- Struttura
- Nomenclatura
- Proprietà
- Stato fisico
- Peso molecolare
- Punto di fusione
- Densità
- solubilità
- Altre proprietà
- Ottenere
- Utilizzare in ceramica
- Produzione di ceramiche in fosfato di alluminio
- Altri usi
- Nell'ottenere il calcestruzzo
- Nei cementi dentali
- Nei vaccini
- Come ritardante di fiamma nei polimeri
- Riferimenti
Il fosfato di alluminio è un solido inorganico formato da uno ione alluminio al 3+ e uno ione fosfato PO 4 3- . La sua formula chimica è AlPO 4 . È un solido bianco la cui struttura cristallina è simile a quella della silice SiO 2 . È insolubile in acqua.
Può essere ottenuto da allumina (Al 2 O 3 ) e acido fosforico (H 3 PO 4 ). Può essere ottenuto anche a partire da soluzioni acquose di cloruro di alluminio (AlCl 3 ) e fosfato di sodio (Na 3 PO 4 ).
Fosfato di alluminio AlPO 4 . Ondřej Mangl. Fonte: Wikimedia Commons.
Il fosfato di alluminio ha un punto di fusione molto alto, motivo per cui è ampiamente utilizzato come componente di ceramiche refrattarie, cioè ceramiche che resistono a temperature molto elevate.
Viene anche usato come antiacido per lo stomaco, in miscele per la riparazione dei denti e come coadiuvante ai vaccini, cioè per stimolare la risposta immunitaria dell'organismo.
Alcuni calcestruzzi refrattari hanno AlPO 4 nella loro composizione, che aumenta le proprietà di supporto meccanico e ad alta temperatura di questo tipo di cemento.
È stato utilizzato come scudo protettivo per impedire la combustione di materiali combustibili come alcuni polimeri.
Struttura
AlPO 4 è costituito da un catione di alluminio Al 3+ e da un anione fosfato PO 4 3- .
Struttura ionica del fosfato di alluminio. Autore: Marilú Stea.
Il fosfato di alluminio cristallino è anche chiamato berlinite o fase alfa (α-AlPO 4 ) ei suoi cristalli sono simili al quarzo.
Cristalli sintetici di berlinite (α-AlPO 4 ). DMGualtieri. Fonte: Wikimedia Commons.
La fase alfa del fosfato di alluminio è un solido formato da una rete covalente di tetraedri di PO 4 e AlPO 4 che si alternano e sono legati da atomi di ossigeno.
Questa struttura è isomorfa con la silice, cioè ha la stessa forma di quella della silice SiO 2 .
Nomenclatura
- Fosfato di alluminio
- Monofosfato di alluminio
- Sale di alluminio dell'acido fosforico.
Proprietà
Stato fisico
Solido bianco cristallino.
Peso molecolare
121,93 g / mol
Punto di fusione
1800 ºC
Densità
2,56 g / cm 3
solubilità
Insolubile in acqua
Altre proprietà
La struttura di AlPO 4 è molto simile a quella della silice SiO 2 , quindi condivide con essa molte proprietà fisiche e chimiche.
Il fosfato di alluminio è un materiale altamente refrattario, cioè resiste a temperature molto elevate senza cambiare il proprio stato fisico o struttura e senza decomporsi.
Il cristallino AlPO 4 o berlinite quando riscaldato si converte in una struttura di tipo tridimite e quindi una struttura di tipo cristobalite, altre forme di questo composto che assomigliano a silice SiO 2 .
Fosfato di alluminio. Chemicalinterest. Fonte: Wikimedia Commons.
Ottenere
Il fosfato di alluminio AlPO 4 può essere ottenuto dalla reazione tra acido fosforico H 3 PO 4 e allumina Al 2 O 3 . È richiesta l'applicazione della temperatura, ad esempio tra 100 e 150 ° C.
Al 2 O 3 + 2 H 3 PO 4 = 2 AlPO 4 + 3 H 2 O
Può anche essere ottenuto unendo una soluzione acquosa di cloruro di alluminio AlCl 3 con una soluzione acquosa di fosfato di sodio Na 3 PO 4 :
AlCl 3 + Na 3 PO 4 = AlPO 4 + 3 NaCl
Utilizzare in ceramica
Fosfato di alluminio AlPO 4 si trova spesso nella costituzione di ceramiche di allumina.
La ceramica ad alto contenuto di allumina è uno dei materiali che, per la sua durezza, trova impiego in applicazioni che richiedono resistenza a carichi elevati e condizioni severe.
Questo tipo di ceramica è resistente alla corrosione, agli ambienti ad alta temperatura, alla presenza di vapore caldo o ad atmosfere riducenti come il monossido di carbonio (CO).
La ceramica di allumina ha anche una bassa conduttività elettrica e termica, motivo per cui viene utilizzata per realizzare mattoni refrattari e componenti elettricamente isolanti.
Rivestimenti in mattoni refrattari che possono contenere fosfato di alluminio AlPO 4 . Questi mattoni proteggono dalle alte temperature. Alexknight12. Fonte: Wikimedia Commons.
Poiché il fosfato di alluminio si forma a una temperatura molto più bassa della silice SiO 2 , è più economico da produrre, il che è un vantaggio nella produzione di ceramiche adatte a servizi esigenti.
Produzione di ceramiche in fosfato di alluminio
L'allumina Al 2 O 3 e l'acido fosforico H 3 PO 4 vengono utilizzati in mezzo acquoso.
Il pH di formazione preferito è 2-8, poiché vi è un'abbondanza di specie di acido fosforico disciolto, come H 2 PO 4 - e HPO 4 2- . A pH acido la concentrazione di ioni Al 3+ è elevata, proveniente dalla dissoluzione dell'allumina Al 2 O 3 .
In primo luogo, si forma un gel idrato di alluminio difosfato triidrogeno AlH 3 (PO 4 ) 2 .H 2 O:
Al 3+ + H 2 PO 4 - + HPO 4 2- + H 2 O ⇔ AlH 3 (PO 4 ) 3 .H 2 O
Tuttavia, arriva un momento in cui il pH della soluzione scende e diventa neutro, in cui l'allumina Al 2 O 3 ha una bassa solubilità. A questo punto l'allumina insolubile forma uno strato sulla superficie delle particelle impedendo il proseguimento della reazione.
Pertanto è necessario aumentare la solubilità dell'allumina e ciò si ottiene riscaldando delicatamente. Al riscaldamento a 150 ° C il gel continua la reazione con allumina Al 2 O 3 rilasciando acqua e si forma berlinite cristallina (alfa-AlPO 4 ).
Al 2 O 3 + 2 AlH 3 (PO 4 ) 3 .H 2 O → AlPO 4 + 4 H 2 O
La berlinite lega le singole particelle e forma la ceramica.
Altri usi
AlPO 4 è usato come antiacido, come adsorbente, come setaccio molecolare, come supporto catalizzatore e come rivestimento per migliorare la resistenza alla corrosione a caldo. Ecco altre applicazioni.
Nell'ottenere il calcestruzzo
Il fosfato di alluminio è un ingrediente nei calcestruzzi refrattari o resistenti al calore.
Fornisce eccellenti proprietà meccaniche e rifrangenti a questi calcestruzzi, come la resistenza al calore. Nell'intervallo di temperatura tra 1400-1600 ° C, il cemento cellulare a base di fosfato di alluminio è uno dei materiali più efficienti come isolante termico.
Non necessita di essiccazione, il suo indurimento è ottenuto mediante reazione esotermica auto-propagante. È possibile preparare mattoni di questo materiale di qualsiasi forma e dimensione.
Nei cementi dentali
Il fosfato di alluminio fa parte dei cementi dentali o dei materiali utilizzati per curare i denti cariati.
Nei cementi dentali l'allumina viene utilizzata come moderatore delle reazioni acido-base, dove l'effetto moderatore è dovuto alla formazione di fosfato di alluminio sulle particelle di altri materiali.
