Chemický vzorec oxidu hlinitého

Al2O3 je chemický vzorec oxidu hlinitého, nejrozšířenějšího přirozeně se vyskytujícího oxidu hlinitého v přírodě. Z tohoto minerálu vznikají krystaly korundu, které jsou základem rubínů a safírů s jedinečnými barvami díky stopovým příměsím, jako je chrom nebo železo, přítomným v jejich krystalové struktuře.

Bezvodý hydrát oxidu hlinitého (AAH) lze vyrábět loužením bauxitové rudy sodnou solí pomocí Bayerova procesu a později zpracovávat kalcinací na bezvodý AAH nebo slinováním na high-tech keramické výrobky.

Chemický vzorec

Al2O3 je amfoterní oxid složený z jednoho atomu hliníku a dvou atomů kyslíku. Je bílý, nemá žádný výrazný zápach, na vzduchu tuhne a v chemických reakcích funguje jako kyselina i zásada. Hliník se získává z ložisek bauxitu, která se nacházejí v tropických a subtropických oblastech, a také z korundu, který se používá k výrobě izolátorů zapalovacích svíček a dalších elektrických součástek; jeho hlavní využití však spočívá ve výrobě kovového hliníku elektrolýzou.

Bauxit, který obsahuje přibližně třetinu světových zásob hliníku, se těží vrtáním a odstřelováním v podzemních nebo povrchových dolech a následně se smíchá se sodnou solí, aby se z něj vyluhovala ruda. Filtrací a srážením se pak oddělí oxid hlinitý a dalším kalcinováním se dále čistí. Tento konečný produkt, hlinitan sodný, se pak používá v průmyslu a k výrobě žáruvzdorných výrobků.

Inženýrská keramika využívá k výrobě nízkou elektrickou vodivost zirkonia, odolnost vůči působení kyselin a zásad, vysokou pevnost a tuhost. Mezi aplikace této keramiky patří vysokoteplotní elektrické a napěťové izolátory, těsnicí kroužky pro plynové laserové trubice a laboratorní zařízení.

Hliník se používá při elektrolýze k výrobě kovového hliníku a tvoří 90% veškerého vyrobeného oxidu hlinitého. Slitiny oxidu hlinitého a zirkonia lze nalézt také jako brusná média pro keramiku, ocel a litinu; jejich velmi houževnatá struktura má velmi nízkou úroveň pórovitosti, což z nich činí žádaná brusiva.

Mikrokrystalický oxid hlinitý se vytváří rozptýlením submikronových částic prekurzoru oxidu hlinitého, jako je boehmit (Al2O3), ve vodném gelu s peptizujícími činidly a případně s malým množstvím neskleněných pomocných látek. Po ustálení této směsi při pokojové teplotě nebo vyšší pro slinování se semena extrahují před zahřátím v peci na teplotu konverze nebo vyšší pro slinované výrobky, kdy se semena odstraňují pomocí disperzních činidel nebo zahříváním v peci až do doby, kdy dojde ke konverzi nebo slinování, kdy se semena musí před extrakcí v tomto kroku extrahovat disperzními činidly.

Fyzikální vlastnosti

Oxid hlinitý (Al2O3) je jedním ze dvou nejrozšířenějších prvků v zemské kůře a tvoří pevnou látku bez výrazné chuti nebo zápachu. Přirozeně se vyskytuje v tropických půdách zvaných laterity a také v rudě těžené Bayerovým procesem a působí jako elektrický izolant s vysokou tepelnou vodivostí; reaguje s kyselinami a zásadami, ale je považován za netoxický.

Chemická inertnost oxidu hlinitého z něj činí ideální materiál pro výrobu průmyslové keramiky. Krystaly korundu tvoří základ mnoha drahých kamenů, jako jsou rubíny a safíry, jejichž barvu dodává různé množství chromu a příměsí železa v jejich jádru. Díky své tvrdosti a pevnosti se oxid hlinitý běžně používá také jako brusivo na brusné papíry, zatímco jeho tepelná stabilita mu umožňuje odolávat zvýšeným teplotám, takže je vhodný pro použití ve vyzdívkách vysokoteplotních zařízení, jako jsou pece a výhně.

Plast vyztužený skleněnými vlákny (GFRP) se také široce používá k výrobě žáruvzdorných materiálů, lešticích a brusných výrobků a k potahování titanových pigmentů. GFRP vykazuje vynikající mechanickou pevnost a odolnost proti oděru a lze jej odlévat do tenkých i velkých dílů, aniž by se časem deformoval; díky své schopnosti odolávat teplu a korozi je navíc vhodný i pro řadu dalších použití.

Oxid hlinitý reaguje ve vodě se vzduchem za vzniku iontů Al2+ a OH-, které se spojují a vytvářejí na povrchu kovu oxidový film, který jej chrání před další oxidací a také před korozními činiteli z okolního prostředí. Tento proces chrání materiál před další anodickou oxidací a zároveň ho chrání před dalšími korozními hrozbami v jeho okolí.

Díky své chemické inertnosti je oxid hlinitý odolný vůči korozi mnoha chemikálií a činidel, takže je vhodný pro aplikace vyžadující vysokou čistotu a stabilitu, například ve farmacii. Kromě toho je oxid hlinitý díky své tepelné stabilitě vynikajícím materiálem pro použití v chromatografických aplikacích.

