อลูมิเนียมฟอสเฟต (ALPO4): โครงสร้างคุณสมบัติการผลิตการใช้งาน - เคมี - 2026

อลูมิเนียมฟอสเฟตเป็นอนินทรีที่เป็นของแข็งที่เกิดขึ้นจากอลูมิเนียมไอออนกับ³⁺และ PO ฟอสเฟตไอออน₄ 3- สูตรทางเคมีของมันคืออัลโป4 มันเป็นสีขาวโครงสร้างที่เป็นของแข็งที่มีผลึกจะคล้ายกับที่ของซิลิกา SiO 2 ไม่ละลายในน้ำ

สามารถหาได้จากอลูมินา (Al ₂ O ₃ ) และกรดฟอสฟอริก (H ₃ PO ₄ ) นอกจากนี้ยังสามารถหาได้จากสารละลายอลูมิเนียมคลอไรด์ (AlCl ₃ ) และโซเดียมฟอสเฟต (Na ₃ PO ₄ )

อะลูมิเนียมฟอสเฟต AlPO ₄ . Ondřej Mangl. ที่มา: Wikimedia Commons

อลูมิเนียมฟอสเฟตมีจุดหลอมเหลวสูงมากซึ่งเป็นสาเหตุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะส่วนประกอบของเซรามิกทนไฟนั่นคือเซรามิกที่ทนต่ออุณหภูมิที่สูงมาก

นอกจากนี้ยังใช้เป็นยาลดกรดสำหรับกระเพาะอาหารผสมเพื่อซ่อมแซมฟันและเป็นส่วนเสริมของวัคซีนนั่นคือเพื่อกระตุ้นการตอบสนองภูมิคุ้มกันของร่างกาย

คอนกรีตทนไฟบางชนิดมี AlPO ₄อยู่ในองค์ประกอบซึ่งจะเพิ่มคุณสมบัติการรองรับเชิงกลและอุณหภูมิสูงของปูนซีเมนต์ประเภทนี้

ถูกใช้เป็นเกราะป้องกันเพื่อป้องกันไม่ให้วัสดุที่ติดไฟได้เช่นโพลีเมอร์บางชนิดจากการเผาไหม้

โครงสร้าง

Alpo ₄ถูกสร้างขึ้นจากอัล³⁺ไอออนอลูมิเนียมและ PO ₄ ^3-ฟอสเฟตไอออน

โครงสร้างไอออนิกของอลูมิเนียมฟอสเฟต ผู้แต่ง: Marilú Stea

อลูมิเนียมฟอสเฟตผลึกเรียกอีกอย่างว่าเบอร์ลินไนต์หรืออัลฟาเฟส (α-AlPO ₄ ) และผลึกของมันคล้ายกับควอตซ์

ผลึกเบอร์ลินสังเคราะห์ (α-AlPO ₄ ) DMGualtieri ที่มา: Wikimedia Commons

เฟสอัลฟาของอลูมิเนียมฟอสเฟตเป็นของแข็งที่เกิดจากเครือข่ายโควาเลนต์ของเตตระฮีดราของ PO ₄และ AlPO ₄ที่สลับกันและเชื่อมโยงกันด้วยอะตอมของออกซิเจน

นี่คือโครงสร้าง isomorphic กับซิลิกา, ที่อยู่, มันมีรูปร่างเช่นเดียวกับที่ของซิลิกา SiO 2

ศัพท์เฉพาะ

- อลูมิเนียมฟอสเฟต

- อะลูมิเนียมโมโนฟอสเฟต

- เกลืออลูมิเนียมของกรดฟอสฟอริก

คุณสมบัติ

สภาพร่างกาย

ผลึกของแข็งสีขาว

น้ำหนักโมเลกุล

121.93 ก. / โมล

จุดหลอมเหลว

1800 ºC

ความหนาแน่น

2.56 ก. / ซม. ³

การละลาย

ไม่ละลายในน้ำ

คุณสมบัติอื่น ๆ

โครงสร้างของ AlPO ₄นั้นคล้ายคลึงกับซิลิกา SiO ₂มากดังนั้นจึงมีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีร่วมกันหลายประการ

อลูมิเนียมฟอสเฟตเป็นวัสดุทนไฟสูงกล่าวคือทนต่ออุณหภูมิที่สูงมากโดยไม่เปลี่ยนสถานะหรือโครงสร้างทางกายภาพและไม่สลายตัว

ผลึกAlpo ₄หรือ berlinite เมื่อถูกความร้อนแปรรูปโครงสร้างประเภท tridymite แล้วโครงสร้างประเภท cristobalite รูปแบบอื่น ๆ ของสารนี้ที่มีลักษณะคล้ายซิลิกา SiO 2

อลูมิเนียมฟอสเฟต. Chemicalinterest ที่มา: Wikimedia Commons

การได้รับ

อลูมิเนียมฟอสเฟต Alpo ₄สามารถรับได้จากปฏิกิริยาระหว่างกรดฟอสฟ H ₃ PO ₄และอลูมิ Al ₂ O 3 จำเป็นต้องใช้อุณหภูมิเช่นระหว่าง 100 ถึง 150 ° C

Al ₂ O ₃ + 2 H ₃ PO ₄ = 2 AlPO ₄ + 3 H ₂ O

นอกจากนี้ยังสามารถหาได้โดยการผสมสารละลายอลูมิเนียมคลอไรด์ AlCl ₃กับสารละลายโซเดียมฟอสเฟต Na ₃ PO _{4 ในน้ำ} :

AlCl ₃ + Na ₃ PO ₄ = AlPO ₄ + 3 NaCl

ใช้ในงานเซรามิกส์

อลูมิเนียมฟอสเฟต AlPO ₄มักพบในโครงสร้างของเซรามิกอลูมินา

เซรามิกที่มีส่วนผสมของอลูมินาสูงเป็นหนึ่งในวัสดุที่มีความแข็งจึงถูกนำไปใช้ในงานที่ต้องทนต่อการรับน้ำหนักสูงและสภาวะที่รุนแรง

เซรามิกชนิดนี้ทนต่อการกัดกร่อนสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงต่อการมีไอน้ำร้อนหรือการลดชั้นบรรยากาศเช่นคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO)

เซรามิกอลูมินายังมีการนำไฟฟ้าและความร้อนต่ำด้วยเหตุนี้จึงใช้ในการทำอิฐทนไฟและส่วนประกอบที่เป็นฉนวนไฟฟ้า

ผ้าอิฐทนไฟซึ่งอาจจะมีอัลโป₄อลูมิเนียมฟอสเฟต อิฐเหล่านี้ป้องกันอุณหภูมิสูง Alexknight12 ที่มา: Wikimedia Commons

เนื่องจากอลูมิเนียมฟอสเฟตก่อตัวที่อุณหภูมิต่ำกว่าซิลิกา SiO ₂มากจึงมีราคาถูกกว่าในการผลิตซึ่งเป็นข้อได้เปรียบในการผลิตเซรามิกที่เหมาะสมกับการบริการที่ต้องการ

การผลิตเซรามิกอลูมิเนียมฟอสเฟต

Alumina Al ₂ O ₃และกรดฟอสฟอริก H ₃ PO _{4 ใช้}ในน้ำปานกลาง

ค่าพีเอชที่ต้องการคือการก่อตัวที่ 2-8 ที่มีความอุดมสมบูรณ์ของสายพันธุ์ละลายฟอสฟอรัสกรดเช่น H ₂ PO ₄ ^-และ HPO ₄ 2- ที่ pH กรดความเข้มข้นของอัล³⁺ไอออนสูงมาจากการสลายตัวของอัล₂ O ₃อลูมิเนียม

ขั้นแรกให้สร้างอลูมิเนียมไดฟอสเฟตไตรไฮโดรเจน AlH ₃ (PO ₄ ) _2. H ₂ O เจล:

Al ³⁺ + H ₂ PO ₄ ^- + HPO ₄ ^2- + H ₂ O ⇔ AlH ₃ (PO ₄ ) ₃ .H ₂ O

อย่างไรก็ตามมีช่วงเวลาที่ pH ของสารละลายลดลงและเป็นกลางซึ่งอลูมินา Al ₂ O ₃มีความสามารถในการละลายต่ำ ในเวลานี้อลูมินาที่ไม่ละลายน้ำจะก่อตัวเป็นชั้นบนพื้นผิวของอนุภาคเพื่อป้องกันไม่ให้ปฏิกิริยาดำเนินต่อไป

ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเพิ่มความสามารถในการละลายของอลูมินาและทำได้โดยการให้ความร้อนเบา ๆ เมื่อได้รับความร้อนถึง 150 ° C เจลจะยังคงทำปฏิกิริยากับอลูมินา Al ₂ O _{3 ที่}ปล่อยน้ำออกมาและเกิดผลึกเบอร์ลิน (alpha-AlPO ₄ )

Al ₂ O ₃ + 2 AlH ₃ (PO ₄ ) ₃ .H ₂ O → AlPO ₄ + 4 H ₂ O

berlinite จับอนุภาคแต่ละอนุภาคและสร้างเซรามิก

การใช้งานอื่น ๆ

AlPO ₄ใช้เป็นยาลดกรดเป็นตัวดูดซับเป็นตะแกรงโมเลกุลเป็นตัวรองรับตัวเร่งปฏิกิริยาและเป็นสารเคลือบเพื่อปรับปรุงความต้านทานต่อการกัดกร่อนจากความร้อน นี่คือแอปพลิเคชันอื่น ๆ

ในการได้มาซึ่งคอนกรีต

อลูมิเนียมฟอสเฟตเป็นส่วนผสมในคอนกรีตทนไฟหรือทนความร้อน

ให้คุณสมบัติเชิงกลและการหักเหของแสงที่ดีเยี่ยมสำหรับคอนกรีตเหล่านี้เช่นความต้านทานต่อความร้อน ในช่วงอุณหภูมิระหว่าง 1,400-1600 ° C คอนกรีตเซลลูลาร์ที่ใช้อะลูมิเนียมฟอสเฟตเป็นวัสดุที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในฐานะฉนวนกันความร้อน

ไม่ต้องการการอบแห้งการชุบแข็งทำได้โดยปฏิกิริยาคายความร้อนที่แพร่กระจายตัวเอง เป็นไปได้ที่จะเตรียมอิฐของวัสดุนี้ที่มีรูปร่างและขนาดใดก็ได้

ในซีเมนต์ฟัน

อลูมิเนียมฟอสเฟตเป็นส่วนหนึ่งของซีเมนต์ทางทันตกรรมหรือวัสดุที่ใช้ในการรักษาฟันที่ผุ

ในซีเมนต์ทันตกรรมอลูมินาถูกใช้เป็นตัวควบคุมปฏิกิริยากรดเบสซึ่งผลการกลั่นกรองเกิดจากการก่อตัวของอลูมิเนียมฟอสเฟตบนอนุภาคของวัสดุอื่น

ซีเมนต์เหล่านี้มีความต้านทานต่อแรงอัดและแรงดึงสูงมากซึ่งเกิดจากการมีอลูมิเนียมฟอสเฟต

ซีเมนต์ทันตกรรมที่ใช้ในการรักษาฟันผุอาจมีอลูมิเนียมฟอสเฟต ผู้แต่ง: Reto Gerber ที่มา: Pixabay

ในวัคซีน

AlPO ₄ถูกนำมาใช้เป็นเวลาหลายปีในวัคซีนต่างๆของมนุษย์เพื่อเพิ่มการตอบสนองภูมิคุ้มกันของร่างกาย AlPO ₄ถูกกล่าวว่าเป็น "เสริม" สำหรับวัคซีน กลไกยังไม่เข้าใจดี

เป็นที่ทราบกันดีว่าผลการกระตุ้นภูมิคุ้มกันของ AlPO _{4 นั้น}ขึ้นอยู่กับกระบวนการดูดซับแอนติเจนไปยังสารเสริมนั่นคือในลักษณะที่เป็นไปตามนั้น แอนติเจนเป็นสารประกอบที่เมื่อเข้าสู่ร่างกายจะสร้างการสร้างแอนติบอดีเพื่อต่อสู้กับโรคเฉพาะ

แอนติเจนสามารถดูดซับกับ AlPO _{4 ได้}โดยปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตหรือโดยการจับกับลิแกนด์ พวกมันถูกดูดซับบนพื้นผิวของสารเสริม

เป็นที่เชื่อกันเพิ่มเติมว่าขนาดของอนุภาค AlPO ₄ก็มีอิทธิพลเช่นกัน ยิ่งขนาดอนุภาคเล็กลงการตอบสนองของแอนติบอดีก็ยิ่งมากขึ้นและอยู่ได้นานขึ้น

วัคซีนอาจมีอลูมิเนียมฟอสเฟต AlPO ₄เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ผู้แต่ง: Tumisu. ที่มา: Pixabay

เป็นสารหน่วงไฟในโพลีเมอร์

AlPO ₄ถูกใช้เป็นสารหน่วงไฟและเพื่อป้องกันการเผาไหม้หรือการเผาไหม้ของโพลีเมอร์บางชนิด

การเพิ่ม AlPO ₄ลงในโพลีโพรพิลีนโพลีเมอร์ที่มีสารหน่วงไฟอยู่แล้วทำให้เกิดผลเสริมฤทธิ์กันระหว่างสารหน่วงไฟทั้งสองซึ่งหมายความว่าผลกระทบนั้นมากกว่าสารหน่วงไฟทั้งสองชนิดแยกกัน

เมื่อโพลีเมอร์อยู่ภายใต้การเผาไหม้หรือถูกเผาต่อหน้า AlPO _{4 จะ}เกิดอลูมิเนียมเมตาฟอสเฟตที่แทรกซึมเข้าไปในพื้นผิวที่ไหม้เกรียมและเติมเต็มรูพรุนและรอยแตกบนพื้นผิว

สิ่งนี้นำไปสู่การก่อตัวของเกราะป้องกันที่มีประสิทธิภาพสูงเพื่อป้องกันการเผาไหม้หรือการเผาไหม้ของโพลีเมอร์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง AlPO _{4 จะ}ผนึกพื้นผิวที่ไหม้เกรียมและป้องกันไม่ให้โพลีเมอร์ไหม้

ด้วย AlPO ₄การเผาไหม้ของโพลีเมอร์บางชนิดสามารถชะลอได้ ผู้แต่ง: Hans Braxmeier ที่มา: Pixabay

อ้างอิง

1. Abyzov, เวอร์จิเนีย (2016). คอนกรีตทนไฟน้ำหนักเบาขึ้นอยู่กับสารยึดเกาะอลูมิเนียม - แมกนีเซียม - ฟอสเฟต ขั้นตอนวิศวกรรม 150 (2559) 1440-1445. กู้คืนจาก sciencedirect.com.
2. Wagh, AS (2016). เซรามิกอลูมิเนียมฟอสเฟต ในเซรามิกฟอสเฟตพันธะเคมี (ฉบับพิมพ์ครั้งที่สอง) บทที่ 11. กู้คืนจาก sciencedirect.com.
3. Mei, C. et al. (2019) อลูมิเนียมฟอสเฟตวัคซีนเสริม: การวิเคราะห์องค์ประกอบและขนาดโดยใช้เครื่องมือออฟไลน์และอินไลน์ โครงสร้างคอมพิวเตอร์เทคโนโลยีชีวภาพ J. 2019; 17: 1184-1194 กู้คืนจาก ncbi.nlm.nih.gov
4. Qin, Z. และคณะ (2019) ผลการกั้นแบบเสริมฤทธิ์ของอลูมิเนียมฟอสเฟตต่อโพลีโพรพีลีนสารหน่วงไฟโดยอาศัยระบบแอมโมเนียมโพลีฟอสเฟต / ไดเพนทาเอริทริทอล วัสดุและการออกแบบ 181 (2019) 107913 กู้คืนจาก sciencedirect.com.
5. Vrieling, H. et al. (2019) อนุภาคนาโนของอะลูมิเนียมฟอสเฟตที่เสถียรซึ่งใช้เป็นสารเสริมวัคซีน คอลลอยด์และพื้นผิว B: Biointerfaces 181 (2019) 648-656 กู้คืนจาก sciencedirect.com.
6. Schaefer, C. (2550). ยาระบบทางเดินอาหาร. ยาลดกรด ในยาระหว่างตั้งครรภ์และให้นมบุตร (ฉบับที่สอง) กู้คืนจาก sciencedirect.com.
7. Rouquerol, F. et al. (1999) คุณสมบัติของตัวดูดซับนวนิยายบางชนิด ในการดูดซับด้วยผงและของแข็งที่มีรูพรุน กู้คืนจาก sciencedirect.com.