Оксид алюминия

Шаблон:← Шаблон:Вещество Окси́д алюми́ния Al₂O₃ — белое тугоплавкое вещество, бинарное соединение алюминия и кислорода. В природе распространён в виде глинозёма, составляющая часть глин<ref>Шаблон:БСЭ3</ref>, нестехиометрической смеси оксидов алюминия, калия, натрия, магния Шаблон:Nobr В модификации корунда имеет атомную кристаллическую решётку.

Свойства

Бесцветные нерастворимые в воде кристаллы. Амфотерный оксид. Практически не растворим в кислотах. Растворяется в горячих растворах и расплавах щелочей. Является диэлектриком<ref>Шаблон:Cite web</ref><ref name="epien">Шаблон:Cite doi</ref><ref name="epiru">Шаблон:Cite web</ref>, но некоторые<ref name="kek">Шаблон:Cite web</ref><ref name="pop">Шаблон:Cite web</ref> исследователи считают его полупроводником n-типа. Диэлектрическая проницаемость 9,5—10. Электрическая прочность 10 кВ/мм.

Химическая активность зависит от условий получения.

Плотность

Модификация	Плотность, г/см3
[[Корунд|Шаблон:Math-Al2O3]]	3,99[2]
Шаблон:Math-Al2O3	3,61[3]
Шаблон:Math-Al2O3	3,68[4]
Шаблон:Math-Al2O3	3,77[5]

Основные модификации оксида алюминия

Файл:Oxid hlinitý.JPG

Глинозём

Файл:Corundum-57307.jpg

Кристалл корунда

В природе можно встретить только тригональную Шаблон:Math-модификацию оксида алюминия в виде минерала корунда и его редких драгоценных разновидностей (рубин, сапфир и т. д.). Она является единственной термодинамически стабильной формой Al₂O₃. При термообработке гидроксидов алюминия около 400 °С получают кубическую Шаблон:Math-форму. При 1100—1200 °С с Шаблон:Math-модификацией происходит необратимое превращение в Шаблон:Math-Al₂O₃, однако скорость этого процесса невелика, и для завершения фазового перехода необходимо либо наличие минерализаторов, либо повышение температуры обработки до 1400—1450 °С<ref name=Paglia>Шаблон:Книга</ref>.

Известны также следующие кристаллические модификации оксида алюминия: кубическая Шаблон:Math-фаза, моноклинная Шаблон:Math-фаза, гексагональная Шаблон:Math-фаза, орторомбическая Шаблон:Math-фаза. Спорным остаётся существование Шаблон:Math-фазы, которая может быть тетрагональной или орторомбической<ref name=Paglia/><ref name=Levin>Шаблон:Статья</ref>.

Вещество, иногда описываемое как Шаблон:Math-Al₂O₃, на самом деле представляет собой не чистый оксид алюминия, а ряд алюминатов щелочных и щёлочноземельных металлов со следующими общими формулами: MeO·6Al₂O₃ и Me₂O·11Al₂O₃, где МеО — это оксиды кальция, бария, стронция и т. д., а Ме₂О — оксиды натрия, калия, лития и других щелочных металлов. При 1600—1700 °С Шаблон:Math-модификация разлагается на Шаблон:Math-Al₂O₃ и оксид соответствующего металла, который выделяется в виде пара.

Получение

Получают из бокситов, нефелинов, каолина, алунитов алюминатным или хлоридным методом. Сырьё в производстве алюминия, катализатор, адсорбент, огнеупорный и абразивный материал.

<math>\mathsf{3Cu_2O\ +\ 2Al\ \xrightarrow{350\ ^\circ C}\ 6Cu\ +\ Al_2O_3}</math>

<chem>2Al(OH)3 ->[{t}] Al2O3 + 3H2O </chem>

Плёнки оксида алюминия на поверхности алюминия получают электрохимическими или химическими методами. Так, например, получают диэлектрический слой в алюминиевых электролитических конденсаторах. В микроэлектронике также применяется эпитаксия оксида алюминия, которая многими учёными считается перспективной, например, в изоляции затворов полевых транзисторов<ref name="epien"/><ref name="epiru"/>.

Основной промышленный способ получения — процесс Байера.

Применение

Оксид алюминия (Al₂O₃), как минерал, называется корунд. Крупные прозрачные кристаллы корунда используются как драгоценные камни. Из-за примесей корунд бывает окрашен в разные цвета: красный корунд (содержащий примеси хрома) называется рубином, синий, традиционно — сапфиром. Согласно принятым в ювелирном деле правилам, сапфиром называют кристаллический Шаблон:Math-оксид алюминия любой окраски, кроме красной. В настоящее время кристаллы ювелирного корунда выращивают искусственно, но природные камни всё равно ценятся выше, хотя по виду не отличаются. Также корунд применяется как огнеупорный материал. Остальные кристаллические формы используются, как правило, в качестве катализаторов, адсорбентов, инертных наполнителей в физических исследованиях и химической промышленности.

Керамика на основе оксида алюминия (алюмооксидная керамика) обладает высокой твёрдостью, огнеупорностью и антифрикционными свойствами, а также является хорошим изолятором при довольно высоком коэффициенте теплопроводности, но всё же уступающем бериллиевой керамике. Она используется в горелках газоразрядных ламп, для изготовления подложек и металлокерамических корпусов интегральных схем и других полупроводниковых приборов, в запорных элементах керамических трубопроводных кранов, в зубных протезах, при изготовлении мощных электронных ламп и т. д.

Так называемый Шаблон:Math-оксид алюминия в действительности представляет собой смешанный оксид алюминия и натрия. Он и соединения с его структурой вызывают большой научный интерес в качестве металлопроводящего твёрдого электролита.

Шаблон:Math-Модификации оксида алюминия применяются в качестве носителя катализаторов, сырья для производства смешанных катализаторов, осушителя в различных процессах химических, нефтехимических производств (ГОСТ 8136—85).

Оксид алюминия используется для получения алюминия в промышленности.

Оксидная плёнка

Алюминий, являясь химически активным металлом, моментально образует при соприкосновении с кислородом воздуха на поверхности изделий из него тончайшую защитную оксидную плёнку Al₂O₃. Именно благодаря ей, например, алюминий не реагирует с водой, в то время как при её разрушении (например, при амальгамировании) алюминий начнет окисляться и реагировать с водой с образованием амфотерного гидроксида алюминия.

См. также

• Электрокорунд (Алунд)
• Наноразмерный оксид алюминия
• Шаблон:Iw — пневмокониоз возникающий от вдыхания пыли металлического алюминия или оксида алюминия<ref>Шаблон:БМЭ3</ref><ref>Шаблон:ВТ-БСЭ1</ref><ref>Гринберг Л. М., Валамина И. Е., Мещерякова Е. Ю., Зубарев И. В., Шур В. Я., Рослая Н. А. Способ морфологической диагностики алюминоза (бокситового пневмокониоза) лёгкого с помощью поляризационной микроскопии Шаблон:Wayback // Патент RU 2660589 C1 от 27.07.2017 г. ФГБОУ ВО УГМУ Минздрава России.</ref><ref>Архангельский В. И., Мельниченко П. И. Лёгочный алюминоз, Астмоидный алюминоз / Гигиена. Compendium // М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012. — 392 с., ил. ISBN 978-5-9704-2042-3. С. 341.</ref><ref>«Архив патологий» // Журнал, том 48, выпуск 1, Всесоюзное научное общество патологоанатомов // М.: Медицина, 1986 г.</ref>

Литература

• Pillet, S.; Souhassou, M.; Lecomte, C.; Schwarz, K. и др. Acta Crystallograica A (39, 1983-) (2001), 57, 209—303
• Husson, E.; Repelin, Y. Europen Journal of Solid State Inogranic Chemistry
• Gutierrez, M.; Taga, A.; Johansson, B. Physical Review, Serie 3. B — Condensed Matter (18, 1978-) (2001), 65, 0121011-0121014
• Smrcok, L.; Langer, V.; Halvarsson, M. Ruppi, S. Zeitschrift fuer Kristallographie (149, 1979-) (2001), 216, 409—412

Ссылки

• Получение и переработка глинозема Шаблон:Wayback
• Получение наноразмерного оксида алюминия Шаблон:Wayback