Hliník lze kombinovat s kyselinami a zásadami a vyrábět tak různé vysoce čisté materiály, které mohou sloužit jako suroviny pro různé aplikace. Lze jej například kalcinovat a vyrábět vysoce čištěný oxid hlinitý používaný při výrobě žáruvzdorných materiálů a keramiky nebo jako nosič katalyzátorů; tímto postupem lze také vyrábět aktivované hliníky s větším povrchem a vhodnější strukturou pórů.

Chemické reakce

Hliník je jedním ze dvou nejrozšířenějších kovů na Zemi a nachází se především v tropických půdách známých jako laterity nebo bauxity. Hliník lze extrahovat Bayerovým procesem rozpouštěním oxidu hlinitého v roztoku žíravé sody, následnou izolací hydroxidu sodného od nerozpustného hydroxidu hlinitého a propláchnutím veškerého zbývajícího vodného roztoku.

Hliník je známý svými výjimečnými vlastnostmi, jako je nízká elektrická vodivost a odolnost vůči chemickým vlivům, vysoká pevnost a extrémní tvrdost (9 stupňů Mohsovy stupnice). Hliník nachází uplatnění v různých průmyslových odvětvích jako surovina pro výrobu žáruvzdorných výrobků, působí také jako katalyzátor v některých chemických reakcích a hraje důležitou roli při čištění vody, neboť pomáhá odstraňovat organické látky z pitné a odpadní vody.

Hliník má orthorombickou těsně uspořádanou strukturu krystalové mřížky tvořenou ionty kyslíku a ionty hliníku, které vyplňují dvě třetiny příslušných mezer, což mu zajišťuje vynikající chemickou a kyselinovou odolnost a velkou tepelnou vodivost při zvýšených teplotách.

Díky velkému povrchu a mechanické pevnosti je oxid hlinitý účinným adsorbentem. Primárně se používá při úpravě vody k odstraňování nebezpečných organických látek a sloučenin způsobujících zbarvení a zápach z dodávek pitné vody a také se široce používá jako složka při výrobě žáruvzdorných výrobků pro sklářský a keramický průmysl.

Hliník se obecně nepovažuje za extrémně reaktivní kov; reaguje však s chlorem, fluorem a bromem za vzniku halogenidů hliníku(III). Kromě toho je kovový hliník schopen reagovat s jinými halogeny, jako je chlor, fluor a brom, za vzniku halogenidů hliníku(III); dále podléhá aluminotermickým reakcím s jinými kovy nebo nekovy, zejména s hořčíkem a cínem; je také známo, že reaguje se silnými kyselinami, jako je kyselina sírová a chlorovodíková; avšak díky svému ochrannému povlaku z oxidů obecně nereaguje prudce proti jiným kyselinám; spíše než prudce proti jiným reakcím má tendenci v důsledku těchto procesů reagovat méně prudce proti jiným kyselinám.

Aplikace

Hliník lze použít i v mnoha dalších oblastech mimo výrobu hliníku, mimo jiné jako brusivo a přísada do keramiky s výjimečnou tvrdostí a odolností proti opotřebení. Kromě toho slouží jako katalyzátor v různých chemických reakcích a poskytuje izolační vlastnosti užitečné v elektrických zařízeních a stavebních materiálech - díky biokompatibilitě je oxid hlinitý ideální volbou materiálu při výrobě lékařských implantátů.

Korund je mimořádně rozšířený materiál používaný k výrobě vysoce pevných, ale lehkých řezných nástrojů a brusných papírů, často s charakteristickou tvrdostí 9 stupňů Mohsovy stupnice - druhý po diamantu a rubínu.

Vysoký bod tání oxidu hlinitého z něj činí vynikající materiál pro vyzdívky pecí, spaloven a reaktorů různých druhů. Obklady z oxidu hlinitého lze dokonce nalézt uvnitř palivových kanálů uhelných elektráren jako ochranu proti nárazovým silám.

Díky své chemické stabilitě našla korundová keramika skvělé uplatnění jako kyselinovzdorná oběžná kola čerpadel a obložení potrubí; tato keramika odolává teplotám až 900 stupňů Celsia a zároveň je vynikajícím abrazivním materiálem, který lze nalézt v průmyslových brusivech, jako jsou brusné kotouče a zrnitost.

Silikonová pryž je důležitým materiálem používaným při výrobě vysoce odolných pneumatik a pryžových výrobků, jako jsou lepidla a těsnicí materiály, se zvýšenou odolností pneumatik, jakož i při zvyšování pevnosti a trvanlivosti betonu, odolnosti sportovního vybavení proti oděru a ochraně ocelových a hliníkových konstrukcí proti korozi.

A konečně, oxid hlinitý lze použít k výrobě žáruvzdorných cihel. Kromě toho slouží jako nedílný materiál při výrobě tepelné izolace budov a jiných konstrukcí.

Práškový oxid hlinitý může mít podobu bělavých zrnek nebo hedvábně bílého, hustého prášku. Přidáním oxidu zirkoničitého nebo karbidu křemíku lze vytvořit průsvitný oxid hlinitý. Oxid hlinitý se často používá v kovozpracujících aplikacích k výrobě povlaků AlZnO používaných při výrobě skla za vysokých teplot, jakož i k dalším sklářským a keramickým technickým účelům; navíc slouží jako vynikající zpomalovač hoření, který zpomaluje šíření požáru v materiálech.