Aluminijev Oksid

Je najpogostejši aluminijev oksid. Najpogostejši polimorf je α-Al₂O₃, iz katerega je zgrajen mineral korund in draga kamna rubin in safir. Glinica je glavna surovina za proizvodnjo aluminija. Zaradi velike trdote se uporablja kot brusivo (abraziv), zaradi visokega tališča pa za izdelavo ognjevarne opeke.

Aluminijev oksid

Imena
IUPAC ime aluminijev oksid
Druga imena aluminijev(III) oksid, glinica
Identifikatorji
Številka CAS	1344-28-1
3D model (JSmol)	Interaktivna slika Interaktivna slika
ChemSpider	8164808
ECHA InfoCard	100.014.265
PubChem CID	9989226
RTECS število	BD120000
UNII	LMI26O6933
CompTox Dashboard (EPA)	DTXSID1052791 DTXSID2041593, DTXSID1052791
InChI InChI=1S/2Al.3O/q2*+3;3*-2 Key: PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N InChI=1/2Al.3O/q2*+3;3*-2 Key: PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYAC
SMILES [Al+3].[Al+3].[O-2].[O-2].[O-2] [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3]
Lastnosti
Kemijska formula	Al2O3
Molska masa	101,96 g·mol−1
Videz	bela trdnina
Vonj	brez vonja
Gostota	3,95–4,1 g/cm3
Tališče	2072 °C
Vrelišče	2977 °C
Topnost v vodi	netopen
Topnost	netopen v dietil etru, skoraj netopen etanolu
Toplotna prevodnost	30 W•m−1•K−1
Lomni količnik (nD)	nω=1,768–1,772 nε=1,760–1,763 Dvolomnost: δ = 0,008
Struktura
Kristalna struktura	trigonalna, Pearsonov simbol hR30, prostorska skupina: R3c, No. 167
Koordinacijska geometrija	oktaedrična
Termokemija
Standardna molarna entropija So298	50,92 J•mol−1•K−1
Std tvorbena entalpija (ΔfH⦵298)	−1675,7 kJ•mol−1
Nevarnosti
EU klasifikacija (DSD) (zastarelo)	ni uvrščen
NFPA 704 (diamant ognja)	0 1 0
Plamenišče	ni vnetljiv
NIOSH (ZDA varnostne meje):
PEL (Dopustno)	OSHA 15 mg/m3 (celoten prah) OSHA 5 mg/m3 (respirabilni del) ACGIH/TLV 10 mg/m3
REL (Priporočeno)	none
IDLH (Takojšnja nevarnost)	N.D.
Sorodne snovi
Drugi anioni	aluminijev hidroksid
Drugi kationi	borov trioksid galijev oksid indijev oksid talijev oksid
Če ni navedeno drugače, podatki veljajo za material v standardnem stanju pri 25 °C, 100 kPa).
Sklici infopolja

Najpogostejša naravna kristalna oblika aluminijevega oksida je korund. Rubin in safir sta zelo redka draga kamna. Rubinu dajejo značilno temno rdečo barvo sledovi kroma. Safir je različno obarvan zaradi sledov nečistot, na primer železa in titana.

 

Al₂O₃ je dober električni izolator. Kot gradivo za proizvodnjo keramike ima relativno visoko toplotno prevodnost (30 Wm⁻¹K⁻¹). V vodi ni topen. Korund ali α-aluminijev oksid je zelo trd in primeren kot abraziv ali komponenta rezilnih orodij (svedri, noži …).

Aluminijev oksid daje kovinskemu aluminiju izredno dobro odpornost proti vremenskim vplivom. Kovinski aluminij zelo rad oksidira s kisikom iz zraka. Pri tem nastane na površini zelo tenak obstojen sloj aluminijevega oksida (4 nm), ki ščiti kovino pred nadaljnjo oksidacijo. Debelino in lastnosti zaščitnega sloja se lahko poveča z anodno oksidacijo (eloksacijo). Odpornost aluminijevega oksida se izkorišča tudi v aluminijevih bronzah, katerim se zaradi poboljšanja odpornosti proti koroziji dodaja 5–11 % aluminija. Aluminijev oksid, ki nastane z anodno oksidacijo, je večinoma amorfen. Z anodno oksidacijo v plazmi nastane v prevleki velik del kristalnega aluminijevega oksida, ki poveča njeno trdoto.

Amfoternost

Aluminijev oksid je amfoteren, se pravi da reagira s kislinami in bazami, na primer s klorovodikovo kislino in natrijevim hidroksidom:

Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O
Al₂O₃ + 6NaOH + 3H₂O → 2Na₃Al(OH)₆ (natrijev aluminat)

 

Najpogostejša kristalna oblika aluminijevega oksida je termodinamsko stabilni korund. Kisikovi atomi v korundu tvorijo heksagonalni gosti sklad z aluminijevimi ioni, ki zapolnjujejo dve tretjini oktaedrskih vmesnih prostorov. Vsa Al³⁺ središča so oktaedrska (Z = 6). Korund ima torej trigonalno Bravaisovo mrežo s prostorsko skupino R3c. Osnovna celica vsebuje dve molekularni enoti aluminijevega oksida.

