Αργιλικά
Στη χημεία, αργιλικό (aluminate) είναι μια ένωση που περιέχει ένα οξυανιόν του αργιλίου, όπως το αργιλικό νάτριο. Στην ονομασία ανόργανων ενώσεων, είναι ένα επίθημα κατά IUPAC (πρόθεμα στα ελληνικά) που υποδηλώνει ένα πολυατομικό ανιόν με ένα κεντρικό άτομο αργιλίου.[1]
Αργιλικά οξυανιόντα
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Το οξείδιο του αργιλίου (αλουμίνα) είναι αμφοτερικό: διαλύεται τόσο σε βάσεις όσο και σε οξέα. Όταν διαλύεται σε βάσεις, σχηματίζει υδροξυαργιλικά ιόντα με τον ίδιο τρόπο όπως το υδροξείδιο του αργιλίου ή τα άλατα αργιλίου. Το υδροξυαργιλικό ή ένυδρο αργιλικό μπορεί να καθιζάνει και στη συνέχεια να πυρωθεί για να παράξει άνυδρα αργιλικά. Τα αργιλικά σχηματίζονται συχνά ως συνδυασμός βασικού οξειδίου και οξειδίου του αργιλίου, π.χ. ο τύπος του άνυδρου αργιλικού νατρίου NaAlO2 θα εμφανίζεται ως Na2O•Al2O3. Είναι γνωστά ορισμένα αργιλικά οξυανιόντα:
- Το απλούστερο είναι το περίπου τετραεδρικό AlO5−
4 που βρίσκεται στην ένωση Na5AlO4,[2] - Ιόντα πλαισίου AlO−
2 σε άνυδρο αργιλικό νάτριο NaAlO2[3] και αργιλικό μονοασβέστιο, CaAl2O4 αποτελούμενο από τετράεδρα {AlO44} με κοινές γωνίες.[4] - Ένα δακτυλιοειδές ανιόν, το κυκλικό ανιόν Al6O18−
18, που βρίσκεται στο αργιλικό τριασβέστιο Ca3Al2O6, το οποίο μπορεί να θεωρηθεί ότι αποτελείται από 6 γωνίες που μοιράζονται τετράεδρα {AlO4}.[5] - Ένας αριθμός ανιόντων άπειρης αλυσίδας στις ενώσεις Na7Al3O8 που περιέχει δακτυλίους συνδεδεμένους σε αλυσίδες, Na7Al13O10 και Na17Al5O16 τα οποία περιέχουν διακριτά ανιόντα αλυσίδας.[6]
Μικτά οξείδια που περιέχουν αργίλιο
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Υπάρχουν πολλά μικτά οξείδια που περιέχουν αργίλιο όπου δεν υπάρχουν διακριτά ή πολυμερικά ιόντα αργιλικών. Οι σπινέλιοι με γενικό τύπο A2+B3+
2O2−
4 που περιέχουν αργίλιο ως Al3+, όπως το ίδιο το ορυκτό σπινελίου, MgAl2O4, είναι μικτά οξείδια με κυβικά στενά συσσωρευμένα άτομα Ο και αργιλίου Al3+ σε οκταεδρικές θέσεις.[7]
Ο χρυσοβήρυλλος, BeAl2O4, ισόμορφος με τον ολιβίνη, έχει εξαγωνική πυκνή διάταξη ατόμων οξυγόνου με αργίλιο σε οκταεδρικές θέσεις και βηρύλλιο σε τετραεδρικές θέσεις.[8]
Ορισμένα οξείδια με τον γενικό τύπο MAlO3, που μερικές φορές ονομάζονται αργιλικά ή ορθοαργιλικά άλατα, όπως το YAlO3, το ορθοαργιλικό ύττριο, είναι μικτά οξείδια και έχουν περοβσκιτική δομή.[9] Ορισμένα οξείδια όπως το Y3Al5O12, που συνήθως ονομάζονται γρανάτες αργιλίου-υττρίου, έχουν τη δομή γρανάτη.[7]
