Chemický vzorec oxidu hlinitého

Al2O3 je chemický vzorec oxidu hlinitého, najrozšírenejšieho prírodného oxidu hlinitého, ktorý sa vyskytuje v prírode. Kryštály korundu vznikajú z tohto minerálu a tvoria základ rubínov a zafírov s jedinečnými farbami vďaka stopovým prímesiam, ako je chróm alebo železo, ktoré sú prítomné v ich kryštálovej štruktúre.

Bezvodý hydrát oxidu hlinitého (AAH) sa môže vyrábať lúhovaním bauxitovej rudy s kaustickou sodou pomocou Bayerovho procesu a neskôr sa spracúva kalcináciou na bezvodý AAH alebo spekaním do high-tech keramických výrobkov.

Chemický vzorec

Al2O3 je amfoterný oxid zložený z jedného atómu hliníka a dvoch atómov kyslíka. Je biely, nemá výrazný zápach, na vzduchu tuhne a v chemických reakciách funguje ako kyselina aj zásada. Hliník sa získava z ložísk bauxitu, ktoré sa nachádzajú v tropických a subtropických oblastiach, ako aj z korundu, ktorý sa používa na výrobu izolátorov zapaľovacích sviečok a iných elektrických súčiastok; jeho primárne využitie však spočíva vo výrobe kovového hliníka elektrolýzou.

Bauxit, ktorý obsahuje približne tretinu svetových zásob hliníka, sa ťaží vŕtaním a odstrelom v podzemných alebo povrchových baniach, potom sa zmieša so sódou kaustickou, aby sa vylúhovala jeho ruda. Filtračnými a zrážacími metódami sa potom oddelí oxid hlinitý a ďalšou kalcináciou sa ďalej čistí. Tento konečný produkt, hlinitan sodný, sa potom používa v priemysle a na výrobu žiaruvzdorných výrobkov.

Technická keramika využíva pri výrobe nízku elektrickú vodivosť zirkónu, odolnosť voči pôsobeniu kyselín a zásad, vysokú pevnosť a tuhosť. Medzi aplikácie tejto keramiky patria vysokoteplotné elektrické a napäťové izolátory, tesniace krúžky pre plynové laserové trubice a laboratórne zariadenia.

Oxid hlinitý sa používa pri elektrolýze na výrobu kovového hliníka a predstavuje 90% všetkého vyrobeného oxidu hlinitého. Zliatiny oxidu hlinitého a oxidu zirkoničitého možno nájsť aj ako brúsne médiá pre keramiku, oceľ a liatinu; ich veľmi tvrdá štruktúra má veľmi nízku úroveň pórovitosti, čo z nich robí žiaduce brusivo.

Mikrokryštalický oxid hlinitý v sol-géle sa vytvára rozptýlením submikrónových častíc prekurzora oxidu hlinitého, ako je napríklad boehmit (Al2O3), vo vodnom géle s peptizujúcimi činidlami a prípadne s malým množstvom neskleneného pomocného prostriedku na pradenie. Po ustálení tejto zmesi pri izbovej alebo vyššej teplote pre spekané aplikácie sa semená extrahujú pred zahriatím v peci na teplotu konverzie alebo vyššiu teplotu pre spekané výrobky, pričom v tomto bode sa semená odstránia pomocou disperzných činidiel alebo zahrievaním v peci až do doby, kým nedôjde ku konverzii alebo spekanej výrobe, kedy sa semená musia extrahovať pomocou disperzných činidiel pred extrakciou v tomto kroku.

Fyzikálne vlastnosti

Oxid hlinitý (Al2O3) je jedným z dvoch najrozšírenejších prvkov v zemskej kôre a tvorí pevnú látku bez výraznej chuti alebo zápachu. Prirodzene sa vyskytuje v tropických pôdach nazývaných laterity, ako aj v rudách ťažených Bayerovým procesom a pôsobí ako elektrický izolant s vysokou tepelnou vodivosťou; reaguje s kyselinami a zásadami, ale považuje sa za netoxický.

