Det aluminium Det er et metalelement, der hører til gruppe 13 (III A) i det periodiske system, og som er repræsenteret af symbolet Al. Det er et let metal med lav densitet og hårdhed. På grund af dets amfotere egenskaber er det af nogle forskere blevet klassificeret som en metalloid.
Det er et duktilt og meget formbart metal, hvorfor det bruges til at fremstille tråd, tynde aluminiumsplader samt enhver form for genstand eller figur; for eksempel de berømte dåser med deres legeringer eller aluminiumsfolien, som mad eller desserter er pakket med.
Alun (et hydratiseret kaliumaluminiumsulfat) har været brugt af mennesker siden oldtiden i medicin, lædergarvning og som et middel til farvning af stoffer. Således har dets mineraler været kendt for evigt.
Imidlertid blev aluminium som metal isoleret meget sent i 1825 af Øersted, hvilket førte til en videnskabelig aktivitet, der tillod dets industrielle brug. På det tidspunkt var aluminium det metal, der havde den højeste produktion i verden efter jern..
Aluminium findes hovedsageligt i den øverste del af jordskorpen og udgør 8 vægtprocent af den. Det svarer til dets tredje mest forekommende element, der bliver overgået af ilt og silicium i dets silica- og silikatmineraler..
Bauxit er en sammenslutning af mineraler, blandt hvilke er: aluminiumoxid (aluminiumoxid) og metaloxider af jern, titanium og silicium. Repræsenterer den vigtigste naturlige ressource til aluminiumsminedrift.
Artikelindeks
I Mesopotamien, 5000 år f.Kr. C., De lavede allerede keramik ved hjælp af ler, der indeholdt aluminiumforbindelser. I mellemtiden for 4000 år siden brugte babylonierne og egypterne aluminium i nogle kemiske forbindelser.
Det første skriftlige dokument relateret til alun blev lavet af Herodot, en græsk historiker, i det 5. århundrede f.Kr. C. Alum [KAl (SO4)to12HtoO] blev brugt som en mordant i farvning af stoffer og til at beskytte træet, som dørene til fæstningerne blev designet med, mod brande.
På samme måde henviser Plinius "den ældre" i det 1. århundrede til alen, i dag kendt som alun, som et stof, der anvendes i medicin og mordant.
Fra det 16. århundrede blev alun brugt til garvning af skind og som papirstørrelse. Dette var et gelatinøst stof, der gav papirets konsistens og tillod dets anvendelse skriftligt..
I 1767 opnåede den schweiziske kemiker Torbern Bergman syntesen af alun. For at gøre dette opvarmede han månen [KAl3(SW4)to(OH)6] med svovlsyre og derefter tilsat kaliumchlorid til opløsningen.
I 1782 bemærkede den franske kemiker Antoine Lavoisier, at aluminiumoxid (AltoELLER3) var en oxid af et eller andet element. Dette har en sådan affinitet for ilt, at dets adskillelse var vanskelig. Derfor forudsagde Lavoisier dengang eksistensen af aluminium.
Senere, i 1807, udsatte den engelske kemiker Sir Humphry Davy aluminiumoxid for elektrolyse. Imidlertid genererede metoden en legering af aluminium med kalium og natrium, så han kunne ikke isolere metallet.
Davy kommenterede, at aluminiumoxid havde en metallisk base, som han oprindeligt udpegede som 'alumium', baseret på det latinske ord 'alumen', navnet på alun. Senere ændrede Davy navnet til "aluminium", det nuværende navn på engelsk..
I 1821 formåede den tyske kemiker Eilhard Mitscherlich at finde den korrekte formel for aluminiumoxid: AltoELLER3.
Samme år opdagede den franske geolog Pierre Berthier et aluminiummineral i en rødlig lerstenaflejring i Frankrig i Les Baux-regionen. Berthier udpegede mineralet som bauxit. Dette mineral er i øjeblikket den vigtigste kilde til aluminium.
