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| Identificadores | |
|---|---|
Modelo 3D ( JSmol ) | |
| CHEMBL | |
| ChemSpider | |
| DrugBank | |
| Tarjeta de información ECHA | 100.014.265  |
| Número CE |
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PubChem CID | |
| Número RTECS |
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| UNII | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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| Propiedades | |
| Al 2 O 3 | |
| Masa molar | 101,960 g · mol −1 |
| Apariencia | Blanco sólido |
| Olor | inodoro |
| Densidad | 3.987 g / cm 3 |
| Punto de fusion | 2.072 ° C (3.762 ° F; 2.345 K) [3] |
| Punto de ebullición | 2.977 ° C (5.391 ° F; 3.250 K) [4] |
| insoluble | |
| Solubilidad | insoluble en todos los disolventes |
| log P | 0.31860 [1] |
| −37,0 × 10 −6 cm 3 / mol | |
| Conductividad térmica | 30 W · m −1 · K −1 [2] |
Índice de refracción ( n D ) | n ω = 1,768-1,772 n ε = 1,760-1,763 birrefringencia 0,008 |
| Estructura | |
| Trigonal , hR30 , grupo espacial = R 3 c, No. 167 | |
Constante de celosía | a = 478,5 pm, c = 1299,1 pm |
Geometría de coordinación | octaédrico |
| Termoquímica | |
Entropía molar estándar ( S | 50,92 J · mol −1 · K −1 [5] |
Entalpía estándar de formación (Δ f H ⦵ 298 ) | −1675,7 kJ / mol [5] |
| Farmacología | |
Código ATC | D10AX04 ( OMS ) |
| Peligros | |
| Ficha de datos de seguridad | Ver: página de datos |
| Pictogramas GHS | |
| NFPA 704 (diamante de fuego) |  0 0 0 |
| punto de inflamabilidad | No es inflamable |
| NIOSH (límites de exposición a la salud de EE. UU.): | |
PEL (permitido) | OSHA 15 mg / m 3 (polvo total) OSHA 5 mg / m 3 (Fracción respirable) ACGIH / TLV 10 mg / m 3 |
REL (recomendado) | ninguno [6] |
IDLH (peligro inmediato) | ND [6] |
| Compuestos relacionados | |
Otros aniones | hidróxido de aluminio sulfuro de aluminio seleniuro de aluminio |
Otros cationes | trióxido de boro óxido de galio óxido de indio óxido de talio |
| Página de datos complementarios | |
Estructura y propiedades | Índice de refracción ( n ), constante dieléctrica (ε r ), etc. |
Datos termodinámicos | Comportamiento de fase sólido-líquido-gas |
Datos espectrales | UV , IR , RMN , MS |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
 verificar ( ¿qué es ?)  | |
| Referencias de Infobox | |
El óxido de aluminio es un compuesto químico de aluminio y oxígeno con la fórmula química Al 2 O 3 . Es el más común de varios óxidos de aluminio y se identifica específicamente como óxido de aluminio (III) . Comúnmente se llama alúmina y también se puede llamar alóxido , aloxita o alundum dependiendo de formas o aplicaciones particulares. Ocurre naturalmente en su fase cristalina polimórfica α-Al 2 O 3 como el corindón mineral , cuyas variedades forman las piedras preciosas rubí y zafiro . El Al 2 O 3 es significativo en su uso para producir aluminio metálico, como abrasivo debido a su dureza , y como material refractario debido a su alto punto de fusión. [7]
Ocurrencia natural [ editar ]
