aluminiu Este un element metalic care aparține grupului 13 (III A) al tabelului periodic și care este reprezentat de simbolul Al. Este un metal ușor cu o densitate și o duritate reduse. Datorită proprietăților sale amfotere, a fost clasificat de unii oameni de știință ca fiind un metaloid.
Este un metal ductil și foarte maleabil, motiv pentru care este folosit la fabricarea de sârmă, foi subțiri de aluminiu, precum și orice tip de obiect sau figură; de exemplu, celebrele conserve cu aliajele lor sau folia de aluminiu cu care sunt învelite mâncarea sau deserturile.
Alumul (un sulfat de potasiu-aluminiu hidratat) a fost folosit de om din cele mai vechi timpuri în medicină, tăbăcirea pielii și ca mordant pentru colorarea țesăturilor. Astfel, mineralele sale au fost cunoscute pentru totdeauna.
Cu toate acestea, aluminiul ca metal a fost izolat foarte târziu, în 1825, de Øersted, ceea ce a dus la o activitate științifică care a permis utilizarea sa industrială. La acea vreme, aluminiul era metalul cu cea mai mare producție din lume, după fier..
Aluminiul se găsește în principal în partea superioară a scoarței terestre, constituind 8% din greutate. Acesta corespunde celui de-al treilea cel mai abundent element al său, fiind depășit de oxigen și siliciu în mineralele sale de siliciu și silicat..
Bauxita este o asociație de minerale, printre care se numără: alumină (oxid de aluminiu) și oxizi metalici de fier, titan și siliciu. Reprezintă principala resursă naturală pentru extracția aluminiului.
Indice articol
În Mesopotamia, 5000 de ani î.Hr. C., Au fabricat deja ceramică folosind argile care conțineau compuși de aluminiu. Între timp, acum 4000 de ani, babilonienii și egiptenii foloseau aluminiu în unii compuși chimici.
Primul document scris legat de alum a fost realizat de Herodot, un istoric grec, în secolul al V-lea î.Hr. C. Alum [KAl (SO4)Două12HDouăO] a fost folosit ca mordant în colorarea țesăturilor și pentru a proteja lemnul, cu care au fost proiectate ușile cetăților, de incendii.
În același mod, Pliniu „Bătrânul” din secolul I se referă la alumen, astăzi cunoscut sub numele de alum, ca substanță utilizată în medicină și mordantă.
Începând cu secolul al XVI-lea, alumul a fost folosit la tăbăcirea piei și ca dimensiune a hârtiei. Aceasta a fost o substanță gelatinoasă care a dat consistenței hârtiei și a permis utilizarea acesteia în scris..
În 1767, chimistul elvețian Torbern Bergman a realizat sinteza alumului. Pentru a face acest lucru, el a încălzit luna [KAl3(SW4)Două(OH)6] cu acid sulfuric, apoi s-a adăugat potasiu la soluție.
În 1782, chimistul francez Antoine Lavoisier a observat că alumina (AlDouăSAU3) a fost un oxid al unui element. Aceasta are o asemenea afinitate pentru oxigen, încât separarea sa a fost dificilă. Prin urmare, Lavoisier a prezis până atunci existența aluminiului.
Mai târziu, în 1807, chimistul englez Sir Humphry Davy a supus alumina la electroliză. Cu toate acestea, metoda pe care a folosit-o a generat un aliaj de aluminiu cu potasiu și sodiu, astfel încât nu a putut izola metalul.
Davy a comentat că alumina avea o bază metalică, pe care a numit-o inițial drept „alumium”, pe baza cuvântului latin „alumen”, denumirea folosită pentru alum. Mai târziu, Davy a schimbat numele în „aluminiu”, numele actual în limba engleză..
În 1821, chimistul german Eilhard Mitscherlich a reușit să descopere formula corectă pentru alumină: AlDouăSAU3.
În același an, geologul francez Pierre Berthier a descoperit un mineral de aluminiu într-un zăcământ de rocă de argilă roșiatică din Franța, în regiunea Les Baux. Berthier a desemnat mineralul ca bauxită. Acest mineral este în prezent principala sursă de aluminiu.
În 1825, chimistul danez Hans Christian Øersted a produs o bară de metal dintr-un presupus aluminiu. El a descris-o ca „o bucată de metal care, în culori și strălucire, seamănă puțin cu tablă”. Øersted a reușit să realizeze acest lucru prin reducerea clorurii de aluminiu, AlCl3, cu un amalgam de potasiu.
S-a crezut, totuși, că cercetătorul nu a obținut aluminiu pur, ci un aliaj de aluminiu și potasiu..
În 1827, chimistul german Friedrich Wöehler a reușit să producă aproximativ 30 de grame dintr-un material din aluminiu. Apoi, după 18 ani de muncă de investigație, Wöehler a realizat în 1845 producția de globule de dimensiunea unui cap de știft, cu un luciu metalic și o culoare cenușie..
Wöehler a descris chiar unele proprietăți ale metalului, cum ar fi culoarea, greutatea specifică, ductilitatea și stabilitatea..
