Aluminiumoxid | |
__ Al 3+ __ O 2– Kristallstruktur von α-Aluminiumoxid ( Korund ) |
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Identifizierung | |
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N o CAS | |
N o ECHA | 100,014,265 |
N o EG | 215-691-6 |
N o RTECS | BD1200000 |
DrugBank | DB11342 |
PubChem | 9989226 |
ChEBI | 30187 |
LÄCHELN |
[O-2]. [O-2]. [O-2]. [Al + 3]. [Al + 3] , |
InChI |
Std. InChI: InChI = 1S / 2Al.3O / q2 * + 3; 3 * -2 Std. InChIKey: PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N |
Aussehen | weißer kristallisierter Feststoff, unlöslich in Wasser |
Chemische Eigenschaften | |
Brute Formel |
Al 2 O 3 [Isomere] |
Molmasse | 101,9613 ± 0,0009 g / mol Al 52,93%, O 47,07%, |
Physikalische Eigenschaften | |
T ° Fusion | 2,050 ° C. |
T ° kochen | 2.980 ° C. |
Löslichkeit | langsam löslich in wässrigen alkalischen Lösungen ; praktisch unlöslich in unpolaren organischen Lösungsmitteln , Diethylether , Ethanol (95%), Wasser |
Volumenmasse | 3,97 g · cm -3 bis 20 ° C |
Sättigender Dampfdruck | 133,3 Pa bei 2.158 ° C. |
Wärmeleitfähigkeit |
36,0 W · m -1 · K -1 bis 26 ° C 10,9 W · m -1 · K -1 bis 500 ° C 6,2 W · m -1 · K -1 bis 1000 ° C |
Thermochemie | |
S 0 flüssig, 1 bar | 67,24 J · K & supmin ; ¹ · mol & supmin; ¹ |
S 0 fest | 50,92 ± 0,10 J · K -1 · mol -1 |
Δ f H 0 flüssig | -1 620,57 kJ · mol -1 |
Δ f H 0 fest | -1 675,7 ± 1,3 kJ · mol -1 |
C p | 795,5 J · K -1 · kg -1 |
Einheiten von SI und STP, sofern nicht anders angegeben. | |
Das Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid , ist eine chemische Verbindung aus der Formel Al 2 O 3. Es ist ein geruchloser weißer Feststoff, der in Wasser unlöslich ist. Es gibt mehrere Polymorphe , die im wesentlichen darauf α, trigonal-rhomboedrischen Aluminiumoxid , die in Form des in der natürlichen Umgebung existiert Mineral genannt Korund , einige Sorten von denen Edelsteine : Rubin , mit Spuren von Chrom und dem Saphir , mit Spuren von Eisen und Titan .
In der Petrologie ist es üblich, Aluminiumoxid auch als Komponente Al 2 O 3 zu bezeichnendie chemische Zusammensetzung eines Gesteins , ausgedrückt als Prozentsatz der Oxide , selbst wenn die aluminiumhaltigen Mineralien diese chemische Formel nicht haben. Sie sagen zum Beispiel Bauxit , das Haupterz von Aluminium , es ist reich an Aluminiumoxid.
Aluminiumoxid wird hauptsächlich als Aluminiumquelle , als Schleifmittel aufgrund seiner Härte von 9,0 auf der Mohs-Skala (vergleichbar mit der von Wolframcarbid ) und als feuerfestes Material aufgrund seines hohen Schmelzpunktes (Erreichen von 2.050 ° C ) verwendet. .
Α Aluminiumoxid, trigonal-rhomboedrischen , ist die Haupt Polymorph aus Aluminiumoxid, bildet Korund . Aluminiumoxid β ist tatsächlich die Verbindung Na 2 O 11Al 2 O 3oder NaAl 11 O 17. Γ und η Aluminiumoxid, kubisch , θ Aluminiumoxid, monoklin , κ Aluminiumoxid, orthorhombisch , χ hexagonales Aluminiumoxid und δ Aluminiumoxid, tetragonal oder orthorhombisch , sind die anderen bemerkenswerten Polymorphe von d'-Oxid. Aluminium. Γ Aluminiumoxid wird beispielsweise zur Herstellung von technischer Keramik verwendet .
