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氧化铝与氢氧化铝


实验室k / 2019-03-14

氧化铝

       Al2O3有多种变体,其中最为人们所熟悉的是α-Al2O3和γ-Al2O3。它们是白色无定形粉末。

       自然界存在的刚玉为α-Al2O3。它也可以由金属铝在O2中燃烧或者灼烧Al(OH)3和某些铝盐(Al(NO3)3、Al2(SO4)3)而得到。α-Al2O3的晶体属于六方紧密堆积构型,氧原子按六万紧密堆积方式排列,6个氧原子围成一个八面体,在整个晶体中有2/3的八面体孔穴为Al原子所占据。由于这种紧密堆积结构,加上晶体中Al3+离子与O2-离子之间的吸引力强,晶格能大,所以α-Al2O3的熔点(2288±15K)和硬度(8.8)都很高。它不溶于水,也不溶于酸或碱,耐腐蚀且电绝缘性好。用作高硬度材料、研磨材料和耐火材料。天然的或人造刚玉由于含有不同杂质而有多种颜色。例如,含微量Cr(Ⅲ)的呈红色,称为红宝石;含有Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)或Ti(Ⅳ)的称为蓝宝石;含少量Fe3O4的称为刚玉粉。将任何一种水合氧化铝加热至1273K以上,都可以得到α-Al2O3。工业上用高温电炉或氢氧焰熔化氢氧化铝以制得人造刚玉。

 

       在温度为723K左右时,将Al(OH)3偏氢氧化铝AlO(OH)或铝铵矾(NH4)2SO4Al2(SO4)3·24H2O加热,令其分解,则得到γ-Al2O3。γ-Al2O3晶体属于立方面心紧密堆积构型,Al原子不规则地排列在由氧原子围成的八面体和四面体孔穴中。这种Al2O3不溶于水,但能溶于酸或碱,强热至1273K,即转变为α-Al2O3。所以在高温下稳定的是α-Al2O3,γ-Al2O3只在低温下稳定。γ-Al2O3的粒子小,具有强的吸附能力和催化活性,所以又名活性氧化铝,可以用作吸附剂和催化剂。

       还有一种β-Al2O3,它有离子传导能力(容许Na+通过),可作为固体电解质,用于新型电池中,这种电池的贮电能力约为铅蓄电池的3~5倍。用β-Al2O3陶瓷做隔膜电解食盐制烧職,产品纯度高,公害小。

       金属铝表面的氧化膜是氧化铝的另一种变体。

       随着工、农业生产和人们生活的现代化和尖端科学技术的发展,氧化铝的用途已从冶炼铝扩展到机械、金属、纤维、仪器、电子等工业以及宇宙开发等尖端领域。正在向精细化发展,产品逐渐高纯化、透明化、泡沫化和纤维化。纯度为99.99%的高纯Al2O3作为精细陶瓷,用作集成电路底板、机械耐热陶瓷、录音磁带的填充剂,制人工骨路和拉成单晶用于激光技术中。高比表面积的Al2O3用作催化剂载体。透明烧结Al2O3用于制造高压钠灯管,省电经久耐用,可将90%以上的可见光传送出来。Al2O3纤维可作为增强纤维加在金属、塑料、橡胶或陶瓷中,其强度高于玻璃纤维而与碳纤维相当,在耐热性和电绝缘性方面还优于碳纤维。用Al2O3纤维织成的毡作高温电炉的保温材料,可节约20~70%的电能。

氢氧化铝

       Al2O3的水合物一般都称为氢氧化铝。它可以由多种方法得到。加氨水或碱于铝盐溶液中,得一种白色无定形凝胶沉淀。它的含水量不定,组成也不均匀,统称为水合氧化铝。无定形水合氧化铝在溶液内静置即逐渐转变为结晶的偏氢氧化铝AlO(OH),温度越高,这种转变越快。若在铝盐中加弱酸盐、碳酸钠醋酸钠,加热,则有偏氢氧化铝与无定形水合氧化铝同时生成。只有在铝酸盐溶液中通入CO2,才能得到真正的氢氧化铝白色沉淀,称为正氢氧化铝。结晶的正氢氧化铝与无定形水合氧化铝不同,它难溶于酸,而且加热到373K也不脱水;在573K下,加热两小时,才能变为AlO(OH)。

       氢氧化铝是两性的,其碱性略强于酸性,但仍属弱碱。可用以制药物。


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