A estrutura da alumina

A alumina é uma impressionante forma cristalina de óxido de alumínio com propriedades excepcionais. Possui baixa condutividade eléctrica, alta resistência e extrema dureza na escala de Mohs; além disso, possui grandes capacidades de armazenamento.

Embora as propriedades da alumina sejam impressionantes, a sua microestrutura continua a ser objeto de debate. Isto deve-se a divergências quanto à localização dos catiões na sua célula unitária e à presença ou não de hidrogénio intersticial.

g-Al2O3

A estrutura da alumina g-Al2O3 é fundamental para explicar a sua reatividade. Distingue-se por uma camada superficial totalmente terminada em oxigénio e por camadas duplas de Al contraídas 53% por baixo, ambas totalmente terminadas em oxigénio. Quando exposta à humidade, pode formar alumina ativa (g-Al(OH)3) ou aluminas parcialmente hidroxiladas como a g-Al2O3-c, que têm características reactivas distintas devido a variações estruturais entre elas.

Os estudos da estrutura cristalina do g-Al2O3 foram realizados utilizando a difração de electrões de área selectiva (SAED) e a difração de raios X em pó (XRD). A análise SAED indica que os defeitos estruturais predominantes são fronteiras antifásicas encontradas em planos de rede que levam a deslocamentos de sub-rede; no entanto, a sua natureza exacta continua por identificar.

Uma investigação das estruturas de g-Al2O3 revelou que as fronteiras antifase conservadoras e não conservadoras (APB), dependendo do seu tipo, podem causar mudanças no posicionamento dos sítios catiónicos ou dos sítios octaédricos vazios; além disso, a sua presença também afecta a estabilidade da estrutura cristalina da alumina cristalina.

Estas APBs não conservadoras têm uma grande influência nas propriedades estruturais do g-Al2O3. Podem alterar as posições dos catiões até 0,2 e 0,45 para cada APB, respetivamente, sendo necessárias APBs adicionais para produzir vectores de deslocação específicos.

As APBs não conservadoras podem ser geradas através de diferentes mecanismos, incluindo o simples deslizamento e as fronteiras rotacionais. Estes mecanismos produzem vários modelos de microestrutura que conduzem a diferentes reactividades da alumina; compreender a sua estrutura é vital para manipular eficazmente a sua reatividade e estabilidade térmica.

d-Al2O3

O óxido de alumínio (óxido de alumínio(III)) é um composto constituído por dois átomos de alumínio e três átomos de oxigénio numa proporção igual, utilizado como material abrasivo e refratário e essencial na produção de alumínio metálico. O óxido de alumínio possui várias propriedades físicas e químicas que facilitam o fabrico de vários produtos com designs variados, resistindo também à corrosão e ao desgaste. Tornou-se um dos principais constituintes na produção deste metal elementar. Também pode ser encontrado como parte de muitas formulações utilizadas no processo de produção de alumínio metálico. Também desempenha um papel integral no fabrico do processo de produção e a sua produção é fundamental para a produção deste metal elementar!

Os fornos do tipo Higgins a 1350-1550 graus Celsius produzem a estrutura de alumina, enquanto os recipientes de aço ou de carbono revestidos arrefecidos a água que contêm recipientes de aço ou de carbono revestidos arrefecidos servem para a arrefecer e cristalizar rapidamente, antes de verter o material fundido para uma cristalização rápida e um arrefecimento rápido da fusão. Após o arrefecimento, a alumina grosseiramente cristalina é triturada para aplicações sinterizadas de alta densidade como base de materiais sinterizados de alta densidade concebidos especificamente para ambientes ou aplicações exigentes.

A alumina possui uma excecional resistência à corrosão e ao desgaste graças às suas propriedades físicas e químicas únicas, o que a torna adequada para aplicações em ambientes agressivos, como a exploração de petróleo e gás, o fabrico de automóveis e a produção aeroespacial, fábricas de processamento químico e tanques de armazenamento de produtos químicos. Além disso, estes materiais também podem ser utilizados no fabrico de ferramentas de corte e retificação com requisitos acrescidos de resistência à abrasão.

A alumina não só oferece uma excelente resistência à corrosão e ao desgaste, mas a sua baixa condutividade térmica e o seu elevado ponto de fusão também a tornam ideal para o fabrico de isolamento térmico e outros componentes resistentes ao calor. Para além disso, a sua baixa densidade torna a produção simples, uma vez que é fácil criar várias formas.

A alumina tem uma estrutura atómica que se assemelha à de um sistema cristalino hexagonal, onde os iões de oxigénio são mantidos juntos através de ligações covalentes formadas entre os seus centros octaédricos. Os iões de alumínio ocupam dois terços destes interstícios, enquanto os seus próprios centros ocupam um terço. Como resultado, é um material extremamente refratário com propriedades de baixa condutividade eléctrica.

