산화 알루미늄

산화 알루미늄(Aluminium Oxide)은 화학식 Al₂O₃을 만족하는 양쪽성 산화물이다. 알루미나(Alumina), 알록사이트(Aloxite)라^[7] 불리기도 한다.

이 문서는 산화 알루미늄(III), Al₂O₃에 관한 것입니다. 다른 화합물에 대해서는 알루미늄 산화물 문서를 참고하십시오.

산화 알루미늄

식별자
CAS 번호	1344-28-1 예
3D 모델 (JSmol)	Interactive image Interactive image
ChEMBL	ChEMBL3707210
ChemSpider	8164808 예
DrugBank	DB11342
ECHA InfoCard	100.014.265
EC 번호	215-691-6
PubChem CID	9989226
RTECS 번호	BD120000
UNII	LMI26O6933 예
CompTox Dashboard (EPA)	DTXSID1052791
InChI InChI=1S/2Al.3O/q2*+3;3*-2 예 Key: PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 예 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]
성질
화학식	Al2O3
몰 질량	101.960 g·mol−1
겉보기	white solid
냄새	odorless
밀도	3.987g/cm3
녹는점	2,072 °C (3,762 °F; 2,345 K)[1]
끓는점	2,977 °C (5,391 °F; 3,250 K)[2]
물에서의 용해도	insoluble
용해도	insoluble in 다이에틸 에터 practically insoluble in 에탄올
log P	0.31860[3]
자화율 (χ)	−37.0×10−6 cm3/mol
열전도율	30 W·m−1·K−1[4]
굴절률 (nD)	nω=1.768–1.772 nε=1.760–1.763 Birefringence 0.008
구조
결정 구조	Trigonal, hR30, space group = R3c, No. 167
격자 상수	a = 478.5 pm, c = 1299.1 pm
배위 기하 구조	octahedral
열화학
표준 몰 엔트로피 (So298)	50.92 J·mol−1·K−1[5]
표준 생성 엔탈피 (ΔfH⦵298)	−1675.7 kJ/mol[5]
약리학
ATC 코드	D10AX04 (WHO)
위험
GHS 그림문자
NFPA 704 (파이어 다이아몬드)	0 0 0
인화점	Non-flammable
NIOSH (미국 건강 노출 한계):
PEL (허용)	OSHA 15 mg/m3 (Total Dust) OSHA 5 mg/m3 (Respirable Fraction) ACGIH/TLV 10 mg/m3
REL (권장)	none[6]
IDLH (직접적 위험)	N.D.[6]
관련 화합물
다른 음이온	aluminium hydroxide aluminium sulfide aluminium selenide
다른 양이온	boron trioxide gallium oxide indium oxide thallium oxide
달리 명시된 경우를 제외하면, 표준상태(25 °C [77 °F], 100 kPa)에서 물질의 정보가 제공됨. 예 확인 (관련 정보 예아니오 ?) 정보상자 각주

3차원 공간으로 표현한 산화 알루미늄

생성

산화 알루미늄 생산량 (2005년)

• co2
• H2O
• 2 Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3 H₂O

전기분해를 이용한 정제

산화 알루미늄 분리

보크사이트(bauxite)는 산화 알루미늄(Al ₂O₃)과 산화철(Ⅲ)(Fe₂O₃), 실리카(silica)(SiO₂)와 그 외 금속염 불순물이 섞여있는 혼합물이다. 전기 분해를 위해서는 산화 알루미늄만 분리해야 한다. 보크사이트에서 산화 알루미늄의 분리는 베이어 처리(Bayer process)를 이용한다. 이 처리 과정은 양쪽성의 산화 알루미늄이 강염기에 용해되는 반면, 산화철(Ⅲ) 및 다른 불순물은 용해되지 않는 원리에 기초한다. 보크사이트를 강염기인 수산화 나트륨(sodium hydroxide)(NaOH)에 녹이면, 다음과 같은 알짜 이온 반응식을 따른다.

Al ₂O₃(s) + 2OH^-(aq) +3H₂O(l) → 2Al(OH)₄^-(aq)

수산화 이온(OH^-)과 용해되지 않은 불순물을 거른 후, 거른 용액을 냉각시켜 과포화 상태를 만들어 재결정시키면 순수한 수화된 산화 알루미늄(Al ₂O₃·3H₂O)이 침전한다.

2Al(OH)₄^-(aq) → Al ₂O₃·3H₂O(s) + 2OH^-(aq)

침전된 수화 산화 알루미늄을 1200°C에서 가열하면 수화된 물은 제거되고, 순수한 산화 알루미늄(Al₂O₃)을 얻을 수 있다.

산화 알루미늄 전기 분해

베이어 처리에 의해서 정제된 산화 알루미늄은 홀-에루 공정(Hall-Hḗroult process)에 의해서 전기 분해되어 순수한 알루미늄(Al)으로 정제된다. 미국의 찰스 홀과 프랑스의 폴 에루(Paul Hḗroult)가 21세의 나이 때 각각 독립적으로 개발한 공법이다. 이 공법은 빙정석(Na₃AlF₆)과 산화 알루미늄을 함께 녹여 전기 분해하는 원리를 갖는다. 빙정석은 산화 알루미늄에 대하여 매우 효과적인 용매인데, 순수한 빙정석의 경우 녹는점(Melting point)이 약 1000 °C인 것에 비해, 산화 알루미늄을 포함한 빙정석의 녹는점은 약 950 °C이다. 이 온도는 산화 알루미늄을 전기 분해하기 위해 액체로 녹여야 하는 온도인 2050 °C에 비해 매우 낮은 온도로써, 공업적으로 비교적 저렴한 비용으로 순수한 알루미늄을 정제해낼 수 있는 이점을 가졌다. 전기 분해가 일어나는 전기 분해 용기는 산화 반응이 일어나는 양극(산화극: anode)인 탄소봉과, 환원 반응이 일어나는 음극(환원극: cathode)인 탄소 코팅 철로 구성되어 있다. 이러한 용기를 이용하는 전기 분해의 전체 화학 반응식은 다음과 같다.

2Al₂O₃ + 3C → 4Al + 3CO₂

그러므로 산화극의 탄소봉은 반응이 진행됨에 따라 소모되므로 지속적인 전기 분해를 위해서는 정기적으로 교체해 주어야 한다.

각주

1. Patnaik, P. (2002). 《Handbook of Inorganic Chemicals》. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-049439-8.
2. Raymond C. Rowe; Paul J. Sheskey; Marian E. Quinn (2009). 〈Adipic acid〉. 《Handbook of Pharmaceutical Excipients》. Pharmaceutical Press. 11–12쪽. ISBN 978-0-85369-792-3.
3. “Aluminum oxide_msds”.
4. Material Properties Data: Alumina (Aluminum Oxide) 보관됨 2010-04-01 - 웨이백 머신. Makeitfrom.com. Retrieved on 2013-04-17.
5. Zumdahl, Steven S. (2009). 《Chemical Principles 6th Ed.》. Houghton Mifflin Company. ISBN 978-0-618-94690-7.
6. NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. “#0021”. 미국 국립 직업안전위생연구소 (NIOSH).
7. "Aloxite" Archived 2007년 6월 25일 - 웨이백 머신, ChemIndustry.com database, retrieved 24 February 2007

같이 보기

• 알루미늄

외부 링크

• CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards