- Structure
- Nomenclature
- Propriétés
- État physique
- Poids moléculaire
- Point de fusion
- Densité
- Solubilité
- Autres propriétés
- Obtention
- Utilisation dans la céramique
- Fabrication de céramique de phosphate d'aluminium
- Autres utilisations
- En obtenant du béton
- Dans les ciments dentaires
- Dans les vaccins
- En tant qu'ignifuge dans les polymères
- Références
Le phosphate d'aluminium est un solide inorganique formé d'un ion aluminium au 3+ et d'un ion phosphate PO 4 3-. Sa formule chimique est AlPO 4. C'est un solide blanc dont la structure cristalline est similaire à celle de la silice SiO 2. Il est insoluble dans l'eau.
Il peut être obtenu à partir d'alumine (Al 2 O 3) et d'acide phosphorique (H 3 PO 4). Il peut également être obtenu à partir de solutions aqueuses de chlorure d'aluminium (AlCl 3) et de phosphate de sodium (Na 3 PO 4).
Phosphate d'aluminium AlPO 4. Ondřej Mangl. Source: Wikimedia Commons.
Le phosphate d'aluminium a un point de fusion très élevé, c'est pourquoi il est largement utilisé comme composant des céramiques réfractaires, c'est-à-dire des céramiques qui résistent à des températures très élevées.
Il est également utilisé comme antiacide pour l'estomac, dans des mélanges pour réparer les dents et comme adjuvant aux vaccins, c'est-à-dire pour stimuler la réponse immunitaire de l'organisme.
Certains bétons réfractaires ont de l'AlPO 4 dans leur composition, ce qui augmente les propriétés mécaniques et de support à haute température de ce type de ciment.
Il a été utilisé comme écran protecteur pour empêcher les matériaux combustibles tels que certains polymères de brûler.
Structure
L'AlPO 4 est constitué d'un cation aluminium Al 3+ et d'un anion PO 4 3- phosphate.
Structure ionique du phosphate d'aluminium. Auteur: Marilú Stea.
Le phosphate d'aluminium cristallin est également appelé berlinite ou phase alpha (α-AlPO 4) et ses cristaux sont similaires au quartz.
Cristaux de berlinite synthétique (α-AlPO 4). DMGualtieri. Source: Wikimedia Commons.
La phase alpha du phosphate d'aluminium est un solide formé par un réseau covalent de tétraèdres de PO 4 et AlPO 4 qui alternent et sont liés par des atomes d'oxygène.
Cette structure est isomorphe à la silice, c'est-à-dire qu'elle a la même forme que celle de la silice SiO 2.
Nomenclature
- Phosphate d'aluminium
- Monophosphate d'aluminium
- Sel d'aluminium d'acide phosphorique.
Propriétés
État physique
Solide blanc cristallin.
Poids moléculaire
121,93 g / mol
Point de fusion
1800 ºC
Densité
2,56 g / cm 3
Solubilité
Insoluble dans l'eau
Autres propriétés
La structure de l'AlPO 4 est très similaire à celle de la silice SiO 2, elle partage donc de nombreuses propriétés physiques et chimiques avec elle.
Le phosphate d'aluminium est un matériau hautement réfractaire, c'est-à-dire qu'il résiste à des températures très élevées sans changer son état physique ou sa structure et sans se décomposer.
Le cristallin AlPO 4 ou berlinite lorsqu'il est chauffé se transforme en une structure de type tridymite puis en une structure de type cristobalite, d'autres formes de ce composé qui ressemblent à de la silice SiO 2.
Phosphate d'aluminium. Intérêt chimique. Source: Wikimedia Commons.
Obtention
Le phosphate d'aluminium AlPO 4 peut être obtenu par réaction entre l'acide phosphorique H 3 PO 4 et l'alumine Al 2 O 3. Une application de température est nécessaire, par exemple entre 100 et 150 ° C.
Al 2 O 3 + 2 H 3 PO 4 = 2 AlPO 4 + 3 H 2 O
Il peut également être obtenu en joignant une solution aqueuse de chlorure d'aluminium AlCl 3 avec une solution aqueuse de phosphate de sodium Na 3 PO 4:
AlCl 3 + Na 3 PO 4 = AlPO 4 + 3 NaCl
Utilisation dans la céramique
Le phosphate d'aluminium AlPO 4 se retrouve souvent dans la constitution des céramiques d'alumine.
La céramique à haute teneur en alumine est l'un des matériaux qui, en raison de sa dureté, est utilisé dans des applications qui nécessitent de résister à des charges élevées et à des conditions difficiles.
Ce type de céramique résiste à la corrosion, aux environnements à haute température, à la présence de vapeur chaude ou aux atmosphères réductrices comme le monoxyde de carbone (CO).
La céramique d'alumine a également une faible conductivité électrique et thermique, c'est pourquoi elle est utilisée pour fabriquer des briques réfractaires et des composants électriquement isolants.
Revêtements de briques réfractaires pouvant contenir du phosphate d'aluminium AlPO 4. Ces briques protègent des températures élevées. Alexknight12. Source: Wikimedia Commons.