El corindón es la forma cristalina natural más común de óxido de aluminio. [8] Los rubíes y los zafiros son formas de corindón con calidad de gema, que deben sus colores característicos a las impurezas. Los rubíes adquieren su característico color rojo intenso y sus cualidades láser mediante trazas de cromo . Los zafiros vienen en diferentes colores dados por varias otras impurezas, como el hierro y el titanio. Una forma δ extremadamente rara se presenta como el mineral deltalumita. [9] [10]
Propiedades [ editar ]
El Al 2 O 3 es un aislante eléctrico pero tiene una conductividad térmica relativamente alta ( 30 Wm −1 K −1 ) [2] para un material cerámico. El óxido de aluminio es insoluble en agua. En su forma cristalina más común, llamada corindón u óxido de α-aluminio, su dureza lo hace adecuado para su uso como abrasivo y como componente en herramientas de corte . [7]
El óxido de aluminio es responsable de la resistencia del aluminio metálico a la intemperie . El aluminio metálico es muy reactivo con el oxígeno atmosférico y se forma una fina capa de pasivación de óxido de aluminio (4 nm de espesor) en cualquier superficie de aluminio expuesta en cuestión de cientos de picosegundos. [se necesita una mejor fuente ] [11] Esta capa protege el metal de una mayor oxidación. El grosor y las propiedades de esta capa de óxido se pueden mejorar mediante un proceso llamado anodizado . Varias aleaciones , como bronces de aluminio, aproveche esta propiedad incluyendo una proporción de aluminio en la aleación para mejorar la resistencia a la corrosión. El óxido de aluminio generado por la anodización es típicamente amorfo , pero los procesos de oxidación asistida por descarga, como la oxidación electrolítica por plasma, dan como resultado una proporción significativa de óxido de aluminio cristalino en el recubrimiento, lo que aumenta su dureza .
El óxido de aluminio fue eliminado de las listas de sustancias químicas de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos en 1988. El óxido de aluminio está en la lista del Inventario de Liberaciones de Tóxicos de la EPA si es una forma fibrosa. [12]
Naturaleza anfótera [ editar ]
El óxido de aluminio es una sustancia anfótera , lo que significa que puede reaccionar tanto con ácidos como con bases , como el ácido fluorhídrico y el hidróxido de sodio , actuando como un ácido con una base y una base con un ácido, neutralizando al otro y produciendo una sal.
- Al 2 O 3 + 6 HF → 2 AlF 3 + 3 H 2 O
- Al 2 O 3 + 2 NaOH + 3 H 2 O → 2 NaAl (OH) 4 ( aluminato de sodio )
Estructura [ editar ]
La forma más común de óxido de aluminio cristalino se conoce como corindón , que es la forma termodinámicamente estable. [13] Los iones de oxígeno forman una estructura compacta casi hexagonal con los iones de aluminio llenando dos tercios de los intersticios octaédricos. Cada centro de Al 3+ es octaédrico . En cuanto a su cristalografía , el corindón adopta una red de Bravais trigonal con un grupo espacial de R 3 c (número 167 en las Tablas Internacionales). La celda primitiva contiene dos unidades de fórmula de óxido de aluminio.