Questi cementi presentano un'elevatissima resistenza alla compressione e alla trazione, dovuta alla presenza di fosfato di alluminio.
I cementi dentali usati per curare le cavità possono contenere fosfato di alluminio. Autore: Reto Gerber. Fonte: Pixabay.
Nei vaccini
AlPO 4 è stato utilizzato per molti anni in vari vaccini umani per migliorare la risposta immunitaria del corpo. Si dice che AlPO 4 sia un "adiuvante" per i vaccini. Il meccanismo non è ancora ben compreso.
È noto che l'effetto immunostimolante di AlPO 4 dipende dal processo di adsorbimento dell'antigene all'adiuvante, cioè dal modo in cui aderisce ad esso. Un antigene è un composto che entrando nell'organismo genera la formazione di anticorpi per combattere una specifica malattia.
Gli antigeni possono essere adsorbiti su AlPO 4 mediante interazioni elettrostatiche o legandosi con ligandi. Sono adsorbiti sulla superficie dell'adiuvante.
Si ritiene inoltre che anche la dimensione delle particelle di AlPO 4 abbia un'influenza. Più piccola è la dimensione delle particelle, la risposta dell'anticorpo è maggiore e più duratura.
I vaccini possono contenere fosfato di alluminio AlPO 4 per aumentarne l'efficacia. Autore: Tumisu. Fonte: Pixabay.
Come ritardante di fiamma nei polimeri
AlPO 4 è stato utilizzato come ritardante di fiamma e per prevenire la combustione o la combustione di alcuni polimeri.
L'aggiunta di AlPO 4 a un polimero di polipropilene che ha già un ritardante di fiamma provoca un effetto sinergico tra i due ritardanti, il che significa che l'effetto è molto maggiore di quello di entrambi i ritardanti di fiamma separatamente.
Quando il polimero viene bruciato o bruciato in presenza di AlPO 4 , si forma un metafosfato di alluminio che penetra nella superficie carbonizzata e riempie i pori e le fessure della superficie.
Ciò porta alla formazione di uno scudo protettivo altamente efficiente per prevenire la combustione o la combustione del polimero. In altre parole, AlPO 4 sigilla la superficie carbonizzata e impedisce al polimero di bruciare.
Con AlPO 4 è possibile ritardare la combustione di alcuni polimeri. Autore: Hans Braxmeier. Fonte: Pixabay.
Riferimenti
- Abyzov, VA (2016). Calcestruzzo refrattario leggero a base di legante alluminio-magnesio-fosfato. Procedia Engineering 150 (2016) 1440-1445. Recupero da sciencedirect.com.
- Wagh, AS (2016). Ceramica di fosfato di alluminio. In ceramica fosfatica legata chimicamente (seconda edizione). Capitolo 11. Recupero da sciencedirect.com.
- Mei, C. et al. (2019). Adiuvante del vaccino al fosfato di alluminio: analisi della composizione e delle dimensioni utilizzando strumenti offline e in linea. Comput Struct Biotechnol J. 2019; 17: 1184-1194. Recupero da ncbi.nlm.nih.gov.
- Qin, Z. et al. (2019). Effetto barriera sinergico del fosfato di alluminio su polipropilene ignifugo a base di sistema polifosfato di ammonio / dipentaeritritolo. Materiali e design 181 (2019) 107913. Recupero da sciencedirect.com.
- Vrieling, H. et al. (2019). Nanoparticelle di fosfato di alluminio stabilizzato utilizzate come adiuvante del vaccino. Colloidi e superfici B: Biointerfacce 181 (2019) 648-656. Recupero da sciencedirect.com.
- Schaefer, C. (2007). Farmaci gastrointestinali. Antiacidi. Nei farmaci durante la gravidanza e l'allattamento (seconda edizione). Recupero da sciencedirect.com.
- Rouquerol, F. et al. (1999). Proprietà di alcuni nuovi adsorbenti. In adsorbimento da polveri e solidi porosi. Recupero da sciencedirect.com.