Fosfato de alumínio (AlPO4): estrutura, propriedades, produção, usos - Ciência - 2023

science
Fosfato de alumínio (AlPO4): estrutura, propriedades, produção, usos - Ciência
Fosfato de alumínio (AlPO4): estrutura, propriedades, produção, usos - Ciência

Contente

o fosfato de alumínio é um sólido inorgânico formado por um íon alumínio Al3+ e um íon fosfato PO43-. Sua fórmula química é AlPO4. É um sólido branco cuja estrutura cristalina é semelhante à da sílica SiO2. É insolúvel em água.

Pode ser obtido a partir de alumina (Al2OU3) e ácido fosfórico (H3PO4) Também pode ser obtido a partir de soluções aquosas de cloreto de alumínio (AlCl3) e fosfato de sódio (Na3PO4).

O fosfato de alumínio possui um ponto de fusão muito alto, por isso é amplamente utilizado como componente de cerâmicas refratárias, ou seja, cerâmicas que suportam temperaturas muito altas.

É também utilizado como antiácido para o estômago, em misturas para a reparação de dentes e como adjuvante de vacinas, ou seja, para estimular a resposta imunológica do organismo.


Alguns concretos refratários possuem AlPO4 na sua composição, o que aumenta as propriedades mecânicas e de suporte a altas temperaturas deste tipo de cimento.

Tem sido usado como escudo protetor para evitar a queima de materiais combustíveis, como certos polímeros.

Estrutura

O AlPO4 É formado por um cátion alumínio Al3+ e um ânion fosfato PO43-.

O fosfato de alumínio cristalino também é chamado de berlinita ou fase alfa (α-AlPO4) e seus cristais são semelhantes ao quartzo.

A fase alfa do fosfato de alumínio é um sólido formado por uma rede covalente de tetraedros PO4 e AlPO4 Eles se alternam e são ligados por átomos de oxigênio.


Essa estrutura é isomórfica com a sílica, ou seja, tem o mesmo formato da sílica SiO2.

Nomenclatura

- Fosfato de alumínio

- Monofosfato de alumínio

- Sal de alumínio do ácido fosfórico.

Propriedades

Estado físico

Sólido branco cristalino.

Peso molecular

121,93 g / mol

Ponto de fusão

1800 ºC

Densidade

2,56 g / cm3

Solubilidade

Insolúvel em água

Outras propriedades

A estrutura do AlPO4 é muito semelhante ao da sílica SiO2, por isso compartilha muitas propriedades físicas e químicas dele.

O fosfato de alumínio é um material altamente refratário, ou seja, resiste a altíssimas temperaturas sem alterar seu estado físico ou estrutura e sem se decompor.

O AlPO4 cristalino ou berlinita quando aquecido se converte em uma estrutura do tipo tridimita e, em seguida, do tipo cristobalita, outras formas deste composto que se assemelham à sílica SiO2.


Obtendo

Fosfato de Alumínio AlPO4 pode ser obtido pela reação entre ácido fosfórico H3PO4 e alumina Al2OU3. A aplicação de temperatura é necessária, por exemplo entre 100 e 150 ° C.

Ao2OU3 + 2 H3PO4 = 2 AlPO4 + 3 H2OU

Também pode ser obtido juntando uma solução aquosa de cloreto de alumínio AlCl3 com uma solução aquosa de fosfato de sódio Na3PO4:

AlCl3 + Na3PO4 = AlPO4 + 3 NaCl

Uso em cerâmica

Fosfato de Alumínio AlPO4 é freqüentemente encontrado na constituição de cerâmicas de alumina.

A cerâmica com alto teor de alumina é um dos materiais que, devido à sua dureza, é utilizado em aplicações onde é necessário resistir a altas cargas e condições severas.

Este tipo de cerâmica é resistente à corrosão, a ambientes de alta temperatura, à presença de vapor quente ou em ambientes redutores como o monóxido de carbono (CO).

A cerâmica de alumina também possui baixa condutividade elétrica e térmica, razão pela qual é usada para fazer tijolos refratários e componentes eletricamente isolantes.

Porque o fosfato de alumínio se forma a uma temperatura muito mais baixa do que a sílica SiO2, sua produção é mais barata, o que constitui uma vantagem na fabricação de cerâmicas aptas para serviços exigentes.

Fabricação de cerâmica de fosfato de alumínio

Al alumina é usada2OU3 e ácido fosfórico H3PO4 em meio aquoso.

O pH de formação preferido é 2-8, visto que há uma abundância de espécies de ácido fosfórico dissolvidas, como H2PO4– e HPO42-. Em pH ácido, a concentração de íons Al3+ é alto, a partir da dissolução de alumina Al2OU3.

Primeiro, um difosfato de alumínio hidratado trihidrogênio gel AlH é formado3(PO4)2.H2OU:

Ao3+ + H2PO4– + HPO42- + H2O ⇔ AlH3(PO4)3.H2OU

Porém, chega um momento em que o pH da solução cai e se torna neutro, onde a alumina Al2OU3 tem baixa solubilidade. Nesse momento, a alumina insolúvel forma uma camada na superfície das partículas, impedindo que a reação continue.