Υδροξοαργιλικά
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Το ανιόν Al(OH)−
4 είναι γνωστό σε διαλύματα υψηλού pH του Al(OH)3.[6]
Αργιλικοί ύαλοι
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Η αλουμίνα από μόνη της δεν μπορεί εύκολα να γίνει υαλώδης με τις τρέχουσες τεχνικές. Ωστόσο με την προσθήκη μιας δεύτερης ένωσης μπορούν να σχηματιστούν πολλοί τύποι αργιλικών υάλων. Οι παραγόμενοι ύαλοι εμφανίζουν μια σειρά από ενδιαφέρουσες και χρήσιμες ιδιότητες, όπως υψηλό δείκτη διάθλασης, καλή υπέρυθρη διαφάνεια και υψηλό σημείο τήξης, καθώς και την ικανότητα να φιλοξενούν ενεργό λέιζερ και φθορίζοντα ιόντα. Η αεροδυναμική αιώρηση (ή ανύψωση) (Aerodynamic levitation) είναι μια βασική μέθοδος που χρησιμοποιείται για τη μελέτη και την παραγωγή πολλών αργιλικών υάλων. Η αιώρηση επιτρέπει τη διατήρηση υψηλής καθαρότητας στο τήγμα σε θερμοκρασίες που υπερβαίνουν τους 2,000 K (1,700 °C).[10]
Μερικά υλικά που είναι γνωστό ότι σχηματίζουν υάλους σε δυαδικό συνδυασμό με οξείδιο του αργιλίου είναι: οξείδια σπάνιων γαιών, οξείδια αλκαλικών γαιών (CaO, SrO, BaO), οξείδιο του μολύβδου και διοξείδιο του πυριτίου.
Επίσης, έχει ανακαλυφθεί ότι το αργιλικό σύστημα Al2O3 σχηματίζει ζαφειροειδή υαλοκεραμικά. Αυτή η ικανότητα βασίζεται συχνά σε συνθέσεις στις οποίες η αλληλεπίδραση μεταξύ της ικανότητας σχηματισμού γυαλιού και της σταθερότητας του γυαλιού είναι περίπου ισορροπημένη.[11]
Εφαρμογές αργιλικών
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Το αργιλικό νάτριο, NaAlO2, χρησιμοποιείται βιομηχανικά στη βαφή για να σχηματίσει ένα πρόστυμμα και οι ενυδατωμένες μορφές χρησιμοποιούνται στον καθαρισμό του νερού, στην κολλάρισμα χαρτιού και στην κατασκευή ζεολίθων, κεραμικών και καταλυτών στην πετροχημική βιομηχανία. Στη διαδικασία ισομερισμού αλκενίων και αμινών [12] τα αργιλικά άλατα του ασβεστίου είναι σημαντικά συστατικά των τσιμέντων.[6]
Το Li5AlO4 χρησιμοποιείται στην πυρηνική βιομηχανία ενέργειας.[13]
Αργιλικά κατασκευασμένα με νέες πρώτες ύλες
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Πολλές πρόσφατες ερευνητικές μελέτες έχουν επικεντρωθεί σε μια αποτελεσματική λύση για την επεξεργασία αποβλήτων. Αυτό έχει οδηγήσει ορισμένα υπολείμματα στη μετατροπή τους σε νέες πρώτες ύλες για πολλές βιομηχανίες. Ένα τέτοιο επίτευγμα διασφαλίζει τη μείωση της χρήσης ενέργειας και φυσικών πόρων, τη μείωση των αρνητικών περιβαλλοντικών επιπτώσεων και τη δημιουργία νέων πεδίων εργασίας.
