Оксид алюминия

Запрос «» перенаправляется сюда; об одноимённом футбольном клубе см. Металлург (футбольный клуб, Пикалёво).

Окси́д алюми́ния Al₂O₃ — белое тугоплавкое вещество, бинарное соединение алюминия и кислорода. В природе распространён в виде глинозёма, составляющая часть глин^[3], нестехиометрической смеси оксидов алюминия, калия, натрия, магния и т. д. В модификации корунда имеет атомную кристаллическую решётку.

Оксид алюминия
Общие
Хим. формула	Al2O3
Физические свойства
Состояние	кристаллическое
Молярная масса	101,96 г/моль
Плотность	3,99 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	2044 °C
• кипения	2980[1] °C
Энтальпия
• образования	−1675,7 кДж/моль
Давление пара	0 ± 1 мм рт.ст.[2]
Классификация
Рег. номер CAS	1344-28-1
PubChem	9989226
Рег. номер EINECS	215-691-6
SMILES	[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3]
InChI	InChI=1S/2Al.3O/q2*+3;3*-2 PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N
RTECS	BD1200000
ChEBI	30187
ChemSpider	8164808
Безопасность
NFPA 704	0 1 0
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Свойства

Бесцветные нерастворимые в воде кристаллы. Амфотерный оксид. Практически не растворим в кислотах. Растворяется в горячих растворах и расплавах щелочей. Является диэлектриком^[4][5][6], но некоторые^[7][8] 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
α-Al2O3	3,99[2]
θ-Al2O3	3,61[3]
γ-Al2O3	3,68[4]
κ-Al2O3	3,77[5]

Основные модификации оксида алюминия

Глинозём

Кристалл корунда

В природе можно встретить только тригональную α-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 γ-форму. При 1100—1200 °С с γ-модификацией происходит необратимое превращение в α-Al₂O₃, однако скорость этого процесса невелика, и для завершения фазового перехода необходимо либо наличие минерализаторов, либо повышение температуры обработки до 1400—1450 °С^[9].

Известны также следующие кристаллические модификации оксида алюминия: кубическая η-фаза, моноклинная θ-фаза, гексагональная χ-фаза, орторомбическая κ-фаза. Спорным остаётся существование δ-фазы, которая может быть тетрагональной или орторомбической^[9][10].

Вещество, иногда описываемое как β-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 β-модификация разлагается на α-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.

${\displaystyle {\mathsf {3Cu_{2}O\ +\ 2Al\ \xrightarrow {350\ ^{\circ }C} \ 6Cu\ +\ Al_{2}O_{3}}}}$

${\displaystyle {\ce {2Al(OH)3 ->[{t}] Al2O3 + 3H2O}}}$

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^[5][6].

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 α-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 β-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.

γ-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 же время как при её разрушении (например, при амальгамировании) алюминий начнет окисляться и реагировать с водой с образованием амфотерного гидроксида алюмния.

Защита от окисления и коррозии

В электротехнике

См. также

• Электрокорунд (Алунд)
• Наноразмерный оксид алюминия
• Алюминоз^[англ.] — пневмокониоз возникающий от вдыхания пыли металлического алюминия или оксида алюминия^{[11][12][13][14][15]}

Примечания

1. Mallinckrodt Baker, MSDS Aluminum Oxide: Material Safety Data Sheet (A28440)  (неопр.). Дата обращения: 8 октября 2008. Архивировано 21 августа 2011 года.
2. http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0021.html
3. Алюминия окись // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
4. Архивированная копия  (неопр.). Дата обращения: 29 июля 2018. Архивировано 17 июля 2018 года.
5. Higashi G. S., Fleming C. G. Sequential surface chemical reaction limited growth of high quality Al2O3dielectrics (англ.) // Applied Physics Letters. — 1989. — 6 November (vol. 55, no. 19). — P. 1963—1965. — ISSN 0003-6951. — doi:10.1063/1.102337. [исправить]
6. Архивированная копия  (неопр.). Дата обращения: 29 июля 2018. Архивировано 6 января 2022 года.
7. Полупроводниковые Свойства Плёнок Пористого Оксида Алюминия  (неопр.). Дата обращения: 29 июля 2018. Архивировано 29 июля 2018 года.
8. Полупроводниковое стекло - Стекло Полупроводник Алюминий  (неопр.). Дата обращения: 29 июля 2018. Архивировано 29 июля 2018 года.
9. Paglia, G. Determination of the Structure of γ-Alumina using Empirical and First Principles Calculations Combined with Supporting Experiments (PhD Thesis) (англ.). — Curtin University of Technology, Perth, 2004. Архивировано 23 июля 2013 года.
10. I. Levin and D. Brandon. Metastable Alumina Polymorphs: Crystal Structures and Transition Sequnces (англ.) // Journal of the American Ceramic Society^[англ.] : journal. — 1998. — Vol. 81, no. 8. — P. 1995—2012. — doi:10.1111/j.1151-2916.1998.tb02581.x. Архивировано 29 ноября 2014 года.
11. Алюминоз // Большая медицинская энциклопедия : в 30 т. / гл. ред. Б. В. Петровский. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1974. — Т. 1 : А — Антибиоз. — 576 с. : ил.
12. Алюминоз // Большая советская энциклопедия : в 66 т. (65 т. и 1 доп.) / гл. ред. О. Ю. Шмидт. — М. : Советская энциклопедия, 1926—1947.
13. 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 Архивная копия от 3 февраля 2021 на Wayback Machine // Патент RU 2660589 C1 от 27.07.2017 г. ФГБОУ ВО УГМУ Минздрава России.
14. 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.
15. «Архив патологий» // Журнал, том 48, выпуск 1, Всесоюзное научное общество патологоанатомов // М.: Медицина, 1986 г.

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 Архивная копия от 8 сентября 2008 на Wayback Machine
• Получение наноразмерного оксида алюминия Архивная копия от 14 сентября 2014 на Wayback Machine