Portanto, é necessário aumentar a solubilidade da alumina e isso é conseguido por aquecimento suave. Ao aquecer a 150 ° C, o gel continua a reação com alumina Al2OU3 liberando água e berlinita cristalina (alfa-AlPO4).

Ao2OU3 + 2 AlH3(PO4)3.H2O → AlPO4 + 4 H2OU

A berlinita liga as partículas individuais e forma a cerâmica.

Outros usos

O AlPO4 É utilizado como antiácido, adsorvente, peneira molecular, suporte de catalisador e revestimento para melhorar a resistência à corrosão a quente. Aqui estão outros aplicativos.

Na obtenção de concreto

O fosfato de alumínio é um ingrediente em concretos refratários ou resistentes ao calor.

Proporciona excelentes propriedades mecânicas e refrativas a esses concretos, como resistência ao calor. Na faixa de temperatura entre 1400-1600 ° C, o concreto celular à base de fosfato de alumínio é um dos materiais mais eficientes como isolante térmico.

Não necessita secagem, seu endurecimento se dá por meio de uma reação exotérmica autopropagada. É possível preparar tijolos desse material de qualquer formato e tamanho.

Em cimentos dentais

O fosfato de alumínio é parte dos cimentos dentais ou materiais usados ​​para curar dentes cariados.

Nos cimentos odontológicos, a alumina é utilizada como moderador das reações ácido-base, onde o efeito moderador se deve à formação de fosfato de alumínio nas partículas de outros materiais.

Esses cimentos apresentam altíssima resistência à compressão e tração, devido à presença de fosfato de alumínio.

Em vacinas

O AlPO4 Ele tem sido usado por muitos anos em várias vacinas humanas para aumentar a resposta imunológica do corpo. Diz-se que o AlPO4 é um "adjuvante" das vacinas. O mecanismo ainda não é bem conhecido.

Sabe-se que o efeito imunoestimulante do AlPO4 depende do processo de adsorção do antígeno ao adjuvante, ou seja, da forma como ele se adere a ele. Um antígeno é um composto que ao entrar no corpo gera a formação de anticorpos para combater uma doença específica.

Os antígenos podem ser adsorvidos a AlPO4 por interações eletrostáticas ou por ligação com ligantes. Eles são adsorvidos na superfície do adjuvante.

Acredita-se ainda que o tamanho de partícula de AlPO4 também tem influência. Quanto menor o tamanho da partícula, a resposta do anticorpo é maior e mais duradoura.

Como um retardador de chama em polímeros

O AlPO4 Tem sido utilizado como retardante de fogo e para prevenir a combustão ou queima de certos polímeros.

A adição de AlPO4 a um polímero de polipropileno que já tem um retardador de chama causa um efeito sinérgico entre os dois retardadores, o que significa que o efeito é muito maior do que o de ambos os retardadores de fogo separadamente.

Quando o polímero é submetido à combustão ou queimado na presença de AlPO4, um metafosfato de alumínio é formado que penetra na superfície carbonizada e preenche seus poros e rachaduras.

Isso leva à formação de um escudo protetor altamente eficiente para evitar a queima ou combustão do polímero. Em outras palavras, o AlPO4 sela a superfície carbonizada e evita que o polímero queime.

Referências

  1. Abyzov, V.A. (2016). Concreto leve refratário baseado em ligante de alumínio-magnésio-fosfato. Procedia Engineering 150 (2016) 1440-1445. Recuperado de sciencedirect.com.
  2. Wagh, A.S. (2016). Cerâmica de Fosfato de Alumínio. Em Cerâmica de Fosfato Ligado Quimicamente (Segunda Edição). Capítulo 11. Recuperado de sciencedirect.com.
  3. Mei, C. et al. (2019). Adjuvante de vacina de fosfato de alumínio: análise de composição e tamanho usando ferramentas off-line e em linha. Comput Struct Biotechnol J. 2019; 17: 1184-1194. Recuperado de ncbi.nlm.nih.gov.
  4. Qin, Z. et al. (2019).Efeito de barreira sinérgica do fosfato de alumínio no polipropileno retardador de chama baseado no sistema polifosfato de amônio / dipentaeritritol. Materiais e Design 181 (2019) 107913. Recuperado de sciencedirect.com.
  5. Vrieling, H. et al. (2019). Nanopartículas de fosfato de alumínio estabilizadas usadas como adjuvante de vacina. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 181 (2019) 648-656. Recuperado de sciencedirect.com.
  6. Schaefer, C. (2007). Drogas gastrointestinais. Antiácidos. Em drogas durante a gravidez e a lactação (segunda edição). Recuperado de sciencedirect.com.
  7. Rouquerol, F. et al. (1999). Propriedades de alguns adsorventes novos. Em Adsorção por Pós e Sólidos Porosos. Recuperado de sciencedirect.com.