Plik aluminium Jest to pierwiastek metaliczny należący do grupy 13 (III A) układu okresowego pierwiastków oznaczony symbolem Al. Jest to metal lekki o małej gęstości i twardości. Ze względu na swoje właściwości amfoteryczne został przez niektórych naukowców sklasyfikowany jako metaloid.
Jest to plastyczny i bardzo plastyczny metal, dlatego jest używany do produkcji drutu, cienkich blach aluminiowych, a także wszelkiego rodzaju przedmiotów czy figur; na przykład słynne puszki z ich stopami lub folia aluminiowa, w którą pakuje się żywność lub desery.
Ałun (uwodniony siarczan glinowo-potasowy) był używany przez człowieka od czasów starożytnych w medycynie, garbarstwie oraz jako zaprawa do barwienia tkanin. Dlatego jego minerały są znane od zawsze.
Jednak aluminium jako metal zostało wyizolowane bardzo późno, w 1825 roku, przez Øersteda, co doprowadziło do działalności naukowej, która umożliwiła jego przemysłowe wykorzystanie. W tym czasie aluminium było po żelazie metalem o największej produkcji na świecie..
Aluminium znajduje się głównie w górnej części skorupy ziemskiej, stanowiąc jej wagowo 8%. Odpowiada trzeciemu najbardziej rozpowszechnionemu pierwiastkowi, przewyższającemu tlen i krzem w minerałach krzemionkowych i krzemianowych..
Boksyt jest związkiem minerałów, do których należą: tlenek glinu (tlenek glinu) oraz tlenki żelaza, tytanu i krzemu. Stanowi główny surowiec naturalny do wydobycia aluminium.
Indeks artykułów
W Mezopotamii, 5000 lat pne. C., ceramikę wykonali już przy użyciu glin zawierających związki glinu. Tymczasem 4000 temu Babilończycy i Egipcjanie używali aluminium w niektórych związkach chemicznych.
Pierwszy pisemny dokument dotyczący ałunu został sporządzony przez Herodota, greckiego historyka, w V wieku pne. C. Ałun [KAl (SO4)dwa12HdwaO] był używany jako zaprawa do barwienia tkanin i do ochrony drewna, z którego zaprojektowano drzwi fortec, przed pożarami.
W ten sam sposób Pliniusz „Starszy” w I wieku odnosi się do alumenu, znanego dziś jako ałun, jako substancji stosowanej w medycynie i zaprawie..
Od XVI wieku ałun był używany do garbowania skór i klejonki do papieru. Była to galaretowata substancja, która nadała papierowi konsystencję i pozwoliła na użycie go w piśmie..
W 1767 roku szwajcarski chemik Torbern Bergman dokonał syntezy ałunu. Aby to zrobić, ogrzał księżyc [KAl3(POŁUDNIOWY ZACHÓD4)dwa(O)6] kwasem siarkowym, a następnie do roztworu dodano potaż.
W 1782 roku francuski chemik Antoine Lavoisier zauważył, że tlenek glinu (AldwaLUB3) był tlenkiem jakiegoś pierwiastka. Ma to takie powinowactwo do tlenu, że jego oddzielenie było trudne. Dlatego Lavoisier przewidział już wtedy istnienie aluminium.
Później, w 1807 roku, angielski chemik Sir Humphry Davy poddał tlenek glinu elektrolizie. Jednak zastosowana przez niego metoda pozwoliła uzyskać stop aluminium z potasem i sodem, więc nie był w stanie wyizolować metalu.
Davy skomentował, że tlenek glinu ma metaliczną podstawę, którą początkowo nazwał „alumium”, w oparciu o łacińskie słowo „alumen”, nazwę używaną dla ałunu. Później Davy zmienił nazwę na „aluminium”, obecną nazwę w języku angielskim..
W 1821 roku niemieckiemu chemikowi Eilhardowi Mitscherlichowi udało się odkryć prawidłową formułę tlenku glinu: AldwaLUB3.
W tym samym roku francuski geolog Pierre Berthier odkrył minerał glinu w czerwonawym złożu gliny we Francji, w regionie Les Baux. Berthier określił ten minerał jako boksyt. Ten minerał jest obecnie głównym źródłem glinu.