Aluminiumoxid ist amphoter , dh es reagiert wie eine Säure in Gegenwart einer Base und wie eine Base in Gegenwart einer Säure. Es bildet mit vielen Metalloxiden Aluminate . Γ-Aluminiumoxid, kubisch, erscheint als hygroskopisches weißes Pulver, das in Wasser unlöslich, in starken Basen und starken Säuren jedoch langsam löslich ist . Es entsteht durch Sintern von Feststoffen mit einer porösen Oberfläche, deren Qualität stark vom Herstellungsprozess und der Temperatur abhängt. Es wird als stationäre Phase in der Chromatographie verwendet . Γ Aluminiumoxid wird von 800 ° C in α-Aluminiumoxid umgewandelt, das in Säuren und Basen unlöslich ist.
Aluminiumoxid ist ein guter elektrischer Isolator mit einer Durchschlagfestigkeit von 35 kV · mm –1 und einem spezifischen Widerstand von 10 12 Ω · m bei 20 ° C (Abfall auf 10 7 Ω · m bis 1000 ° C ), jedoch bei Raumtemperatur a Wärmeleitfähigkeit von 35,6 bis 39 W · m -1 · K -1 , relativ hoch für eine Keramik. Es wird leicht auf der Oberfläche des gebildete Aluminiummetall in Kontakt mit dem Sauerstoff der Luft und bildet eine dünne Schicht aus Passivierungsmaterial , dicken von etwa 4 nm , die das Innere des Volumens des Aluminiums gegen Progression der schützen Oxidation . Eine Reihe von Legierungen wie Cuproaluminium ( Kupfer mit einem Anteil an Aluminium) nutzen diese Eigenschaft, um ihre Korrosionsbeständigkeit zu verbessern .
Die Dicke und die Eigenschaften dieser Oxidschicht können durch Oberflächenbehandlung vom Anodisierungstyp verbessert werden . Die so gebildete Schicht ist im Allgemeinen amorph , kann jedoch unter Verwendung von Plasmaoxidations- oder Lichtbogentechniken teilweise kristallisiert werden . Diese Aluminiumoxidschichten können dann durch Kombinieren mit Wasser verstärkt werden, um ein durchscheinendes Aluminiumoxidhydrat zu bilden. Während dieses Vorgangs können der Oberflächenschicht Farbstoffe zugesetzt werden, um ästhetische Farben zu erhalten.
Aluminiumoxid wurde 1754 vom deutschen Chemiker Andreas Sigismund Marggraf aus Alaun isoliert . Es war Louis Guyton de Morveau (1737-1816), Mitarbeiter von Antoine Lavoisier , der Aluminiumoxid, eines der in Alaun enthaltenen Sulfate , taufte .
Die Gewinnung von Aluminiumoxid aus Bauxit erfolgt nach einem chemischen Verfahren , dem Bayer-Verfahren , das vom Österreicher Karl Josef Bayer erfunden wurde . Das Aluminiumoxid in Bauxit in Form vorliegen Oxide von Aluminium hydratisiert - Hydrargillit Al (OH) 3, Böhmit γ-AlO (OH) und Diaspor α-AlO (OH) - gemischt mit Eisenoxiden - Goethit FeO (OH) und Hämatit Fe 2 O 3- sowie SiO 2 Quarzund Ton . Bei diesem Verfahren wird das Bauxit bei hoher Temperatur und unter Druck mit Natriumhydroxid NaOH angegriffen :
Al 2 O 3+ H 2 O.+ NaOH ⟶ NaAl (OH) 4 ;; Al (OH) 3+ NaOH ⟶ NaAl (OH) 4.Außer SiO 2 QuarzDie Bestandteile von Bauxit lösen sich nicht in den Basen . Durch Filtration der Grundmischung wird der Hämatit Fe 2 O 3 entferntDann wird die Mischung abgekühlt, um einen Niederschlag von Aluminiumhydroxid Al (OH) 3 zu bildenwodurch die Silikate in Lösung bleiben:
NaAl (OH) 4⟶ NaOH + Al (OH) 3 ↓.Das Hydroxid wird dann oberhalb von 1.100 ° C unter Bildung von Aluminiumoxid kalziniert :
2 Al (OH) 3⟶ Al 2 O 3+ 3 H 2 O..Das erzeugte Aluminiumoxid ist tendenziell mehrphasig, dh es enthält nicht nur Korund , sondern auch andere Polymorphe . Die Zusammensetzung des so hergestellten Aluminiumoxids kann in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen eingestellt werden; Sie bestimmt insbesondere die Porosität der Oberflächen und die Löslichkeit des Materials, was sich auf seine Kosten, seinen Verkaufspreis und die Kontrolle der daraus resultierenden Verschmutzung auswirkt .