Du fait que le phosphate d'aluminium se forme à une température beaucoup plus basse que la silice SiO 2, il est moins cher à produire, ce qui est un avantage dans la fabrication de céramiques adaptées aux services exigeants.
Fabrication de céramique de phosphate d'aluminium
L'alumine Al 2 O 3 et l'acide phosphorique H 3 PO 4 sont utilisés en milieu aqueux.
Le pH de formation préféré est de 2 à 8, car il existe une abondance d'espèces d'acide phosphorique dissoutes, telles que H 2 PO 4 - et HPO 4 2-. A pH acide, la concentration en ions Al 3+ est élevée, provenant de la dissolution de l'alumine Al 2 O 3.
Tout d'abord, un gel hydraté de diphosphate d'aluminium trihydrogène AlH 3 (PO 4) 2.H 2 O est formé:
Al 3+ + H 2 PO 4 - + HPO 4 2- + H 2 O ⇔ AlH 3 (PO 4) 3.H 2 O
Cependant, il arrive un moment où le pH de la solution baisse et devient neutre, où l'alumine Al 2 O 3 a une faible solubilité. A ce moment, l'alumine insoluble forme une couche à la surface des particules empêchant la réaction de se poursuivre.
Par conséquent, il est nécessaire d'augmenter la solubilité de l'alumine et ceci est obtenu en chauffant doucement. En chauffant à 150 ° C, le gel se poursuit la réaction avec de l' alumine Al 2 O 3 libérant de l' eau et de berlinite cristallin (alpha-AlPO 4) est formée.
Al 2 O 3 + 2 AlH 3 (PO 4) 3.H 2 O → AlPO 4 + 4 H 2 O
La berlinite lie les particules individuelles et forme la céramique.
Autres utilisations
L'AlPO 4 est utilisé comme antiacide, comme adsorbant, comme tamis moléculaire, comme support de catalyseur et comme revêtement pour améliorer la résistance à la corrosion à chaud. Voici d'autres applications.
En obtenant du béton
Le phosphate d'aluminium est un ingrédient des bétons réfractaires ou résistants à la chaleur.
Il confère à ces bétons d'excellentes propriétés mécaniques et réfractives, comme la résistance à la chaleur. Dans la plage de température comprise entre 1400 et 1600 ° C, le béton cellulaire à base de phosphate d'aluminium est l'un des matériaux les plus efficaces en tant qu'isolant thermique.
Il ne nécessite pas de séchage, son durcissement est réalisé par une réaction exothermique auto-propagée. Il est possible de préparer des briques de ce matériau de toute forme et taille.
Dans les ciments dentaires
Le phosphate d'aluminium fait partie des ciments dentaires ou des matériaux utilisés pour guérir les dents cariées.
Dans les ciments dentaires, l'alumine est utilisée comme modérateur des réactions acido-basiques, où l'effet modérateur est dû à la formation de phosphate d'aluminium sur les particules d'autres matériaux.
Ces ciments présentent une très haute résistance à la compression et à la traction, due à la présence de phosphate d'aluminium.
Les ciments dentaires utilisés pour guérir les caries peuvent contenir du phosphate d'aluminium. Auteur: Reto Gerber. Source: Pixabay.
Dans les vaccins
L'AlPO 4 est utilisé depuis de nombreuses années dans divers vaccins humains pour améliorer la réponse immunitaire du corps. On dit que l' AlPO 4 est un "adjuvant" des vaccins. Le mécanisme n'est pas encore bien compris.
On sait que l'effet immunostimulant de l'AlPO 4 dépend du processus d'adsorption de l'antigène sur l'adjuvant, c'est-à-dire de la manière dont il y adhère. Un antigène est un composé qui, en entrant dans le corps, génère la formation d'anticorps pour combattre une maladie spécifique.
Les antigènes peuvent être adsorbés sur AlPO 4 par des interactions électrostatiques ou par liaison avec des ligands. Ils sont adsorbés à la surface de l'adjuvant.
On pense en outre que la taille des particules d'AlPO 4 a également une influence. Plus la taille des particules est petite, plus la réponse des anticorps est plus importante et plus durable.
Les vaccins peuvent contenir du phosphate d'aluminium AlPO 4 pour augmenter leur efficacité. Auteur: Tumisu. Source: Pixabay.
En tant qu'ignifuge dans les polymères
L'AlPO 4 a été utilisé comme retardateur de feu et pour empêcher la combustion ou la combustion de certains polymères.
L'ajout d'AlPO 4 à un polymère de polypropylène qui a déjà un retardateur de flamme provoque un effet synergique entre les deux retardateurs, ce qui signifie que l'effet est beaucoup plus important que celui des deux ignifuges séparément.
Lorsque le polymère est soumis à une combustion ou brûlé en présence d'AlPO 4, il se forme un métaphosphate d'aluminium qui pénètre dans la surface carbonisée et remplit les pores et les fissures de la surface.
Cela conduit à la formation d'un écran protecteur hautement efficace pour empêcher la combustion ou la combustion du polymère. En d'autres termes, l'AlPO 4 scelle la surface carbonisée et empêche le polymère de brûler.
Avec l'AlPO 4, la combustion de certains polymères peut être retardée. Auteur: Hans Braxmeier. Source: Pixabay.
Références
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