W 1825 roku duński chemik Hans Christian Øersted wyprodukował metalowy pręt z rzekomego aluminium. Opisał to jako „kawałek metalu, który w kolorze i połysku wygląda trochę jak cyna”. Øersted był w stanie to osiągnąć, redukując chlorek glinu, AlCl3, z amalgamatem potasu.
Uważano jednak, że badacz nie uzyskał czystego aluminium, ale stop aluminium i potasu..
W 1827 roku niemiecki chemik Friedrich Wöehler zdołał wyprodukować około 30 gramów aluminium. Następnie, po 18 latach pracy badawczej, Wöehler w 1845 roku wyprodukował kuleczki wielkości główki szpilki, o metalicznym połysku i szarawym kolorze..
Wöehler opisał nawet niektóre właściwości metalu, takie jak kolor, ciężar właściwy, plastyczność i stabilność..
W 1855 roku francuski chemik Henri Sainte-Claire Deville udoskonalił metodę Wöehlera. W tym celu zastosował redukcję chlorku glinu lub chlorku glinu sodu metalicznym sodem, stosując kriolit (Na3AlF6) jako przepływ.
Pozwoliło to na przemysłową produkcję aluminium w Rouen we Francji, aw latach 1855-1890 osiągnięto produkcję 200 ton aluminium..
W 1886 roku francuski inżynier Paul Héroult i amerykański student Charles Hall niezależnie stworzyli metodę produkcji aluminium. Metoda polega na elektrolitycznej redukcji tlenku glinu w stopionym kriolicie za pomocą prądu stałego.
Metoda była wydajna, ale wiązała się z dużym zapotrzebowaniem na energię elektryczną, co powodowało, że produkcja była droższa. Héroult rozwiązał ten problem, zakładając swój przemysł w Neuhausen (Szwajcaria), wykorzystując wodospad Rheinfall jako generator energii elektrycznej.
Hall początkowo osiedlił się w Pittsburgu (USA), ale później przeniósł swój przemysł w okolice wodospadu Niagara.
Wreszcie w 1889 roku Karl Joseph Bayer stworzył metodę wytwarzania tlenku glinu. Polega ona na podgrzaniu boksytu w zamkniętym pojemniku roztworem alkalicznym. Podczas procesu ogrzewania frakcja tlenku glinu jest odzyskiwana w roztworze soli..
Srebrnoszare ciało stałe z metalicznym połyskiem (zdjęcie u góry). Jest to miękki metal, ale utwardza się przy niewielkich ilościach krzemu i żelaza. Dodatkowo charakteryzuje się dużą plastycznością i ciągliwością, gdyż można wykonać blachy aluminiowe o grubości do 4 mikronów.
26,981 u
13
660,32 ° C
2470 ° C
Temperatura otoczenia: 2,70 g / ml
Temperatura topnienia (ciecz): 2,375 g / ml
Jego gęstość jest znacznie niska w porównaniu z gęstością innych metali. Z tego powodu aluminium jest dość lekkie.
10,71 kJ / mol
284 kJ / mol
24,20 J / (mol K)
1,61 w skali Paulinga
-Pierwsza: 577,5 kJ / mol
-Po drugie: 1816,7 kJ / mol
-Po trzecie: 2744,8 kJ / mol
23,1 µm / (m K) w 25 ° C
237 W / (m · K)
Aluminium ma trzykrotnie większą przewodność cieplną niż stal.
26,5 nΩ · m przy 20 ºC
Jego przewodność elektryczna wynosi 2/3 przewodnictwa miedzi.
Paramagnetyczny
2,75 w skali Mohsa
Aluminium jest odporne na korozję, ponieważ cienka warstwa tlenku Al jest wystawiona na działanie powietrzadwaLUB3 który tworzy się na jego powierzchni, zapobiega dalszemu utlenianiu wewnątrz metalu.
W roztworach kwaśnych reaguje z wodą tworząc wodór; natomiast w roztworach zasadowych tworzy jon glinianowy (AlOdwa-).
Rozcieńczone kwasy nie mogą go rozpuścić, ale mogą to zrobić w obecności stężonego kwasu solnego. Jednak glin jest odporny na stężony kwas azotowy, chociaż jest atakowany przez wodorotlenki w celu wytworzenia wodoru i jonów glinianowych..
