酸化アルミニウムは、主に酸素分子とアルミニウム分子からなる化合物です。これは無色の結晶性物質で、通常はコランダムで構成されるサファイアなど、いくつかの形で自然に現れます。アルミナ、またはアルミナの最も一般的な結晶形は、コランダムです。興味深いことに、特別な条件下で、コランダムがジェム サファイアになりました。
アルミナは、一部の熱帯および亜熱帯地域の表面に見られるボーキサイトなどの鉱石からも抽出されます。バイエル法を用いてアルミナの抽出と精製を行った。ここでは、ボーキサイトを粉砕し、水酸化ナトリウム溶液に溶解します。高温で保管すると、ボーキサイトはアルミン酸ナトリウムに変換され、Fe2O3
アルミナの準備と外観
アルミナ粒子は、Al(OH)3 を約 1100 °C で加熱または焼成することによって分離されます。純粋なボーキサイトは、白い粉末状の食卓塩またはグラニュー糖のような酸化アルミニウムの外観をしています。
酸化アルミニウムは、ナトリウム蒸気ランプなどの特定の種類の照明に使用され、成長しているナノテクノロジー産業では、極小回路の導電体として使用されています。酸化アルミニウムは、人間の髪の毛と同じくらい細いフィラメントに生成される可能性があり、DNA ろ過に適しています。ワイヤー ガイド、機械シール、計量装置、高温電気絶縁体はほんの一例です。
酸化アルミニウムは無臭の白い粉末状の物質です。毒性はありませんが、空気中の酸化アルミニウムの粉塵は産業上の危険をもたらす可能性があるため、マスクを着用して長時間の暴露を避けるのが最善です.酸化アルミニウムは非常に重いです。一辺の長さが 1 メートルの酸化アルミニウムの立方体の重さは約 7,200 ポンドです。
酸化アルミニウムは、さまざまな産業用途で使用できる堅牢で耐摩耗性のある材料に成形または製造できます。
アルミナの構造の分類
Al2O3 遷移は、Al-O-OH の熱分解によって得られます
関連する Al2O3 遷移との比較は、エネルギー散逸がどのように構造破壊と一部の Al2O3 遷移間の複雑な接着につながるかを示しています。この結果は、熱力学的に安定な化合物を理解する上で重要です。
アルミナ構造の高度な分類
Al2O3 遷移は、一般に、高温高圧下での格子の遷移と結晶格子の配置によって引き起こされます。また、使用するアルミナの粒子サイズと熱力学にも依存します。
したがって、以下は、過去数十年に詳細な分析で発見されたアルミナのさまざまな構造のタイプです:-
- ベーマイト:
遷移アルミン酸塩の特性は、類似した回折パターン、低い結晶性、および小さい粒子サイズのために特に困難です。アルミナ転移の出発物質はベーマイト (Al-O-OH)、立方晶陰イオン (ccp) O2- のサブセグメントを含む水酸化物です。加熱すると、水素原子の一部 (すべてではない) が水の形で構造から移動します。この脱水により、アルミニウム カチオンが占めている結晶格子に穴が残ります。
γ-アルミナは、熱力学的に安定性が最も低いアルミナであり、高温で材料を使用したい場合には不便です。形成された構造は、ベーマイトの脱水に起因する「新しい」四面体状態の結果である可能性があります。より一般的に言及されている他の 2 つの形態のアルミナの組成については、現在のところコンセンサスがありません。
- 背骨のような構造:
2000 年代初頭まで、γ-アルミナは、Fe2O3 (酸化鉄) に似た立方晶スピネルに似た格子構造を持つことが一貫して報告されていました。スピネルは正式には AB2X4 と呼ばれ、X アニオンは ccp (立方最密充填) を形成します。 ネットワーク、および陽イオン A と B はそれぞれネットワークの中間位置を占有します。 Al が結晶格子内の非スピネル位置を占めることができるという物議を醸す証拠があります。
理論的研究は、四面体サイトのアルミナ エネルギー優先順位をサポートします。一連の DFT (密度汎関数理論) 低エネルギー スピネル立方単位胞 (a =7.887 Å) が 2 つの VSS (Volatile Suspended Solids) を持つことを示すために、全エネルギー計算が実行されました。
理論的研究で使用されてきましたが、γ-アルミナの内部形状を説明する際に単純化しすぎる可能性があります。単斜晶系などの単一のスピネルセルは、その後のいくつかの理論的研究のバルク構造としても使用されています。 VSS サイトは、空孔の移動に対するエネルギー障壁が大きいため、大きな熱活性化を示します。
- 水素化スピネル構造:
多数の実験的および理論的研究により、γ-アルミナ構造に格子間水素原子が存在することが支持されています。水素原子は可動性があり、金属酸化物の格子位置間を移動できます。水素が構造の外に移動した後、Al カチオンがその場所を占めることができるため、ますます規則的で熱力学的に安定した構造が得られます。
結論
Al2O3 の水素化スピネル構造に対するいくつかの批判は、厳密に意味論的であるように思われます。欠陥は水素トラップとして機能する可能性があるため、異なる金属酸化物が異なる水素レベルで存在することが知られています。これは一般的に近視眼的な主張であり、数年前までこの物質は「アルミナ」と呼ばれていましたが、その構造には水素が含まれていると考えられていました。
アルミナは、立方晶相、六方晶相、菱形相、単斜晶相、および第 8 相であるパズル相など、多くの異なる安定相で見られます。結晶性で、ほぼ六角形の構造と八角形の中心を形成できます。菱形でも四角形でもかまいません。各段階には独自の結晶構造と特性があり、パズル段階としても知られています。