O alumínio metálico reage fortemente com o oxigénio atmosférico, pelo que se forma uma fina camada de óxido de alumínio na sua superfície para evitar mais oxidação. Este processo é designado por anodização e é normalmente utilizado em muitas ligas de alumínio para aumentar a resistência à corrosão, criando simultaneamente uma superfície mais lisa e mais dura que aumenta a resistência à tração.

th-Al2O3

O óxido de alumínio (Al2O3) é um composto químico inorgânico com a fórmula química Al2O3, com aplicações generalizadas numa grande variedade de indústrias. A alumina é constituída por átomos de alumínio e de oxigénio ligados entre si numa estrutura cristalina hexagonal (hcp) e é um dos compostos de alumínio mais populares utilizados atualmente; o fabrico, a fundição e a proteção contra incêndios são aplicações-chave para a utilização da alumina, bem como as suas muitas aplicações de matérias-primas, tais como os processos de produção de produtos químicos, vidro e cerâmica, utilizando as suas propriedades que fazem da alumina um material indispensável.

A estrutura do Al2O3 apresenta uma elevada área de superfície específica e uma distribuição apertada do tamanho dos poros, o que o torna um material altamente valorizado para suportes de catalisadores, onde os seus poros desempenham um papel integral no apoio à sua funcionalidade. O Al2O3 é também um excelente abrasivo, o que o torna um ingrediente essencial em ferramentas de corte e outras aplicações abrasivas. Devido à sua estrutura cristalina, o th-Al2O3 pode suportar altas temperaturas, enquanto os seus muitos poros permitem a formação de cristais de alumina. A fase th-Al2O3 também pode ser benéfica para aplicações eléctricas. Por exemplo, tapetes cerâmicos fabricados com este material são colocados no interior de condutas de gases de combustão de centrais eléctricas a carvão para proteger contra o desgaste; além disso, é um componente integral de isoladores e de revestimentos retardadores de fogo.

Este material é fabricado principalmente a partir do mineral bauxite. O minério de bauxite contém gibbsite (Al(OH)3), boehmite (g-AlO(OH)3) e diásporo (a-AlO(OH)3) juntamente com impurezas como o quartzo e os silicatos, entre outros. Uma vez extraído da terra, é triturado em lama que contém uma mistura de g-AlO(OH), a-AlO(OH)3 e b-AlO(OH)3. A fundição é efectuada para extrair este mineral precioso através de um forno de fusão.

O Al2O3 é mais do que apenas um abrasivo eficaz; é também um excelente suporte de catalisador. Utilizado para várias reacções, incluindo as petroquímicas, a sua estrutura altamente solúvel torna-o também adequado para aplicações de suporte de enzimas. Além disso, o Al2O3 serve como matéria-prima integral em cerâmicas, abrasivos e processos de produção de revestimentos à prova de fogo.

c-Al2O3

A alumina é um material industrial indispensável que tem dado passos significativos no sentido de melhorar as vidas e as sociedades em todo o mundo. Graças às suas propriedades químicas, térmicas e mecânicas, a alumina é amplamente utilizada na tecnologia moderna - contribuindo com a sua estabilidade térmica para a produção de ligas de alumínio que aumentam a segurança e a eficiência para utilização automóvel e eléctrica, enquanto a sua dureza ajuda a criar ferramentas de corte ou materiais abrasivos para utilização pelos fabricantes de ferramentas de corte.

Uma vez que possui um elevado ponto de fusão e um baixo coeficiente de expansão, o alumínio possui vários atributos desejáveis para utilização em aplicações de filtragem de água e de processamento químico, para além de ser resistente à corrosão e ao desgaste, o alumínio também pode ser utilizado como material isolante elétrico. Além disso, o seu estado de oxidação +3 permite-lhe doar ou aceitar electrões, permitindo várias reacções com outros elementos.

Quando combinada com a zircónia, a alumina forma um sistema eutéctico simples que mantém a sua estrutura tetragonal quando é temperada a temperaturas mais elevadas - aumentando a resistência e diminuindo a fragilidade. As cerâmicas de alumina-zircónia são escolhas populares para o fabrico de dispositivos semicondutores; além disso, a alumina desempenha um papel fundamental na produção de carboneto de silício (SiC), um material extremamente duro e duradouro, adequado para ambientes de alta temperatura.

Quimicamente inerte e inodora, a alumina é um composto inorgânico com a fórmula Al2O3. Este material inorgânico também pode ser conhecido por outros nomes, incluindo Alum, Alundum ou Bauxite. Encontrada naturalmente como cristais de corindo, forma rubis e safiras cuja tonalidade vermelha vibrante provém de impurezas de crómio, enquanto a sua tonalidade azul-verde provém de impurezas de ferro e titânio, respetivamente. A alumina é também utilizada como abrasivo para lixas, como ingrediente em esmaltes de vidro, refractários e como importante adsorvente de gases ou vapores de água.

A exposição à alumina pode causar doenças pulmonares. Quando o 26Al radiomarcado é inalado, liga-se aos macrófagos nos pulmões e acumula-se, podendo resultar em bronquíolos atróficos ou pequenas arteríolas pulmonares; além disso, também se provou que provoca hiperplasia linfoide em ratos, bem como áreas focais de pneumonia lipoide em hamsters.