Sproszkowane aluminium spala się w obecności tlenu i dwutlenku węgla, tworząc tlenek glinu i węglik glinu. Może być korodowany przez chlorek obecny w roztworze chlorku sodu. Z tego powodu stosowanie aluminium w rurach nie jest zalecane..
Glin utlenia się wodą w temperaturze poniżej 280 ºC.
2 Al (s) + 6 HdwaO (g) => 2Al (OH)3(s) + 3Hdwa(g) + ciepło
Aluminium jest pierwiastkiem metalicznym (dla niektórych z barwnikami metaloidalnymi), a jego atomy Al oddziałują ze sobą dzięki wiązaniu metalicznemu. Ta bezkierunkowa siła jest zarządzana przez elektrony walencyjne, które są rozproszone w całym krysztale we wszystkich jego wymiarach..
Te elektrony walencyjne są następujące, zgodnie z konfiguracją elektroniczną aluminium:
[Ne] 3sdwa 3p1
Dlatego aluminium jest metalem trójwartościowym, ponieważ ma trzy elektrony walencyjne; dwa na orbicie 3s i jeden na 3p. Orbitale te nakładają się na siebie, tworząc orbitale molekularne 3s i 3p, tak blisko siebie, że ostatecznie tworzą pasma przewodnictwa..
Pasmo s jest pełne, podczas gdy pasmo p ma dużo wolnego miejsca na więcej elektronów. Dlatego aluminium jest dobrym przewodnikiem elektryczności..
Metaliczne wiązanie aluminium, promień jego atomów i jego właściwości elektroniczne definiują kryształ fcc (sześcienny centrowany na powierzchni). Taki kryształ FCC jest najwyraźniej jedynym znanym alotropem aluminium, więc z pewnością wytrzyma wysokie ciśnienie na nim działające..
Elektroniczna konfiguracja aluminium natychmiast wskazuje, że jest w stanie utracić do trzech elektronów; to znaczy ma dużą skłonność do tworzenia kationu Al3+. Zakładając istnienie tego kationu w związku pochodzącym z glinu, mówi się, że ma on stopień utlenienia +3; jak dobrze wiadomo, jest to najczęściej spotykane w przypadku aluminium.
Jednakże istnieją inne możliwe, ale rzadkie stopnie utlenienia tego metalu; takie jak: -2 (Aldwa-), -1 (Al-), +1 (Al+) i +2 (Aldwa+).
W AldwaLUB3, Na przykład aluminium ma stopień utlenienia +3 (Aldwa3+LUB3dwa-); podczas gdy w AlI i AlO, +1 (Al+fa-) i +2 (Aldwa+LUBdwa-), odpowiednio. Jednak w normalnych warunkach lub sytuacjach Al (III) lub +3 jest zdecydowanie najbardziej rozpowszechnionym stopniem utlenienia; ponieważ Al3+ jest izoelektroniczny na neonowy gaz szlachetny.
Dlatego w podręcznikach szkolnych zawsze przyjmuje się i nie bez powodu, że aluminium ma +3 jako jedyną liczbę lub stopień utlenienia.
Aluminium jest skoncentrowane w zewnętrznej krawędzi skorupy ziemskiej, będąc jej trzecim pierwiastkiem, przewyższającym jedynie tlen i krzem. Aluminium stanowi 8% masy skorupy ziemskiej.
Występuje w skałach magmowych, głównie: glinokrzemianach, skaleniach, skaleniach i mikach. Również w czerwonawych glinach, jak w przypadku boksytu.
Boksyty to mieszanka mineralna zawierająca uwodniony tlenek glinu i zanieczyszczenia; takie jak tlenki żelaza i tytanu oraz krzemionka, w następujących procentach wagowych:
-DodwaLUB3 35–60%
-WiaradwaLUB3 10–30%
-takdwa 4–10%
-Wujekdwa 2–5%
-H.dwaLub konstytucji 12-30%.
Tlenek glinu znajduje się w boksycie w postaci uwodnionej w dwóch odmianach:
-monohydraty (AldwaLUB3H.dwaO), które przedstawiają dwie formy krystalograficzne, boemit i diaspor
-Trihydraty (AldwaLUB33HdwaO), reprezentowany przez gibsyt.