El óxido de aluminio también existe en otras fases metaestables, incluyendo las fases γ y η cúbicas, la fase θ monoclínica, la fase χ hexagonal, la fase κ ortorrómbica y la fase δ que puede ser tetragonal u ortorrómbica. [13] [14] Cada uno tiene una estructura y propiedades cristalinas únicas. El γ-Al 2 O 3 cúbico tiene importantes aplicaciones técnicas. El llamado β-Al 2 O 3 resultó ser NaAl 11 O 17 . [15]
El óxido de aluminio fundido cerca de la temperatura de fusión es aproximadamente 2/3 tetraédrico (es decir, 2/3 del Al están rodeados por 4 vecinos de oxígeno) y 1/3 5 coordinado, con muy poco (<5%) octaédrico Al-O presente . [16] Alrededor del 80% de los átomos de oxígeno se comparten entre tres o más poliedros Al-O, y la mayoría de las conexiones inter-poliédricas comparten esquinas, y el 10-20% restante comparte bordes. [16] La descomposición de los octaedros al fundirse va acompañada de un aumento de volumen relativamente grande (~ 20%), la densidad del líquido cerca de su punto de fusión es de 2,93 g / cm 3 . [17]La estructura de la alúmina fundida depende de la temperatura y la fracción de aluminio de 5 y 6 veces aumenta durante el enfriamiento (y sobreenfriamiento), a expensas de las unidades tetraédricas de AlO 4 , acercándose a las disposiciones estructurales locales que se encuentran en la alúmina amorfa. [18]
Producción [ editar ]
Los minerales de hidróxido de aluminio son el componente principal de la bauxita , el principal mineral del aluminio . Una mezcla de minerales comprende mineral de bauxita, que incluye gibbsita (Al (OH) 3 ), boehmita (γ-AlO (OH)) y diáspora (α-AlO (OH)), junto con impurezas de óxidos e hidróxidos de hierro , cuarzo y minerales arcillosos . [19] Las bauxitas se encuentran en lateritas . La bauxita se purifica mediante el proceso Bayer :
- Al 2 O 3 + H 2 O + NaOH → NaAl (OH) 4
- Al (OH) 3 + NaOH → NaAl (OH) 4
A excepción del SiO 2 , los demás componentes de la bauxita no se disuelven en la base. Al filtrar la mezcla básica, se elimina el Fe 2 O 3 . Cuando se enfría el licor de Bayer, precipita Al (OH) 3 , dejando los silicatos en solución.
- NaAl (OH) 4 → NaOH + Al (OH) 3
La gibbsita de Al (OH) 3 sólida se calcina (se calienta a más de 1100 ° C) para dar óxido de aluminio: [7]
- 2 Al (OH) 3 → Al 2 O 3 + 3 H 2 O
El producto de óxido de aluminio tiende a ser multifásico, es decir, que consta de varias fases de óxido de aluminio en lugar de solo corindón . [14] Por tanto, el proceso de producción se puede optimizar para producir un producto a medida. El tipo de fases presentes afecta, por ejemplo, la solubilidad y estructura de poros del producto de óxido de aluminio que, a su vez, afecta el costo de producción de aluminio y el control de la contaminación. [14]
Aplicaciones [ editar ]
Conocido como alfa alúmina en las comunidades científicas de materiales o alundum (en forma fundida) o aloxita [20] en las comunidades mineras y cerámicas , el óxido de aluminio encuentra un amplio uso. La producción mundial anual de óxido de aluminio en 2015 fue de aproximadamente 115 millones de toneladas , más del 90% de las cuales se utiliza en la fabricación de aluminio metálico. [7] Los principales usos de los óxidos de aluminio especiales se encuentran en refractarios, cerámicas, pulido y aplicaciones abrasivas. Grandes toneladas de hidróxido de aluminio, del cual se deriva la alúmina, se utilizan en la fabricación de zeolitas , recubrimientos de pigmentos de titania y como retardante de fuego / supresor de humo.
Más del 90% del óxido de aluminio, normalmente denominado alúmina de grado de fundición (SGA), se consume para la producción de aluminio, generalmente mediante el proceso Hall-Héroult . El resto, normalmente llamado alúmina especial, se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones que reflejan su inercia, resistencia a la temperatura y resistencia eléctrica. [21]
Rellenos [ editar ]
Al ser químicamente inerte y blanco, el óxido de aluminio es un relleno preferido para los plásticos. El óxido de aluminio es un ingrediente común en los protectores solares y, a veces, también está presente en cosméticos como rubor, lápiz labial y esmalte de uñas.
Vidrio [ editar ]
Muchas formulaciones de vidrio tienen óxido de aluminio como ingrediente. [22] El vidrio de aluminosilicato es un tipo de vidrio de uso común que a menudo contiene de 5% a 10% de alúmina.
