop het zich eraan hecht. Een antigeen is een verbinding die bij binnenkomst in het lichaam de vorming van antilichamen genereert om een specifieke ziekte te bestrijden.
Antigenen kunnen worden geadsorbeerd aan A1PO 4 door elektrostatische interacties of door binding met liganden. Ze worden geadsorbeerd op het oppervlak van het adjuvans.
Verder wordt aangenomen dat de grootte van het AIPO 4 deeltjes beïnvloedt ook. Hoe kleiner de deeltjesgrootte, de antilichaamrespons is groter en duurt langer.
Vaccins kunnen aluminiumfosfaat AlPO 4 bevatten om hun effectiviteit te vergroten. Auteur: Tumisu. Bron: Pixabay.
Als vlamvertrager in polymeren
AlPO 4 is gebruikt als brandvertrager en om de verbranding of verbranding van bepaalde polymeren te voorkomen.
De toevoeging van AlPO 4 aan een polypropyleen polymeer dat al een vlamvertrager heeft zorgt voor een synergetisch effect tussen beide vertragers waardoor het effect veel groter is dan dat van beide brandvertragers afzonderlijk.
Wanneer het polymeer wordt verbrand of verbrand in aanwezigheid van AlPO 4 , wordt een aluminiummetafosfaat gevormd dat het verkoolde oppervlak binnendringt en de poriën en scheuren in het oppervlak vult.
Dit leidt tot de vorming van een zeer efficiënt beschermend schild om verbranding of verbranding van het polymeer te voorkomen. Met andere woorden, AlPO 4 dicht het verkoolde oppervlak af en voorkomt dat het polymeer verbrandt.
Met AlPO 4 kan de verbranding van bepaalde polymeren worden vertraagd. Auteur: Hans Braxmeier. Bron: Pixabay.
Referenties
- Abyzov, VA (2016). Licht vuurvast beton op basis van aluminium-magnesiumfosfaatbindmiddel. Procedia Engineering 150 (2016) 1440-1445. Opgehaald van sciencedirect.com.
- Wagh, AS (2016). Aluminiumfosfaatkeramiek. In chemisch gebonden fosfaatkeramiek (tweede editie). Hoofdstuk 11. Hersteld van sciencedirect.com.
- Mei, C. et al. (2019). Adjuvans met aluminiumfosfaatvaccin: analyse van samenstelling en grootte met behulp van offline en in-line tools. Comput Struct Biotechnol J. 2019; 17: 1184-1194. Opgehaald van ncbi.nlm.nih.gov.
- Qin, Z. et al. (2019). Synergetisch barrière-effect van aluminiumfosfaat op vlamvertragend polypropyleen op basis van ammoniumpolyfosfaat / dipentaerythritolsysteem. Materials and Design 181 (2019) 107913. Hersteld van sciencedirect.com.
- Vrieling, H. et al. (2019). Gestabiliseerde aluminiumfosfaatnanodeeltjes gebruikt als vaccinadjuvans. Colloïden en oppervlakken B: Biointerfaces 181 (2019) 648-656. Opgehaald van sciencedirect.com.
- Schaefer, C. (2007). Gastro-intestinale medicijnen. Antacida. In geneesmiddelen tijdens zwangerschap en borstvoeding (tweede editie). Opgehaald van sciencedirect.com.
- Rouquerol, F. et al .; (1999). Eigenschappen van enkele nieuwe adsorbentia. In adsorptie door poeders en poreuze vaste stoffen. Opgehaald van sciencedirect.com.