Boksyt jest głównym źródłem aluminium i dostarcza większość aluminium pozyskiwanego w procesie wydobycia..
Głównie boksyty, na które składa się 40-50% AldwaLUB3, 20% FedwaLUB3 i 3-10% SiOdwa.
Ałunit.
Skały gliniaste, które zawierają minerały takie jak syenity, nefelina i anortity (20% AldwaLUB3).
Krzemiany glinu (andaluzyt, sylimanit i cyjanit).
Złoża kaolinu i różne gliny (32% AldwaLUB3).
W odkrywce wydobywa się boksyt. Po zebraniu skał lub iłów, które go zawierają, są one kruszone i mielone w młynach kulowych i prętowych, aż do uzyskania cząstek o średnicy 2 mm. W tych procesach obrabiany materiał pozostaje nawilżony.
Przy otrzymywaniu tlenku glinu postępuje się zgodnie z procesem zapoczątkowanym przez firmę Bayer w 1989 r. Zmielony boksyt jest trawiony przez dodanie wodorotlenku sodu, tworząc solubilizowany glinian sodu; podczas gdy zanieczyszczenia tlenki żelaza, tytanu i krzemu pozostają w zawiesinie.
Zanieczyszczenia są dekantowane, a trójwodzian tlenku glinu jest wytrącany z glinianu sodu przez chłodzenie i rozcieńczanie. Następnie trójwodniony tlenek glinu jest suszony w celu wytworzenia bezwodnego tlenku glinu i wody..
Aby uzyskać aluminium, tlenek glinu poddaje się elektrolizie, zwykle zgodnie z metodą opracowaną przez Hall-Héroult (1886). Proces polega na redukcji stopionego tlenku glinu do kriolitu.
Tlen wiąże się z anodą węglową i jest uwalniany jako dwutlenek węgla. W międzyczasie uwolnione aluminium osadza się na dnie elektrolizera, gdzie się gromadzi.
Stopy aluminium są zwykle identyfikowane za pomocą czterech liczb.
Kod 1xxx odpowiada aluminium o czystości 99%.
Kod 2xxx odpowiada stopowi aluminium z miedzią. Są to mocne stopy, które były używane w pojazdach lotniczych, ale pękały z powodu korozji. Te stopy są znane jako duraluminium.
Kod 3xxx obejmuje stopy, w których do aluminium dodaje się mangan i niewielką ilość magnezu. Są to stopy bardzo odporne na ścieranie, używane jako stop 3003 w produkcji przyborów kuchennych, a 3004 w puszkach po napojach..
Kod 4xxx oznacza stopy, w których krzem jest dodawany do aluminium, co obniża temperaturę topnienia metalu. Stop ten jest używany do produkcji drutów spawalniczych. Alloy 4043 jest używany do spawania samochodów i elementów konstrukcyjnych.
Kod 5xxx obejmuje stopy, w których magnez jest dodawany głównie do aluminium..
Są to mocne stopy odporne na korozję w wodzie morskiej, używane do produkcji zbiorników ciśnieniowych i różnych zastosowań morskich. Alloy 5182 jest używany do produkcji wieczek do puszek po napojach.
Kod 6xxx obejmuje stopy, w których do stopu z aluminium dodano krzemu i magnezu. Stopy te są odlewane, spawalne i odporne na korozję. Najpopularniejszy stop z tej serii jest używany w architekturze, ramach rowerowych oraz przy produkcji iPhone'a 6..
Kod 7xxx oznacza stopy, w których cynk jest dodawany do aluminium. Stopy te, zwane również Ergal, są odporne na pękanie i charakteryzują się dużą twardością dzięki zastosowaniu stopów 7050 i 7075 do budowy samolotów..
Kontakt z proszkiem aluminiowym może powodować podrażnienie skóry i oczu. Długotrwała i duża ekspozycja na aluminium może powodować objawy grypopodobne, ból głowy, gorączkę i dreszcze; Ponadto może wystąpić ból i ucisk w klatce piersiowej.
Narażenie na drobny pył aluminiowy może powodować blizny w płucach (zwłóknienie płuc) z objawami kaszlu i duszności. OSHA ustalił limit 5 mg / m3 do ekspozycji na pył aluminiowy w ciągu 8 godzin dziennie.