Catálisis [ editar ]
El óxido de aluminio cataliza una variedad de reacciones que son útiles industrialmente. En su aplicación a mayor escala, el óxido de aluminio es el catalizador del proceso Claus para convertir los gases residuales de sulfuro de hidrógeno en azufre elemental en las refinerías. También es útil para la deshidratación de alcoholes a alquenos.
El óxido de aluminio sirve como soporte de catalizador para muchos catalizadores industriales, como los que se utilizan en la hidrodesulfuración y algunas polimerizaciones de Ziegler-Natta .
Purificación de gas [ editar ]
El óxido de aluminio se usa ampliamente para eliminar el agua de las corrientes de gas. [23]
Abrasivo [ editar ]
El óxido de aluminio se utiliza por su dureza y resistencia. Su forma natural, corindón , es un 9 en la escala de Mohs de dureza mineral (justo debajo del diamante). Se usa ampliamente como abrasivo , incluso como un sustituto mucho menos costoso del diamante industrial . Muchos tipos de papel de lija utilizan cristales de óxido de aluminio. Además, su baja retención de calor y su bajo calor específico lo hacen ampliamente utilizado en operaciones de rectificado, particularmente herramientas de corte . Como aloxita , mineral abrasivo en polvo , es un componente principal, junto con la sílice , de la "tiza" de la punta del taco que se utiliza en los billares.. El polvo de óxido de aluminio se utiliza en algunos kits de pulido y reparación de arañazos de CD / DVD . Sus cualidades de pulido también están detrás de su uso en pasta de dientes. También se utiliza en microdermoabrasión , tanto en el proceso de máquina disponible a través de dermatólogos y esteticistas, como como un abrasivo dérmico manual utilizado de acuerdo con las instrucciones del fabricante.
Pintar [ editar ]
Las escamas de óxido de aluminio se utilizan en la pintura para efectos decorativos reflectantes, como en la industria automotriz o cosmética. [ cita requerida ]
Fibra compuesta [ editar ]
El óxido de aluminio se ha utilizado en algunos materiales de fibra experimentales y comerciales para aplicaciones de alto rendimiento (por ejemplo, Fiber FP, Nextel 610, Nextel 720). [24] Las nanofibras de alúmina, en particular, se han convertido en un campo de investigación de interés.
Armadura corporal [ editar ]
Algunas armaduras corporales utilizan placas de cerámica de alúmina, generalmente en combinación con respaldo de aramida o UHMWPE para lograr efectividad contra la mayoría de las amenazas de rifle. La armadura de cerámica de alúmina está disponible para la mayoría de los civiles en jurisdicciones donde es legal, pero no se considera de grado militar. [25]
Protección contra la abrasión [ editar ]
El óxido de aluminio se puede hacer crecer como una capa sobre el aluminio por anodización o por oxidación electrolítica por plasma (consulte las "Propiedades" más arriba). Tanto la dureza como las características de resistencia a la abrasión del recubrimiento se originan en la alta resistencia del óxido de aluminio, sin embargo, la capa de recubrimiento porosa producida con los procedimientos convencionales de anodización de corriente continua está dentro de un rango de dureza Rockwell C de 60-70 [26] que es comparable solo a aleaciones de acero al carbono endurecido, pero considerablemente inferior a la dureza del corindón natural y sintético. En cambio, con oxidación electrolítica plasmática, el recubrimiento es poroso solo en la capa de óxido superficial, mientras que las capas inferiores de óxido son mucho más compactas que con los procedimientos de anodización DC estándar y presentan una cristalinidad más alta debido a que las capas de óxido se vuelven a fundir y densificar para obtener racimos de α-Al2O3 con un recubrimiento mucho más alto valores de dureza alrededor de 2000 dureza Vickers. [ cita requerida ]
La alúmina se utiliza para fabricar tejas que se colocan dentro de las líneas de combustible pulverizado y conductos de gases de combustión en las centrales eléctricas de carbón para proteger las áreas de alto desgaste. No son adecuados para áreas con fuerzas de impacto elevadas, ya que estas baldosas son frágiles y susceptibles de romperse.