I 1825 producerede den danske kemiker Hans Christian Øersted en metalstang af en formodet aluminium. Han beskrev det som "et stykke metal, der i farve og glans ligner lidt tin." Øersted var i stand til at opnå dette ved at reducere aluminiumchlorid, AlCl3, med en kaliumamalgam.
Man troede dog, at forskeren ikke opnåede ren aluminium, men en legering af aluminium og kalium..
I 1827 formåede den tyske kemiker Friedrich Wöehler at producere ca. 30 gram aluminiumsmateriale. Derefter, efter 18 års efterforskningsarbejde, opnåede Wöehler i 1845 produktionen af kugler på størrelse med et stifthoved med en metallisk glans og grålig farve..
Wöehler beskrev endda nogle af metalets egenskaber, såsom farve, tyngdekraft, duktilitet og stabilitet..
I 1855 forbedrede den franske kemiker Henri Sainte-Claire Deville Wöehlers metode. Til dette brugte han reduktionen af aluminiumchlorid eller natriumaluminiumchlorid med metallisk natrium ved hjælp af kryolit (Na3AlF6) som flow.
Dette tillod den industrielle produktion af aluminium i Rouen, Frankrig, og mellem 1855 og 1890 blev produktionen af 200 tons aluminium opnået..
I 1886 skabte den franske ingeniør Paul Héroult og den amerikanske studerende Charles Hall uafhængigt en metode til produktion af aluminium. Metoden består i den elektrolytiske reduktion af aluminiumoxid i smeltet kryolit ved hjælp af en jævnstrøm.
Metoden var effektiv, men den havde problemet med dens høje elbehov, hvilket gjorde produktionen dyrere. Héroult løste dette problem ved at etablere sin industri i Neuhausen (Schweiz) og udnyttede således Rhinen-vandfaldene som el-generatorer.
Hall bosatte sig oprindeligt i Pittsburg (USA), men flyttede senere sin branche nær Niagara Falls.
Endelig oprettede Karl Joseph Bayer i 1889 en metode til produktion af aluminiumoxid. Dette består i opvarmning af bauxit i en lukket beholder med en alkalisk opløsning. Under opvarmningsprocessen udvindes aluminiumoxidfraktionen i saltopløsningen..
Sølvgrå fast stof med metallisk glans (øverste billede). Det er et blødt metal, men hærder med små mængder silicium og jern. Derudover er den kendetegnet ved at være meget duktil og formbar, da aluminiumplader med en tykkelse på op til 4 mikron kan fremstilles.
26.981 u
13
660,32 ºC
2.470 ºC
Omgivelsestemperatur: 2,70 g / ml
Smeltepunkt (væske): 2.375 g / ml
Dens densitet er betydeligt lav sammenlignet med andre metaller. Af den grund er aluminium ret let.
10,71 kJ / mol
284 kJ / mol
24,20 J / (mol K)
1,61 på Pauling-skalaen
-Først: 577,5 kJ / mol
-Andet: 1.816,7 kJ / mol
-Tredje: 2.744,8 kJ / mol
23,1 µm / (m K) ved 25 ºC
237 W / (m K)
Aluminium har en varmeledningsevne tre gange så høj som stål.
26,5 nΩ · m ved 20 ºC
Dens elektriske ledning er 2/3 af kobber.
Paramagnetisk
2,75 på Mohs-skalaen
Aluminium er modstandsdygtig over for korrosion, fordi når det tynde lag af Aloxid udsættes for lufttoELLER3 der dannes på overfladen, forhindrer oxidation i at fortsætte inde i metallet.
I syreopløsninger reagerer det med vand til dannelse af brint; mens det i alkaliske opløsninger danner aluminationen (AlOto-).
Fortyndede syrer kan ikke opløse det, men de kan i nærværelse af koncentreret saltsyre. Imidlertid er aluminium modstandsdygtig over for koncentreret salpetersyre, skønt det angribes af hydroxider for at producere brint og aluminationen..