Biologiczną wartość tolerancji dla zawodowego narażenia na glin określono na 50 µg / g kreatyniny w moczu. Osłabienie wyników testów neuropsychologicznych następuje, gdy stężenie glinu w moczu przekracza 100 µg / g kreatyniny.
Glin jest stosowany jako chlorowodorek glinu w dezodorantach przeciwpotowych, ponieważ jest powiązany z rozwojem raka piersi. Jednak zależność ta nie została jednoznacznie ustalona między innymi dlatego, że wchłanianie przez skórę chlorowodorku glinu wynosi tylko 0,01%..
Glin jest neurotoksyczny i jest powiązany z chorobami neurologicznymi, w tym chorobą Alzheimera, u osób narażonych na działanie czynników zawodowych..
Mózg pacjentów z chorobą Alzheimera ma wysokie stężenie glinu; ale nie wiadomo, czy jest przyczyną choroby, czy jej następstwem.
U pacjentów dializowanych stwierdzono działanie neurotoksyczne. W tej procedurze jako środek wiążący fosforan stosowano sole glinu, które wytwarzały wysokie stężenia glinu we krwi (> 100 µg / l osocza)..
Dotknięci pacjenci wykazywali dezorientację, problemy z pamięcią, aw zaawansowanych stadiach demencję. Neurotoksyczność aluminium jest wyjaśniona, ponieważ jest on trudny do wyeliminowania przez mózg i wpływa na jego funkcjonowanie.
Aluminium jest obecne w wielu produktach spożywczych, zwłaszcza w herbacie, przyprawach i ogólnie w warzywach. Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA) ustalił limit tolerancji dla spożycia glinu w żywności w wysokości 1 mg / kg masy ciała dziennie..
W 2008 r. EFSA oszacował, że dzienne spożycie glinu w żywności mieściło się w przedziale od 3 do 10 mg dziennie, dlatego stwierdza się, że nie stanowi ono zagrożenia dla zdrowia; a także używanie aluminiowych przyborów do gotowania potraw.
Aluminium jest dobrym przewodnikiem elektrycznym, dlatego jest stosowane w stopach w liniach przesyłowych, silnikach, generatorach, transformatorach i kondensatorach..
Aluminium jest wykorzystywane do produkcji ram drzwiowych i okiennych, ścianek działowych, ogrodzeń, powłok, termoizolatorów, stropów itp..
Aluminium jest wykorzystywane do produkcji części do samochodów, samolotów, ciężarówek, rowerów, motocykli, łodzi, statków kosmicznych, wagonów kolejowych itp..
Z aluminium można wytwarzać puszki po napojach, beczki po piwie, tace itp..
Z aluminium wykonuje się przybory kuchenne: garnki, patelnie, patelnie i papier do pakowania; oprócz mebli, lamp itp..
Aluminium skutecznie odbija energię promieniowania; od światła ultrafioletowego do promieniowania podczerwonego. Siła odblaskowa aluminium w świetle widzialnym wynosi około 80%, co pozwala na wykorzystanie go jako abażuru..
Dodatkowo aluminium zachowuje swoje srebrne właściwości odblaskowe nawet w postaci drobnego proszku, dzięki czemu można je stosować do produkcji farb srebrnych..
Służy do produkcji metalicznego aluminium, izolatorów i świec zapłonowych. Po podgrzaniu tlenek glinu tworzy porowatą strukturę, która pochłania wodę, służy do osuszania gazów i służy jako siedlisko dla działania katalizatorów w różnych reakcjach chemicznych..
Jest stosowany w papiernictwie i jako szpachlówka powierzchniowa. Siarczan glinu służy do tworzenia ałunu glinowo-potasowego [KAl (SO4)dwa12HdwaLUB]. Jest to najczęściej używany ałun z licznymi zastosowaniami; takich jak produkcja leków, farb i zapraw do barwienia tkanin.
Jest to najczęściej używany katalizator w reakcjach Friedela-Craftsa. Są to syntetyczne reakcje organiczne wykorzystywane do otrzymywania aromatycznych ketonów i antrachinonu. Uwodniony chlorek glinu jest stosowany jako miejscowy antyperspirant i dezodorant.
Służy do impregnacji tkanin i produkcji glinianów.
Jeszcze bez komentarzy