- Estrutura
- Nomenclatura
- Propriedades
- Estado físico
- Peso molecular
- Ponto de fusão
- Densidade
- Solubilidade
- Outras propriedades
- Obtendo
- Uso em cerâmica
- Fabricação de cerâmica de fosfato de alumínio
- Outros usos
- Na obtenção de concreto
- Em cimentos dentais
- Em vacinas
- Como um retardador de chama em polímeros
- Referências
O fosfato de alumínio é um sólido inorgânico formado por um íon alumínio ao 3+ e um íon fosfato PO 4 3-. Sua fórmula química é AlPO 4. É um sólido branco cuja estrutura cristalina é semelhante à da sílica SiO 2. É insolúvel em água.
Pode ser obtido a partir da alumina (Al 2 O 3) e do ácido fosfórico (H 3 PO 4). Também pode ser obtido a partir de soluções aquosas de cloreto de alumínio (AlCl 3) e fosfato de sódio (Na 3 PO 4).
Fosfato de alumínio AlPO 4. Ondřej Mangl. Fonte: Wikimedia Commons.
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 AlPO 4 em sua composição, o que aumenta as propriedades mecânicas e de suporte a altas temperaturas desse tipo de cimento.
Tem sido usado como escudo protetor para evitar a queima de materiais combustíveis, como certos polímeros.
Estrutura
O AlPO 4 é composto por um cátion alumínio Al 3+ e um ânion PO 4 3- fosfato.
Estrutura iônica do fosfato de alumínio. Autor: Marilú Stea.
O fosfato de alumínio cristalino também é chamado de berlinita ou fase alfa (α-AlPO 4) e seus cristais são semelhantes ao quartzo.
Cristais sintéticos de berlinita (α-AlPO 4). DMGualtieri. Fonte: Wikimedia Commons.
A fase alfa do fosfato de alumínio é um sólido formado por uma rede covalente de tetraedros de PO 4 e AlPO 4 que se alternam e estão ligados por átomos de oxigênio.
Essa estrutura é isomórfica com a sílica, ou seja, tem o mesmo formato da sílica SiO 2.
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 / cm 3
Solubilidade
Insolúvel em água
Outras propriedades
A estrutura do AlPO 4 é muito semelhante à da sílica SiO 2, por isso compartilha muitas propriedades físicas e químicas com ela.
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 AlPO 4 cristalino ou berlinita quando aquecido se converte em uma estrutura do tipo tridimita e depois em uma estrutura do tipo cristobalita, outras formas desse composto que se assemelham à sílica SiO 2.
Fosfato de alumínio. Chemical Interest. Fonte: Wikimedia Commons.
Obtendo
O fosfato de alumínio AlPO 4 pode ser obtido pela reação entre o ácido fosfórico H 3 PO 4 e a alumina Al 2 O 3. A aplicação de temperatura é necessária, por exemplo, entre 100 e 150 ° C.
Al 2 O 3 + 2 H 3 PO 4 = 2 AlPO 4 + 3 H 2 O
Também pode ser obtido juntando uma solução aquosa de cloreto de alumínio AlCl 3 com uma solução aquosa de fosfato de sódio Na 3 PO 4:
AlCl 3 + Na 3 PO 4 = AlPO 4 + 3 NaCl
Uso em cerâmica
O fosfato de alumínio AlPO 4 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 a ambientes redutores como o monóxido de carbono (CO).
A cerâmica de alumina também possui baixa condutividade elétrica e térmica, razão pela qual é usada na fabricação de tijolos refratários e componentes eletricamente isolantes.
Revestimentos de tijolos refratários que podem conter fosfato de alumínio AlPO 4. Esses tijolos protegem de altas temperaturas. Alexknight12. Fonte: Wikimedia Commons.
Como o fosfato de alumínio se forma a uma temperatura muito mais baixa do que a sílica SiO 2, é mais econômico de produzir, o que é uma vantagem na fabricação de cerâmicas adequadas para serviços exigentes.
Fabricação de cerâmica de fosfato de alumínio
Alumina Al 2 O 3 e ácido fosfórico H 3 PO 4 são usados em meio aquoso.
O pH preferido é 2-8 formação, como existe uma abundância de espécies de ácidos fosfóricos dissolvidos, tais como H 2 PO 4 - e HPO 4 2-. Em pH ácido a concentração de íons Al 3+ é alta, proveniente da dissolução da alumina Al 2 O 3.
Primeiro, um gel de difosfato de alumínio hidratado trihidrogênio AlH 3 (PO 4) 2.H 2 O é formado:
Al 3+ + H 2 PO 4 - + HPO 4 2- + H 2 O ⇔ AlH 3 (PO 4) 3.H 2 O
Porém, chega um momento em que o pH da solução cai e se torna neutro, onde a alumina Al 2 O 3 tem baixa solubilidade. Neste momento, a alumina insolúvel forma uma camada na superfície das partículas impedindo a continuação da reação.
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 Al 2 O 3 liberando água e forma-se berlinita cristalina (alfa-AlPO 4).
Al 2 O 3 + 2 AlH 3 (PO 4) 3.H 2 O → AlPO 4 + 4 H 2 O
A berlinita liga as partículas individuais e forma a cerâmica.
Outros usos
O AlPO 4 é usado como um antiácido, como um adsorvente, como uma peneira molecular, como um suporte de catalisador e como um 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 ou materiais dentais usados para curar dentes cariados.
Nos cimentos dentais, a alumina é utilizada como moderador das reações ácido-base, onde o efeito moderador é devido 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.
Os cimentos dentários usados para curar cáries podem conter fosfato de alumínio. Autor: Reto Gerber. Fonte: Pixabay.
Em vacinas
O AlPO 4 tem sido usado por muitos anos em várias vacinas humanas para aumentar a resposta imunológica do corpo. AlPO 4 é considerado um "adjuvante" para vacinas. O mecanismo ainda não é bem conhecido.
Sabe-se que o efeito imunoestimulador do AlPO 4 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 ao AlPO 4 por interações eletrostáticas ou pela ligação com ligantes. Eles são adsorvidos na superfície do adjuvante.
Acredita-se ainda que o tamanho das AlPO 4 partículas também tem influência. Quanto menor o tamanho da partícula, a resposta do anticorpo é maior e mais duradoura.
As vacinas podem conter fosfato de alumínio AlPO 4 para aumentar sua eficácia. Autor: Tumisu. Fonte: Pixabay.
Como um retardador de chama em polímeros
O AlPO 4 tem sido usado como retardador de fogo e para prevenir a combustão ou queima de certos polímeros.
A adição de AlPO 4 a um polímero de polipropileno que já possui 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 queimado ou queimado na presença de AlPO 4, um metafosfato de alumínio é formado que penetra na superfície carbonizada e preenche os poros e rachaduras na superfície.
Isso leva à formação de um escudo protetor altamente eficiente para evitar a queima ou combustão do polímero. Em outras palavras, o AlPO 4 sela a superfície carbonizada e evita que o polímero queime.
Com AlPO 4, a combustão de certos polímeros pode ser retardada. Autor: Hans Braxmeier. Fonte: Pixabay.
Referências
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- Rouquerol, F. et al. (1999). Propriedades de alguns adsorventes novos. Em Adsorção por Pós e Sólidos Porosos. Recuperado de sciencedirect.com.