Compreendendo os diferentes tipos de ligação Al2O3

Al alfa-cristalino₂O₃ exibe uma estrutura de empacotamento hexagonal fechada (HCP) formada por Al³⁺ E O^2- íons. Cada Al³⁺ íon é cercado por seis O^2- íons. O O de tamanho maior^2- íons ocupam vazios octaédricos enquanto o menor Al³⁺ os íons ocupam vazios tetraédricos, ocupando ao todo 74% do espaço intersticial, deixando o restante vazio.

Além da fase α hexagonal, outras fases metaestáveis ​​do Al₂O₃ incluem a fase χ hexagonal, as fases η e γ cúbicas e a fase κ ortorrômbica.

Dentro de um átomo, os elétrons de valência – encontrados na camada externa (ou de valência) – são responsáveis ​​por formar ligações energeticamente estáveis ​​entre átomos do mesmo elemento ou de elementos diferentes. Existem dois tipos básicos de ligações químicas (e um terceiro tipo híbrido), a saber:

Ligações Covalentes

As ligações covalentes são formadas entre dois átomos com carga neutra, compartilhando um ou mais de seus elétrons de valência. Essas ligações são formadas predominantemente entre não-metais, embora também possam ser formadas entre metais e não-metais. Onde os átomos são do mesmo elemento, os elétrons de valência são igualmente compartilhados. Caso contrário, os elétrons são atraídos para o elemento com maior eletronegatividade, formando assim ligações covalentes polares. Os compostos covalentes geralmente apresentam um ponto de fusão mais baixo quando comparados às ligações iônicas.

Ligações ionicas

Na ligação iônica, os elétrons de valência externos de um átomo são completamente absorvidos pela camada externa de um átomo vizinho. Isso cria um desequilíbrio de carga, onde o átomo receptor fica carregado negativamente (ânion) e o átomo doador fica carregado positivamente (cátion). Este tipo de ligação ocorre entre metais e não metais porque os metais têm poucos elétrons em suas camadas externas e tendem a perdê-los para os não metais, a fim de atingir uma configuração de gás nobre.

Ligações Metálicas

As ligações metálicas comportam-se como um híbrido de ligações covalentes e iônicas. Eles ocorrem apenas entre átomos metálicos. Esses átomos formam orbitais moleculares compartilhando seus elétrons de valência, assim como na ligação covalente. A diferença é que cada átomo compartilha seus orbitais moleculares com todos os outros átomos da rede. Isso resulta em um “volume” de átomos metálicos (núcleos atômicos positivos mais camadas eletrônicas internas) e um “mar” de elétrons de valência que fluem livremente e não estão mais ligados a um átomo específico. No entanto, como esses elétrons de valência permanecem dentro da estrutura geral da rede, os núcleos atômicos permanecem como átomos e não se tornam íons carregados positivamente.

O óxido de alumínio é um composto iônico formado a partir de uma ligação eletrostática entre dois átomos de alumínio que perderam 3 elétrons cada (Al³⁺) e três átomos de oxigênio que ganharam 2 elétrons cada (O^2-). A força da rede iônica é uma função das cargas iônicas individuais e de seus raios.

À medida que as diferenças na eletronegatividade diminuem, a ligação torna-se cada vez mais covalente, progredindo da seguinte forma: De iônico puro, para iônico com caráter covalente, depois covalente polarizado e, finalmente, covalente puro.

Quanto mais fortes forem as ligações químicas, maiores serão os pontos de fusão. As substâncias covalentes, que se comportam como moléculas, têm baixo ponto de fusão. Estruturas com íons com carga dupla - como Al₂O₃ — têm pontos de fusão significativamente mais elevados em comparação com estruturas de íons com carga única. Os compostos iônicos têm:

• Altos pontos de fusão, que não são afetados pela pressão externa do ar e podem ser reduzidos com a adição de impurezas.
• Altos pontos de ebulição.
• Uma estrutura de rede cristalina.
• Boas características de isolamento.

Al₂O₃ é um composto anfotérico, o que significa que atua tanto como base quanto como ácido. Também é insolúvel em água. Outras propriedades do Al₂O3 inclui:

• Ponto de fusão de 2,072 °C
• Ponto de ebulição de 2,977 °C
• Densidade entre 3.95 g/cm³ e 4.1g/cm³
• Alta condutividade térmica (35 W/mK)

Al₂O₃ é mais comumente usado na produção de alumínio metálico – Em 2021, a produção de alumina totalizou 141 milhões de toneladas métricas. À medida que o alumínio se liga ao oxigênio, ele cria uma fina camada de alumina, que protege o alumínio da corrosão. A espessura desta camada pode ser projetada através de anodização. Os principais usos da alumina incluem:

• Cerâmica de engenharia: Devido à sua resistência superior, rigidez, condutividade térmica e resistência à corrosão, Al₂O₃ é usado no projeto de estruturas arquitetônicas e aeroespaciais, ferramentas industriais e de usinagem, revestimentos refratários, isoladores de alta temperatura, armaduras balísticas e muito mais.
• Implantes biônicos, incluindo marca-passos, olhos e ouvidos biônicos.
• Articulações de quadril, peças dentárias e estruturas de tecido produzidas por bioengenharia.
• Enchimentos plásticos, agentes de polimento e abrasivos.
• Fabricação de papel e têxteis, processamento de alimentos e muito mais.

Com experiência substancial em cerâmica técnica, a Saint-Gobain High-Performance Ceramics & Refractories fabrica uma extensa linha de Al₂O₃ materiais de engenharia para as aplicações industriais mais exigentes. Esses materiais são altamente adaptados para atender aos requisitos de engenharia de alto desempenho.