Chemická inertnosť oxidu hlinitého z neho robí ideálny materiál na výrobu priemyselnej keramiky. Kryštály korundu tvoria základ mnohých drahých kameňov, ako sú rubíny a zafíry, pričom farbu im dodáva rôzne množstvo chrómu a prímesí železa v ich jadre. Vďaka svojej tvrdosti a pevnosti sa oxid hlinitý bežne používa aj ako abrazívum na brúsne papiere, zatiaľ čo jeho tepelná stabilita mu umožňuje odolávať zvýšeným teplotám, takže je vhodný na použitie na obloženie vysokoteplotných zariadení, ako sú pece a pece.

Plast vystužený sklenenými vláknami (GFRP) sa tiež široko používa na výrobu žiaruvzdorných materiálov, leštiacich a brúsnych výrobkov a na povrchovú úpravu titánových pigmentov. GFRP vykazuje vynikajúcu mechanickú pevnosť a odolnosť proti oderu, ako aj to, že sa dá odlievať do tenkých alebo veľkých dielov bez toho, aby sa časom deformoval; okrem toho je vďaka svojej schopnosti odolávať teplu a korózii vhodný aj na niekoľko ďalších použití.

Oxid hlinitý reaguje so vzduchom vo vode za vzniku iónov Al2+ a OH-, ktoré sa spájajú a vytvárajú na povrchu kovu oxidový film a chránia ho pred ďalšou oxidáciou, ako aj pred koróznymi činiteľmi prostredia. Tento proces chráni materiál pred ďalšou anodickou oxidáciou a zároveň ho chráni pred ďalšími hrozbami korózie v jeho okolí.

Vďaka svojej chemickej inertnosti je oxid hlinitý odolný voči korózii spôsobenej mnohými chemikáliami a činidlami, takže je vhodný na aplikácie vyžadujúce vysokú čistotu a stabilitu, napríklad vo farmaceutickom priemysle. Okrem toho je oxid hlinitý vďaka svojej tepelnej stabilite vynikajúcou voľbou materiálu na použitie v chromatografických aplikáciách.

Hliník možno kombinovať s kyselinami a zásadami na výrobu rôznych materiálov vysokej čistoty, ktoré môžu slúžiť ako suroviny pre rôzne aplikácie. Môže sa napríklad kalcinovať na výrobu vysoko čistého oxidu hlinitého, ktorý sa používa pri výrobe žiaruvzdorných materiálov a keramiky alebo sa používa ako nosič katalyzátorov; týmto procesom sa môžu vyrábať aj aktivované hliníky s väčším povrchom a vhodnejšou štruktúrou pórov.

Chemické reakcie

Hliník je jedným z dvoch najrozšírenejších kovov na Zemi a nachádza sa najmä v tropických pôdach známych ako laterity alebo bauxity. Hliník sa dá extrahovať Bayerovým procesom rozpúšťaním oxidu hlinitého v roztoku hydroxidu sodného, potom izoláciou hydroxidu sodného od nerozpustného hydroxidu hlinitého a následným spláchnutím celého zostávajúceho vodného roztoku.

Oxid hlinitý je známy svojimi výnimočnými vlastnosťami, ako je nízka elektrická vodivosť a odolnosť voči chemickým útokom, vysoká pevnosť a extrémna tvrdosť (9 stupňov Mohsovej stupnice). Hliník nachádza uplatnenie v rôznych priemyselných odvetviach ako surovina na výrobu žiaruvzdorných výrobkov, ako aj ako katalyzátor v niektorých chemických reakciách a zohráva dôležitú úlohu pri čistení vody tým, že pomáha odstraňovať organické látky z pitnej a odpadovej vody.

Hliník má ortorhombickú štruktúru kryštálovej mriežky s tesným usporiadaním, ktorú tvoria ióny kyslíka a hliníka vyplnené z dvoch tretín v príslušných medzipriestoroch, čo mu zabezpečuje vynikajúcu odolnosť voči chemikáliám a kyselinám, ako aj veľkú tepelnú vodivosť pri zvýšených teplotách.

Oxid hlinitý je vďaka svojmu veľkému povrchu a mechanickej pevnosti účinným adsorbentom. Primárne sa používa pri úprave vody na odstraňovanie nebezpečných organických látok, ako aj zlúčenín spôsobujúcich sfarbenie a zápach z dodávok pitnej vody, a tiež sa vo veľkej miere používa ako zložka pri výrobe žiaruvzdorných výrobkov pre sklársky a keramický priemysel.

Hliník sa vo všeobecnosti nepovažuje za mimoriadne reaktívny kov, avšak reaguje s chlórom, fluórom a brómom za vzniku halogenidov hliníka(III). Okrem toho kovový hliník dokáže reagovať s inými halogénmi, ako sú chlór, fluór a bróm, za vzniku halogenidov hliníka(III); okrem toho podlieha aluminotermickým reakciám s inými kovmi alebo nekovmi, najmä s horčíkom a cínom; je tiež známe, že reaguje so silnými kyselinami, ako je kyselina sírová a chlorovodíková; avšak vďaka svojmu ochrannému povlaku z oxidu vo všeobecnosti nereaguje prudko proti iným kyselinám; skôr ako prudko reaguje proti iným reakciám, má tendenciu reagovať menej prudko proti iným kyselinám v dôsledku týchto procesov.

Aplikácie

Oxid hlinitý možno nájsť v mnohých ďalších aplikáciách mimo výroby hliníka, vrátane použitia ako abrazíva a zložky keramiky s výnimočnou tvrdosťou a odolnosťou proti opotrebovaniu. Okrem toho slúži ako katalyzátor pri rôznych chemických reakciách a poskytuje izolačné vlastnosti užitočné v elektrických zariadeniach a stavebných materiáloch - vďaka biokompatibilite je oxid hlinitý ideálnou voľbou materiálu pri výrobe lekárskych implantátov.

Korund je mimoriadne rozšírený materiál používaný na výrobu vysokopevnostných, ale ľahkých rezných nástrojov, ako aj brúsnych papierov, ktoré sa často vyznačujú charakteristickou tvrdosťou 9 na Mohsovej stupnici - druhou najvyššou po diamante a rubíne.

Vysoký bod tavenia oxidu hlinitého z neho robí vynikajúci materiál na vyzdievanie pecí, spaľovní a reaktorov rôzneho druhu. Obklady z oxidu hlinitého sa dokonca nachádzajú vo vnútri palivových kanálov uhoľných elektrární na ochranu pred nárazovými silami.

Vďaka svojej chemickej stabilite našla korundová keramika skvelé uplatnenie ako kyselinovzdorné obežné kolesá čerpadiel a obloženia potrubí; táto keramika odoláva teplotám až do 900 stupňov Celzia a zároveň je vynikajúcim abrazívnym materiálom, ktorý možno nájsť v priemyselných brúsnych materiáloch, ako sú brúsne kotúče a drvina.

Silikónová guma je dôležitým materiálom používaným pri výrobe vysoko odolných pneumatík a gumových výrobkov, ako sú lepidlá a tmely, so zvýšenou odolnosťou pneumatík, ako aj pri zvyšovaní pevnosti a trvanlivosti betónu, odolnosti športových zariadení proti oderu a ochrane oceľových a hliníkových konštrukcií proti korózii.

Napokon, oxid hlinitý sa môže použiť na výrobu žiaruvzdorných tehál. Okrem toho slúži ako neoddeliteľný materiál pri výrobe tepelnej izolácie budov a iných konštrukcií.

Prášok oxidu hlinitého môže mať podobu sivobieleho zrnitého materiálu alebo hodvábne bieleho, hustého prášku. Pridaním zirkónu alebo karbidu kremíka možno vytvoriť priesvitný oxid hlinitý. Oxid hlinitý sa často využíva v kovospracujúcich aplikáciách na výrobu povlakov AlZnO, ktoré sa používajú pri výrobe skla pri vysokých teplotách, ako aj na iné sklárske a keramické technické účely; okrem toho slúži ako vynikajúci spomaľovač horenia, ktorý spomaľuje šírenie ohňa v materiáloch.