Ένα καλό παράδειγμα προέρχεται από τη βιομηχανία μετάλλων, και ιδιαίτερα από τη βιομηχανία αργιλίου. Η ανακύκλωση αλουμινίου είναι μια ωφέλιμη δραστηριότητα για το περιβάλλον, καθώς ανακτά πόρους τόσο από τα απόβλητα της παραγωγής όσο και από τα καταναλωτικά απόβλητα. Η σκωρία και τα υπολείμματα, που προηγουμένως θεωρούνταν απόβλητα, αποτελούν πλέον την πρώτη ύλη για ορισμένες εξαιρετικά κερδοφόρες νέες βιομηχανίες. Υπάρχει προστιθέμενη αξία στα υλικά που κατασκευάζονται με χρήση υπολειμμάτων αργιλίου, τα οποία σήμερα θεωρούνται επικίνδυνα απόβλητα. Η τρέχουσα έρευνα διερευνά τη χρήση αυτών των αποβλήτων για την παραγωγή γυαλιού, υαλοκεραμικών, βοημίτη και αργιλικού ασβεστίου.[14]
Σημειώσεις
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]- ↑ Nomenclature of Inorganic Chemistry IUPAC Recommendations 2005 – Full text (PDF)
- ↑ Barker, Marten G.; Gadd, Paul G.; Begley, Michael J. (1981). «Preparation and crystal structures of the first alkali-rich sodium aluminates Na7Al3O8 and Na5AlO4». Journal of the Chemical Society, Chemical Communications (8): 379. doi:. ISSN 0022-4936. https://archive.org/details/sim_journal-of-the-chemical-society-chemical-communications_1981_8/page/n28.
- ↑ Barker, Marten G.; Gadd, Paul G.; Begley, Michael J. (1984). «Identification and characterisation of three novel compounds in the sodium-aluminium-oxygen system». Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions (6): 1139. doi:. ISSN 0300-9246.
- ↑ Ma, C.; Kampf, A. R.; Connolly, H. C.; Beckett, J. R.; Rossman, G. R.; Smith, S. A. S.; Schrader, D. L. (2011). «Krotite, CaAl2O4, a new refractory mineral from the NWA 1934 meteorite». American Mineralogist 96 (5-6): 709–715. doi:. ISSN 0003-004X. Bibcode: 2011AmMin..96..709M.
- ↑ Mondal, P.; Jeffery, J. W. (1975). «The crystal structure of tricalcium aluminate, Ca3Al2O6». Acta Crystallographica Section B 31 (3): 689–697. doi:. ISSN 0567-7408. http://journals.iucr.org/b/issues/1975/03/00/a12002/a12002.pdf. Ανακτήθηκε στις 2019-09-04.
- ↑ 6,0 6,1 6,2 Greenwood, Norman N.· Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd έκδοση). Butterworth–Heinemann. ISBN 0080379419.
- ↑ 7,0 7,1 Wells A.F. (1984) Structural Inorganic Chemistry 5th edition, Oxford Science Publications (ISBN 0-19-855370-6)
- ↑ "Refinement of the chysoberyl structure", E.F. Farrell, J.H. Fang, R.E. Newnham, The American Mineralogist, 1963, 48, 804
- ↑ "Crystal structure refinement of YAlO3, a promising laser material", R. Diehl, G. Brandt, Materials Research Bulletin (1975) Volume: 10, Issue: 3, Pages: 85–90
- ↑ Haliakova, A., Prnova, A., Klement, R.D. and Tuan, W.H. "Flame-spraying synthesis of aluminate glasses in the Al2O3-La2O3 system". webofknowledge.com. September 2012. Pages: 5543–5549. Accessed 2012-10-09.
- ↑ Rosenflanz, A.; Tangeman, J.; Anderson, T. (2012). «On processing and properties of liquid phase derived glass ceramics in Al2O3–La2O3–ZrO2 system». Advances In Applied Ceramics: Structural, Functional & Bioceramics 111 (5/6): 323–332.
- ↑ Rienäcker, Roland; Graefe, Jürgen (1985). «Catalytic Transformations of Sesquiterpene Hydrocarbons on Alkali Metal/Aluminum Oxide». Angewandte Chemie International Edition in English 24 (4): 320–321. doi:. ISSN 0570-0833.
- ↑ Allen W. Apblett, "Aluminium: Inorganic Chemistry", (1994),Encyclopedia of Inorganic Chemistry, ed. R. Bruce King, John Wiley & Sons, (ISBN 0-471-93620-0)
- ↑ López Delgado, A. and Tayibi, H. "Can hazardous waste become a raw material? The case study of an aluminum residue: a review". webofknowledge.com. May 2012. Pages: 474–484. Accessed 2012-10-09