Pulveriseret aluminium forbrændes i nærvær af ilt og kuldioxid til dannelse af aluminiumoxid og aluminiumcarbid. Det kan korroderes af det chlorid, der er til stede i en natriumchloridopløsning. Af denne grund anbefales det ikke at bruge aluminium i rør..
Aluminium oxideres af vand ved temperaturer under 280 ºC.
2 Al (s) + 6 HtoO (g) => 2Al (OH)3(s) + 3Hto(g) + varme
Aluminium er et metalelement (med metalloidfarvestoffer for nogle), og dets Al-atomer interagerer med hinanden takket være den metalliske binding. Denne ikke-retningsbestemte kraft styres af dens valenselektroner, som er spredt gennem krystallen i alle dens dimensioner..
Disse valenselektroner er følgende ifølge den elektroniske konfiguration af aluminium:
[Ne] 3sto 3p1
Derfor er aluminium et trivalent metal, da det har tre valenselektroner; to i 3'ers orbital og en i 3p. Disse orbitaler overlapper hinanden for at danne 3s og 3p molekylære orbitaler, så tæt sammen, at de ender med at danne ledningsbånd..
S-båndet er fuldt, mens p-båndet har meget ledig plads til flere elektroner. Derfor er aluminium en god leder af elektricitet..
Den metalliske binding af aluminium, radien af dets atomer og dens elektroniske egenskaber definerer en fcc (ansigt centreret kubisk) krystal. En sådan fcc-krystal er tilsyneladende den eneste kendte allotrop af aluminium, så den vil helt sikkert modstå de høje tryk, der fungerer på den..
Den elektroniske konfiguration af aluminium indikerer straks, at den er i stand til at miste op til tre elektroner; det vil sige, det har en høj tendens til at danne Al-kationen3+. Når eksistensen af denne kation antages i en forbindelse afledt af aluminium, siges det at den har et oxidationsnummer på +3; som det er kendt, er dette den mest almindelige for aluminium.
Der er imidlertid andre mulige men sjældne oxidationsnumre for dette metal; såsom: -2 (Alto-), -1 (Al-), +1 (Al+) og +2 (Alto+).
I AltoELLER3, For eksempel har aluminium et oxidationsnummer på +3 (Alto3+ELLER3to-); mens i AlI og AlO, +1 (Al+F-) og +2 (Alto+ELLERto-), henholdsvis. Imidlertid er Al (III) eller +3 under normale forhold eller situationer det langt mest rigelige oxidationsnummer; siden Al3+ er isoelektronisk til neon ædelgas.
Derfor antages det i skolebøger altid og med god grund, at aluminium har +3 som det eneste tal eller oxidationstilstand.
Aluminium er koncentreret i den ydre kant af jordskorpen, da det er dets tredje element, kun overgået af ilt og silicium. Aluminium repræsenterer 8 vægtprocent af jordskorpen.
Det findes i vulkanske klipper, hovedsageligt: aluminosilicater, feldspars, feldspathoids og micas. Også i rødlige ler, som det er tilfældet med bauxit.
Bauxitter er en mineralblanding, der indeholder hydreret aluminiumoxid og urenheder; såsom jern og titaniumoxider og silica med følgende vægtprocentdele:
-TiltoELLER3 35-60%
-TrotoELLER3 10-30%
-Jato 4-10%
-Onkelto 2-5%
-HtoEller af forfatning 12-30%.
Alumina findes i bauxit i hydreret form med to varianter:
-monohydrater (AltoELLER3HtoO), der præsenterer to krystallografiske former, boemit og diaspore
-Trihydrater (AltoELLER33HtoO), repræsenteret af gibbsite.
Bauxit er den vigtigste kilde til aluminium og leverer det meste af aluminiumet opnået ved minedrift..
Hovedsageligt bauxitterne dannet af 40-50% af AltoELLER3, 20% FetoELLER3 og 3-10% SiOto.
Alunite.
Aluminøse klipper, der har mineraler såsom syenitter, nefelin og anorthitter (20% af AltoELLER3).
Aluminiumsilikater (Andalusit, sillimanit og kyanit).
Kaolinaflejringer og forskellige ler (32% AltoELLER3).
Bauxit udvindes i åben brønd. Når sten eller ler, der indeholder den, er samlet, knuses de og formales i kugle- og stangmøller, indtil de får partikler med en diameter på 2 mm. I disse processer forbliver det behandlede materiale fugtigt.
Ved opnåelse af aluminiumoxidet følges den proces, der blev skabt af Bayer i 1989. Den formalede bauxit fordøjes ved tilsætning af natriumhydroxid og danner det natriumaluminat, der er solubiliseret; mens forurenende stoffer jern, titanium og siliciumoxider forbliver i suspension.
Forureningerne dekanteres, og aluminiumoxidtrihydratet udfældes fra natriumaluminatet ved afkøling og fortynding. Derefter tørres det trihydrerede aluminiumoxid til dannelse af vandfrit aluminiumoxid og vand..
For at opnå aluminium udsættes aluminiumoxid for elektrolyse, normalt efter metoden oprettet af Hall-Héroult (1886). Processen består i reduktion af smeltet aluminiumoxid til kryolit.
Oxygenet binder sig til kulstofanoden og frigives som kuldioxid. I mellemtiden deponeres det frigivne aluminium i bunden af den elektrolytiske celle, hvor det akkumuleres.
Aluminiumlegeringer identificeres normalt med fire tal.
Kode 1xxx svarer til aluminium med 99% renhed.
Kode 2xxx svarer til legeringen af aluminium med kobber. De er stærke legeringer, der blev brugt i luftfartøjer, men de revnede på grund af korrosion. Disse legeringer er kendt som duralumin.
3xxx-koden dækker legeringer, hvor mangan og en lille mængde magnesium tilsættes aluminium. De er meget slidstærke legeringer, der bruges 3003-legeringen til udarbejdelse af køkkenredskaber og 3004 i drikkevaredåser..
Koden 4xxx repræsenterer legeringer, hvor silicium tilsættes aluminium, hvilket sænker metalets smeltepunkt. Denne legering anvendes til fremstilling af svejsetråde. Alloy 4043 bruges til svejsning af biler og strukturelle elementer.
5xxx-koden dækker legeringer, hvor magnesium primært tilsættes aluminium..
De er stærke legeringer, der er modstandsdygtige over for korrosion fra havvand, der bruges til at fremstille trykbeholdere og forskellige marine applikationer. Alloy 5182 bruges til at fremstille sodavand.
6xxx-koden dækker legeringer, hvor silicium og magnesium tilsættes legeringen med aluminium. Disse legeringer er støbbare, svejsbare og korrosionsbestandige. Den mest almindelige legering i denne serie bruges i arkitektur, cykelrammer og i fremstillingen af iPhone 6..
7xxx-koden betegner legeringer, hvor zink tilsættes aluminium. Disse legeringer, også kaldet Ergal, er modstandsdygtige over for brud og har stor hårdhed ved hjælp af legeringer 7050 og 7075 i flykonstruktion..
Kontakt med aluminiumpulver kan forårsage hud- og øjenirritation. Langvarig og høj eksponering for aluminium kan forårsage influenzalignende symptomer, hovedpine, feber og kulderystelser; Derudover kan brystsmerter og tæthed forekomme.
Eksponering for fint aluminiumstøv kan forårsage lungeardannelse (lungefibrose) med symptomer på hoste og åndenød. OSHA etablerede en grænse på 5 mg / m3 til udsættelse for aluminiumsstøv på en dag på 8 timer om dagen.
Den biologiske toleranceværdi for erhvervsmæssig eksponering for aluminium er blevet fastlagt til 50 µg / g kreatinin i urinen. En faldende ydeevne i neuropsykologiske tests opstår, når koncentrationen af aluminium i urinen overstiger 100 µg / g kreatinin.
Aluminium bruges som aluminiumhydrochlorid i antiperspirantdeodoranter, der har været forbundet med udviklingen af brystkræft. Imidlertid er dette forhold ikke klart fastslået, blandt andet fordi hudabsorptionen af aluminiumhydrochlorid kun er 0,01%..
Aluminium er neurotoksisk og har været forbundet med neurologiske sygdomme, herunder Alzheimers sygdom, hos mennesker med erhvervsmæssig eksponering..
Hjernen hos Alzheimers patienter har en høj koncentration af aluminium; men det vides ikke, om det er årsagen til sygdommen eller en konsekvens af den.
Tilstedeværelsen af neurotoksiske effekter er blevet bestemt hos dialysepatienter. I denne procedure blev aluminiumsalte anvendt som phosphatbindemiddel, der producerede høje koncentrationer af aluminium i blodet (> 100 µg / L plasma)..
Berørte patienter præsenterede desorientering, hukommelsesproblemer og i avancerede stadier, demens. Neurotoksiciteten af aluminium forklares, fordi det er vanskeligt at fjerne ved hjernen og påvirker dens funktion.
Aluminium er til stede i mange fødevarer, især te, krydderier og generelt grøntsager. Den Europæiske Fødevaresikkerhedsautoritet (EFSA) fastsatte en tolerancegrænse for indtagelse af aluminium i fødevarer på 1 mg / kg kropsvægt dagligt.
I 2008 vurderede EFSA, at den daglige indtagelse af aluminium i fødevarer lå mellem 3 og 10 mg pr. Dag, hvorfor det konkluderes, at det ikke udgør en sundhedsrisiko. samt brugen af aluminiumsredskaber til madlavning.
Aluminium er en god elektrisk leder, hvorfor det bruges i legeringer i elektriske transmissionsledninger, motorer, generatorer, transformere og kondensatorer..
Aluminium anvendes til fremstilling af dør- og vinduesrammer, skillevægge, hegn, belægninger, varmeisolatorer, lofter osv..
Aluminium anvendes til fremstilling af dele til biler, fly, lastbiler, cykler, motorcykler, både, rumskibe, jernbanevogne osv..
Aluminium kan bruges til at fremstille drikkevaredåser, øltønder, bakker osv..
Aluminium bruges til at fremstille køkkenredskaber: gryder, pander, pander og indpakningspapir; ud over møbler, lamper osv..
Aluminium reflekterer effektivt strålingsenergi; fra ultraviolet lys til infrarød stråling. Aluminiums reflekterende styrke i synligt lys er omkring 80%, hvilket gør det muligt at bruge det som en lampeskærm..
Derudover bevarer aluminium sin sølvreflekterende egenskab, selv i form af et fint pulver, så det kan bruges til fremstilling af sølvfarver..
Det bruges til at fremstille metallisk aluminium, isolatorer og tændrør. Når aluminiumoxid opvarmes, udvikler det en porøs struktur, der absorberer vand og bruges til at udtørre gasser og tjene som sæde til katalysatorers virkning i forskellige kemiske reaktioner..
Det bruges til papirfremstilling og som overfladefyldstof. Aluminiumsulfat tjener til dannelse af kaliumaluminiumalun [KAl (SO4)to12HtoELLER]. Dette er den mest anvendte alun med mange anvendelser; såsom fremstilling af medicin, maling og mordant til farvning af stoffer.
Det er den mest anvendte katalysator i Friedel-Crafts-reaktioner. Disse er syntetiske organiske reaktioner, der anvendes til fremstilling af aromatiske ketoner og anthraquinon. Hydreret aluminiumchlorid anvendes som en topisk antiperspirant og deodorant.
Det bruges til vandtætte stoffer og produktion af aluminater.
Endnu ingen kommentarer