Aislamiento eléctrico [ editar ]
El óxido de aluminio es un aislante eléctrico que se utiliza como sustrato ( silicio sobre zafiro ) para circuitos integrados, pero también como barrera de túnel para la fabricación de dispositivos superconductores como transistores de un solo electrón y dispositivos superconductores de interferencia cuántica ( SQUID ).
Para su aplicación como aislante eléctrico en circuitos integrados, donde el crecimiento conformal de una película delgada es un requisito previo y el modo de crecimiento preferido es la deposición de la capa atómica , las películas de Al 2 O 3 se pueden preparar mediante el intercambio químico entre trimetilaluminio (Al (CH 3 ) 3 ) y H 2 O: [27]
- 2 Al (CH 3 ) 3 + 3 H 2 O → Al 2 O 3 + 6 CH 4
El H 2 O en la reacción anterior se puede reemplazar por ozono (O 3 ) como oxidante activo y luego tiene lugar la siguiente reacción: [28] [29]
- 2 Al (CH 3 ) 3 + O 3 → Al 2 O 3 + 3 C 2 H 6
Las películas de Al 2 O 3 preparadas con O 3 muestran una densidad de corriente de fuga de 10 a 100 veces menor en comparación con las preparadas con H 2 O.
El óxido de aluminio, que es un dieléctrico con una banda prohibida relativamente grande , se utiliza como barrera aislante en los condensadores . [30]
Otro [ editar ]
En iluminación, el óxido de aluminio transparente se utiliza en algunas lámparas de vapor de sodio . [31] El óxido de aluminio también se utiliza en la preparación de suspensiones de revestimiento en lámparas fluorescentes compactas .
En los laboratorios de química, el óxido de aluminio es un medio para cromatografía , disponible en formulaciones básicas (pH 9,5), ácidas (pH 4,5 en agua) y neutras.
Las aplicaciones médicas y de salud lo incluyen como material en reemplazos de cadera [7] y píldoras anticonceptivas . [32]
Se utiliza como centelleador [33] y dosímetro para aplicaciones de terapia y protección radiológica por sus propiedades luminiscentes estimuladas ópticamente . [ cita requerida ]
El aislamiento para hornos de alta temperatura a menudo se fabrica con óxido de aluminio. A veces, el aislamiento tiene porcentajes variables de sílice según la clasificación de temperatura del material. El aislamiento se puede fabricar en forma de manta, tablero, ladrillo y fibras sueltas para diversos requisitos de aplicación.
Los trozos pequeños de óxido de aluminio se utilizan a menudo como chips hirviendo en química.
También se utiliza para fabricar aisladores de bujías . [34]
Usando un proceso de pulverización de plasma y mezclado con titania , se recubre la superficie de frenado de algunas llantas de bicicleta para proporcionar resistencia a la abrasión y al desgaste. [ cita requerida ]
La mayoría de los ojos de cerámica de las cañas de pescar son anillos circulares hechos de óxido de aluminio. [ cita requerida ]
En su forma más fina en polvo (blanco), llamada Diamantina , el óxido de aluminio se utiliza como un abrasivo de pulido superior en relojería y relojería. [35]
El óxido de aluminio también se utiliza en el revestimiento de candeleros en la industria del motocross y las bicicletas de montaña. Este recubrimiento se combina con disulfato de molibdeno para proporcionar una lubricación a largo plazo de la superficie. [36]
Ver también [ editar ]
- Nanopartícula de óxido de aluminio
- Relaves de bauxita
- Electrolito sólido de beta-alúmina , un conductor de iones rápido
- Experimento de liberación de aerosol cargado (CARE)
- Lista de refinerías de alúmina
- Micro-Pulling-Down
- Alúmina transparente
Referencias [ editar ]
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Enlaces externos [ editar ]
 | Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Óxido de aluminio . |
- CDC - Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos
