Оксид алюминия: свойства, виды, реакции, применение
Оксид алюминия – это распространённое вещество, относящееся к классу оксидов. Он используется во многих областях деятельности, распространён в промышленности, ювелирном деле, химии, стекловарении. Благодаря высокой химической активности и особой структуре алюминиевый оксид входит в состав смазочных смесей, бронежилетов. Применение алюминия оксида распространилось в область очищения газов, электроизоляции, хроматографии.
Что такое оксид алюминия, формулаОксид алюминия – это бинарное соединение металла алюминия с кислородом. Химическая формула – Al2O3. В молекуле вещества между двумя атомами алюминия находится атом кислорода.
В природе оксид алюминия встречается чаще всего в форме глинозёма. Его месторождения распространены по всему миру. Чистое соединение можно встретить в природе как минерал корунд. Он образуется в глубинах земной коры из кристаллизующихся магнитных расплавов. Поэтому его находят в магматических породах. Иногда он бывает загрязнён примесями железа, хрома, титана. Это драгоценный материал. Его не огранённые, естественные кристаллы – таблитчатые или бочонкообразные, сросшиеся, либо разбросанные в виде отдельных вкраплений, зёрен, сплошных корочек. Корунд довольно твёрдый, твёрдость по шкале Мооса – 9. Встречаются как прозрачные, так и полу-непрозрачные экземпляры. Характеризуется стеклянным блеском, неровным изломом, плотность порядка 4,1 г/см3.
Регионы добычи расположены в Индии, на острове Шри-Ланка, в Канаде, Норвегии, России (Северная Карелия, Средний и Приполярный Урал).
Виды оксидов алюминия
Разновидности сапфиров
Оксид алюминия существует в разных модификациях. К альфа-модификации относятся природный минерал и все его подвиды, она термодинамически стабильна. При обработке соединений при высоком температурном режиме образуется гамма-модификация – это кубическая форма, появляющаяся при нагреве до 400 °С. Она при повышении жара до 1000 °С с добавлением минерализаторов спонтанно переходит в альфа-форму. Другие модификации:
н-фаза кубическая; тета-фаза в форме призмы (моноклинная); к-фаза шестиугольная; х-фаза ромбическая.Различия вещества по цвету и его интенсивности определяются содержанием окисей железа и хрома, следовыми количествами других красящих минералов. По окраске выделяют несколько разновидностей оксидов алюминия:
Рубин отличается ярко-красной насыщенной цветовой гаммой с высокой степенью прозрачности. Сапфир окрашен в голубовато-синие тона, наиболее бледные и тёмные вариации ценятся меньше. Умеренная голубизна – самая дорогая. Выделяют зелёный сапфир, который называли восточным изумрудом, и «восточный аметист» – фиолетовый сапфир. Падпараджа – сапфировый камень нежно персикового, желтоватого или розоватого оттенка. Лейкосапфир бесцветен, отличается дешевизной и низкой востребованностью. Наждак – основа распространённой в быту «наждачки» – абразивный материал, которым издревле пользовались для шлифования. Синтетический корунд производится искусственным путём и имеет приятный розоватый окрас, его именуют «розой Франции». Натуральный оксид алюминия непрозрачен, высокотвёрдый, тугоплавкий. Физические свойства, внешний видОксид алюминия – это мелкокристаллический бесцветный порошок с плотностью 3,99 г/см3. Он не растворяется в воде и кислотах, но смешивается с горячими растворами щелочей. Вещество плохо проводит электрический ток и является диэлектриком. Учёные причисляют его к проводнику n-типа, имеющему определённые электроны проводимости, которые являются носителями заряда.
Оксид алюминия довольно термостабилен, его температура плавления – 2044 °С, закипает при 2980 °С. Он характеризуется хорошей теплопроводностью, устойчив к действию агрессивных факторов окружающей среды: повышенной влажности, коррозии, ветру и температурным перепадам.
Химические свойства, реакции
Структурная формула и кристаллическая решетка оксида алюминия
Оксид алюминия является амфотерным, т.е. он вступает во взаимодействие как с щелочами, так и кислотами. Оксид алюминия реагирует с простыми веществами, в том числе с углеродом. При этом происходит реакция диспропорционирования, выделяется карбид:
2Al2O3 + 9C → Al4C3 + CO↑
Оксид алюминия реагирует с кислотными оксидами, с трёхокисью серы:
Al2O3 + 3SO3 → Al2(SO4)3
За счёт двойственных свойств алюминия, оксид алюминия реагирует с основными оксидами, образуется метаалюминат кальция. Уравнение реакции:
Al2O3 + СaO → Ca(AlO2)2
Оксид алюминия реагирует с соляной кислотой. В ходе реакции выделяется вода и хлорид:
Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O
В реакциях с концентрированными щелочами формируются более сложные продукты. Так, оксид алюминия реагирует с едким натром, образуя тетрагидроксоалюминат натрия:
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4]
По схожему механизму идёт реакция с расплавом гашёной извести:
Al2O3 + Ca(OH)2 → Ca(AlO2)2 + H2O
Оксид алюминия реагирует с солями при нагревании:
Al2O3 + Na2CO3 → 2NaAlO2 + CO2↑
При пропускании электричества запускается реакция электролиза:
Al2O3 → 4Al + 3O2
Производство и получение оксида алюминияВ лабораторных условиях получение ведется различными путями. Распространен прямой синтез из металла, сгорающего в кислороде:
4Al + 3O2 → 2Al2O3
Нередко для добычи реактива используют термолиз гидроксидов алюминия:
2Al(OH)3 + Al2O3 + 3H2O
Для этого подходит разложение любых солей алюминия – карбонатов, сульфатов:
Al2(CO3)3 → Al2O3 + 3CO2
В промышленности добыча оксида алюминия производится из естественного сырья – бокситов, каолина, нефелинов:
3Cu2O + 2Al → 6Cu + Al2O3
ПрименениеПрименение алюминия оксида во многих сферах деятельности обусловлено его уникальными химическими свойствами. Ежегодно производится более десяти тонн оксида алюминия, большинство которого уходит на нужны керамической промышленности и химии. Он служит сырьём для выделения металлического алюминия, проявляет каталитическую активность в реакциях десульфуризации, полимеризации. Вещество необходимо для создания абразивов, красок, тканей, стекла.
Применение алюминия оксида в химической промышленностиОксид алюминия обладает выраженными способностями катализатора. Он ускоряет реакции, не расходуясь при этом сам, поэтому его внесение в систему очень выгодно, а иногда и просто необходимо для успешного синтеза. Чаще всего его применяют на нефтеперерабатывающих заводах.
Применение алюминия оксида обусловлено тем, что, соединяясь с отходящими из реакторов газами, он обезвреживает их. Они в большой концентрации содержат сероводород, который оксид алюминия связывает, преобразуя в серу. Оксид алюминия служит носителем других катализаторов, необходимых для создания полимеров.
Оксид алюминия входит в состав среды для хроматографа. Он может работать при различной кислотности среды: кислой (pH → 4,5), основной (pH → 9,5), нейтральной. Стружку оксида добавляют в жидкости для более спокойного кипения.
Применение алюминия оксида в стеклоделии, керамике и других областяхПовышенная твёрдость оксида алюминия способствует его использованию в качестве абразива. Его порошок наносят на поверхность наждачной бумаги. При этом шлифование из-за низкой удельной теплоёмкости остаётся безопасным. Его используют для полировки дисков, в качестве напыления на наконечник кия в бильярде.
Оксид алюминия вносят в красящие составы для придания им блеска. Напыление из вещества упрочняет керамические пластины бронежилетов, защищает от истирания и повышенного износа любые детали. Благодаря изоляционным свойствам алюминия оксида им покрывают конденсаторы, катушки зажигания автомобилей.
Оксид алюминия – компонент алюмосиликатного стекла, отличающегося ударопрочностью, устойчивостью к возникновению трещин и царапин. Он является ингредиентом наполнителей для пластмасс, в медицине – активный компонент противозачаточных препаратов, материал для эндопротезов тазобедренных суставов.
Где купить и сколько стоитОксид алюминия продаётся заводами-производителями оптом. Стоимость 1 кг составляет 150 рублей при минимальном заказе от 25 кг. При меньших объёмах – 1-5 кг, цена поднимает до 200-250 руб/кг.
ЗаключениеОксид алюминия – это вещество, востребованное в промышленности. Оно незаменимо для производства стекла, керамических изделий, органическом и неорганическом синтезе. Огранённый минер имеет большую эстетическую ценность и с древних времён привлекает ювелиров.
Читайте также:
Хлорид алюминия: свойства, применение Сульфат алюминия: свойства, применение Гидроксид алюминия: свойства, инструкция, применение Алюмосиликаты: свойства, виды, получение, применение