Aluminijev oksid obstaja tudi v drugih fazah: kubični γ in η, monoklinski θ, heksagonalni χ, ortorombski κ in fazi δ, ki je lahko tetragonalna ali ortorombska. Vsaka faza ima edinstveno kristalno strukturo in lastnosti.

Tehnično pomemben je kubični γ-Al₂O₃. Za tako imenovani β-Al₂O₃ se je izkazalo, da je NaAl₁₁O₁₇.

Aluminijev oksid je malo pod temperaturo tališča sestavljen iz približno 2/3 tetraedričnega oksida (koordinacija Z = 4), 1/3 oksida s koordinacijo Z = 5 in zelo malo (manj kot 5 %) okteadričnega oksida (koordinacija Z = 6). Porušitev oktaedrov med taljenjem povzroči relativno veliko povečanje volumna (~ 20 %). Gostota taline blizu tališča je 2,93 g cm^-3.

Glavna surovina za proizvodnjo aluminijevega oksida in aluminija je ruda boksit, ki je sestavljena večinoma iz aluminijevih hidroksidnih mineralov. Mednje spadajo gibsit (Al(OH)₃), bemit (γ-AlO(OH)) in diaspor (α-AlO(OH)). Boksit vsebuje tudi nečistoče, predvsem železove okside in hidrokside, kremen in glinence. Aluminij se iz boksita pridobiva po Bayerjevem postopku:

AlO(OH) + H₂O + NaOH → NaAl(OH)₄
Al(OH)₃ + NaOH → NaAl(OH)₄

V natrijevem hidroksidu se raztopijo samo aluminijevi hidroksidi in SiO₂. Netopni Fe₂O₃ se iz reakcijske zmesi odstrani s sedimentacijo in filtracijo. Ko se filtrat ohladi, se iz njega izloči oborina Al(OH)₃, silikati pa ostanejo v raztopini:

NaAl(OH)₄ → NaOH + Al(OH)₃

Trdni Al(OH)₃ (gibsit) se nato s kalciniranjem pretvori v aluminijev oksid:

2 Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O

Nastali produkt ni čisti korund, ampak je sestavljen iz več faz. Letna svetovna proizvodnja aluminijevega oksida je približno 45 milijonov ton. Večina (90 %) se ga predela v aluminij.

Aluminijev oksid, ki se uporablja kot izolator v integriranih vezjih, se pridobiva na samem vezju s kemijsko reakcijo med trimetilaluminijem (Al(CH₃)₃) in vodo:

2Al(CH₃)₃ + 3H₂O → Al₂O₃ + 6CH₄

Vodo v zgornji reakciji se v zadnjem času nadomešča z ozonom (O₃) kot aktivnim oksidantom. V tem primeru poteka naslednja reakcija:

2Al(CH₃)₃ + O₃ → Al₂O₃ + 3C₂H₆

Izolacija, pripravljena z ozonom, ima v primerjavi z izolacijo, pripravljeno z vodo, 10-100 krat manjšo gostoto plazečih tokov.

Proizvodnja v Sloveniji

Glinico je po Bajerjevem postopku proizvajala Kemična tovarna Moste v Ljubljani, ustanovljena leta 1906. Njena naslednica Kemira KTM d.o.o. proizvaja samo še aluminijeve soli in druge kemične izdelke.

Glinico in aluminij še vedno proizvaja Talum d.d. iz Kidričevega, tamkajšnja tovarna je prvi aluminij proizvedla 21. novembra 1954.

Večina aluminijevega oksida se porabi za proizvodnjo aluminija po elektrolitskem postopku. Uporablja se tudi za proizvodnjo ognjevarne keramike, zeolitov, pigmentov in zaviralcev gorenja in dimljenja.

Zaradi kemijske stabilnosti in bele barve je cenjeno polnilo za plastiko, sestavina sredstev za sončenje, včasih tudi črtal za ustnice, rdečil in lakov za nohte.

Aluminijev oksid katalizira različne industrijske kemijske reakcije. Najpomembnejša je pretvorba vodikovega disulfida v odpadnih plinih rafinerij v elementarno žveplo in dehidracijo alkoholov v alkene. Kot nosilec katalizatorja se uporablja v procesih za odstranjevanje vodikovega disulfida

2H₂S + 3O₂ → 2SO₂ + 2H₂O (ΔH = -4147,2 kJ mol⁻¹)
2H₂S + SO₂ → 3S + 2H₂O

in nekaterih Ziegler-Nattovih polimerizacijah.

Aluminijev oksid je trd (po Mohsovi lestvici = 9) in žilav in se zato namesto diamanta na široko uporablja kot sredstvo za brušenje in poliranje.

V kemijskih laboratorijih se uporablja kot medij za kromatografijo.