Die erste Anlage, die dieses Verfahren anwendete, war die Gardanne- Anlage (ehemals Pechiney ) im Jahr 1894. Diese Anlage produziert bis heute nach diesem Verfahren hydratisierte und kalzinierte Aluminiumoxide. Aluminiumoxid aus einer Vielzahl von Quellen kann mit dem viel weniger umweltschädlichen Orbite-Verfahren extrahiert werden .
Aluminiumoxid wird industriell genutzt, um Aluminium nach dem Héroult-Hall-Elektrolyseverfahren zu erhalten . Es wird auch als feuerfestes Material (beständig gegen sehr hohe Temperaturen) und als Keramik verwendet und kann auch in Form von Korund zur Herstellung von Schleifmitteln verwendet werden. Aluminiumoxid-Ofenrohre werden für die Holz- und Ölheizung hergestellt.
Aluminiumoxid wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Etwa 90% der Gesamtmenge werden zur Herstellung von Aluminium verwendet , im Allgemeinen durch Elektrolyse (Hall-Héroult-Verfahren), der Rest wird hauptsächlich in Anwendungen verwendet, bei denen der chemische, thermische und elektrische Widerstand genutzt wird. Es wird beispielsweise als feuerfestes Material , als Keramik , als Schleifmittel oder auch bei Polieranwendungen verwendet . Ein großes Volumen wird zur Herstellung von Zeolithen , Pigmenten in Titandioxidbeschichtungen und Verzögerungs- oder Rauchschutzmitteln verwendet .
Als Schleifmittel dient Aluminiumoxid beispielsweise als viel billigerer Ersatz für industrielle Diamanten , ob natürlich oder synthetisch . Viele Arten von Sandpapier verwenden Aluminiumoxidkristalle . Seine geringe Wärmebeständigkeit und geringe Wärmekapazität machen es ein weit verbreitetes Material für Schleifbearbeitung oder Schleifanwendungen .
Als elektrischer Isolator wird Aluminiumoxid in bestimmten Kondensatoren sowie als Substrat in bestimmten Silizium-auf-Isolator ( SOI ) -Technologien verwendet, in diesem Fall bekannt als Silizium-auf-Saphir (SOS), um aber auch integrierte Schaltkreise herzustellen supraleitende Komponenten beim Tunneln als SET und SQUID . Es ist möglich , zu wachsen , dünne Filme aus Aluminiumoxid auf einer integrierten Schaltung durch chemischen Austausch zwischen Trimethylaluminium Al 2 (CH 3 ) 6und Wasser H 2 O. ::
Al 2 (CH 3 ) 6+ 3 H 2 O.⟶ Al 2 O 3+ 6 CH 4.Es ist auch möglich, Ozon O 3 zu verwenden anstelle von Wasser:
Al 2 (CH 3 ) 6+ O 3⟶ Al 2 O 3+ 3 C 2 H 6Aus Ozon hergestellte dünne Aluminiumoxidfilme haben einen 10- bis 100-mal niedrigeren Leckstrom als aus Wasserdampf hergestellte.
Aluminiumoxid wird als Katalysator in mehreren Reaktionen von industrieller Bedeutung verwendet, beispielsweise im Claus-Verfahren zur Rückgewinnung von elementarem Schwefel aus gasförmigen Emissionen aus der Erdölraffination oder in der Reaktion zur Dehydratisierung von Alkoholen zu Alkenen . Es ist auch ein Träger für viele industrielle Katalysatoren, beispielsweise solche, die bei der Hydrodesulfurierung oder bei Ziegler-Natta- Polymerisationen verwendet werden .
Es wird auch in Keramikplatten einiger kugelsicherer Westen verwendet , häufig als Matrix, die mit Aramidfasern oder Polyethylen mit sehr hohem Molekulargewicht ( UHMPE ) verstärkt ist, aber es ist weniger hart als Siliciumcarbid und Carbid. Bor und die Aluminiumoxidplatten nicht für den militärischen Einsatz zertifiziert.
In einigen Natriumdampflampen wird auch klares Aluminiumoxid verwendet .
Nach Angaben des französischen Zolls war Frankreich 2014 ein klarer Importeur von Aluminiumoxid. Der durchschnittliche Einfuhrpreis betrug 310 € / t .