Ossido di alluminio
Proprietà e caratteristiche dell'ossido di alluminio
L'ossido di alluminio, noto anche con il nome di allumina, è un ossido metallico con formula chimica Al2O3.
Si presenta come un solido bianco e inodore con densità pari a 3,94 g/cm3, temperatura di fusione di 2072 °C e temperatura di ebollizione di 2977 °C.
Alla temperatura di 20 °C presenta una solubilità in acqua di appena 0,001 g/L; è insolubile anche nei solventi organici.
In natura lo si trova nella sua fase polimorfa cristallina α-Al2O3 a costituire il corindone, un minerale le cui varietà formano le preziose gemme rubino e zaffiro, che devono i loro colori caratteristici alle traccia di impurità che contengono.
Un patina di ossido di alluminio si forma molto velocemente quando oggetti di alluminio puro vengono esposti all'aria: tale patina, dello spessore di appena 4 nanometri (4 nm), svolge un'azione protettiva nei confronti dell'alluminio puro sottostante, evitandone l'ulteriore ossidazione e proteggendolo dagli agenti atmosferici.
Alcuni tipi di bronzi (bronzi all'alluminio) includono piccole percentuali di alluminio migliorandone notevolmente la resistenza alla corrosione.
Formula dell'ossido di alluminio
L'alluminio è un elemento chimico appartenente al gruppo dei metalli terrosi; presenta un unico numero di ossidazione: +3 (per info: numero di ossidazione alluminio).
Gli ossidi basici sono composti binari costituiti da ossigeno (con numero di ossidazione -2) e da un metallo, in questo alluminio, che ha, come detto in precedenza, numero di ossidazione +3.
L'ossido di alluminio è pertanto un ossido con formula chimica Al2O3: Al (con numero di ossidazione +3) e O (con numero di ossidazione -2) devono essere infatti nel rapporto 2 : 3 per bilanciare le rispettive cariche formali.
Natura anfotera dell'ossido di alluminio
Al2O3 è una sostanza anfotera: ciò significa che può reagire sia con gli acidi (come ad esempio acido fluoridrico) che con le basi (come ad esempio idrossido di sodio) per produrre un sale (rispettivamente fluoruro di alluminio e alluminato di sodio):
Al2O3 + 6 HF → 2 AlF3 + 3 H2O
Al2O3 + 2 NaOH + 3 H2O → 2 NaAl(OH)4
Sintesi
Per produrre Al2O3 viene utilizzata la bauxite, una roccia sedimentaria costituita da ossidi e idrossidi di alluminio oltre che da impurità di ossidi e idrossidi di ferro, quarzo e minerali argillosi.
La bauxite viene inizialmente purificata tramite il processo Bayer: gli ossidi e gli idrossidi di alluminio sono anfoteri e pertanto sono solubili sia in soluzioni acquose acide che basiche.
Nel processo Bayer, la bauxite viene riscaldata, alla temperatura di 150-200 °C, insieme a soda caustica in soluzione: in queste condizioni gli ossidi e gli idrossidi di alluminio vengono disciolti come alluminati di sodio, principalmente [NaAl(OH)]:
Al2O3 + H2O + NaOH → NaAl(OH)4
Al(OH)3 + NaOH → NaAl(OH)4
Fatta eccezione per la silice, le altre impurezze delle bauxite non si dissolvono in soluzione.
Si procede pertanto alla separazione del residuo mediante filtrazione e alla semina (della soluzione sovrasatura) con cristalli di Al2O3 ad elevata purezza che fanno precipitare l'idrossido di alluminio, mentre la silice resta in soluzione:
NaAl(OH)4 → NaOH + Al(OH)3
Per calcinazione di Al(OH)3 oltre i 1100°C si ottiene l'ossido di alluminio:
2 Al(OH)3 → Al2O3 + 3 H2O
Impieghi
Al2O3 trova impiego:
- come materia prima per la produzione dell'alluminio metallico mediante il processo Hall-Héroult;
- come abrasivo grazie alla sua elevata durezza (il corindone, che è la forma cristallina dell'ossido di alluminio, ha durezza assoluta pari a 400 ed è il nono minerale più duro della scala di Mohs, preceduto solo dal diamante);
- sempre grazie alla sua elevata durezza, come componente negli utensili da taglio;
- come materiale refrattario per il suo alto punto di fusione;
- nella produzione di zeoliti;
- nella preparazione di vetri speciali;
- per rimuovere l'acqua dai flussi di gas, purificandoli;
- come catalizzatore;
- nella produzione di ceramiche e pigmenti.
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