În 1855, chimistul francez Henri Sainte-Claire Deville a îmbunătățit metoda lui Wöehler. Pentru aceasta a folosit reducerea clorurii de aluminiu sau a clorurii de sodiu aluminiu cu sodiu metalic, folosind criolit (Na3AlF6) ca flux.
Acest lucru a permis producția industrială de aluminiu în Rouen, Franța, iar între 1855 și 1890 s-a realizat producția de 200 de tone de aluminiu..
În 1886, inginerul francez Paul Héroult și studentul american Charles Hall au creat în mod independent o metodă pentru producția de aluminiu. Metoda constă în reducerea electrolitică a oxidului de aluminiu din criolitul topit, folosind un curent continuu.
Metoda a fost eficientă, dar a avut problema necesității sale ridicate de energie electrică, ceea ce a scumpit producția. Héroult a rezolvat această problemă stabilindu-și industria la Neuhausen (Elveția), profitând astfel de cascadele Rinului ca generatoare de energie electrică.
Hall s-a stabilit inițial la Pittsburg (SUA), dar mai târziu și-a mutat industria lângă Cascada Niagara.
În cele din urmă, în 1889, Karl Joseph Bayer a creat o metodă de producere a aluminei. Aceasta constă în încălzirea bauxitei într-un recipient închis cu o soluție alcalină. În timpul procesului de încălzire, fracția de alumină este recuperată în soluția salină..
Solid gri-argintiu cu luciu metalic (imaginea de sus). Este un metal moale, dar se întărește cu cantități mici de siliciu și fier. În plus, se caracterizează prin faptul că este foarte ductil și maleabil, deoarece se pot realiza foi de aluminiu cu o grosime de până la 4 microni.
26.981 u
13
660,32 ºC
2.470 ºC
Temperatura ambientală: 2,70 g / mL
Punct de topire (lichid): 2,375 g / ml
Densitatea sa este considerabil scăzută în comparație cu cea a altor metale. Din acest motiv, aluminiul este destul de ușor.
10,71 kJ / mol
284 kJ / mol
24,20 J / (mol K)
1.61 pe scara Pauling
-Mai întâi: 577,5 kJ / mol
-În al doilea rând: 1.816,7 kJ / mol
-În al treilea rând: 2.744,8 kJ / mol
23,1 µm / (m K) la 25 ° C
237 W / (m K)
Aluminiul are o conductanță termică de trei ori mai mare decât cea a oțelului.
26,5 nΩ · m la 20 ºC
Conductanța sa electrică este de 2/3 din cea a cuprului.
Paramagnetic
2,75 pe scara Mohs
Aluminiu este rezistent la coroziune, deoarece atunci când stratul subțire de oxid de Al este expus la aerDouăSAU3 care se formează pe suprafața sa împiedică oxidarea să continue în interiorul metalului.
În soluțiile acide reacționează cu apa pentru a forma hidrogen; în timp ce în soluții alcaline formează ionul aluminat (AlODouă-).
Acizii diluați nu îl pot dizolva, dar pot face acest lucru în prezența acidului clorhidric concentrat. Cu toate acestea, aluminiul este rezistent la acidul azotic concentrat, deși este atacat de hidroxizi pentru a produce hidrogen și ionul aluminat..
Pulberea de aluminiu este incinerată în prezența oxigenului și a dioxidului de carbon pentru a forma oxid de aluminiu și carbură de aluminiu. Poate fi corodat de clorura prezentă într-o soluție de clorură de sodiu. Din acest motiv, nu se recomandă utilizarea aluminiului în țevi..
Aluminiul este oxidat de apă la temperaturi sub 280 ° C.
2 Al (s) + 6 HDouăO (g) => 2Al (OH)3(s) + 3HDouă(g) + căldură
Aluminiul fiind un element metalic (cu unii coloranți metaloizi), atomii săi de Al interacționează între ei datorită legăturii metalice. Această forță nedirecțională este guvernată de electronii de valență, care sunt împrăștiați în cristal în toate dimensiunile sale..
Acești electroni de valență sunt următorii, conform configurației electronice a aluminiului:
[Ne] 3sDouă 3p1
Prin urmare, aluminiul este un metal trivalent, deoarece are trei electroni de valență; două în orbitalul 3s și una în 3p. Acești orbitali se suprapun pentru a forma orbitali moleculari 3s și 3p, atât de apropiați încât ajung să formeze benzi de conducere..
Banda s este plină, în timp ce banda p are mult loc liber pentru mai mulți electroni. De aceea, aluminiul este un bun conductor de electricitate..
Legătura metalică a aluminiului, raza atomilor săi și caracteristicile sale electronice definesc un cristal fcc (cub centrat pe față). Un astfel de cristal fcc este aparent singurul alotrop cunoscut de aluminiu, deci va rezista cu siguranță presiunilor ridicate care îl operează..
Configurația electronică a aluminiului indică imediat faptul că este capabil să piardă până la trei electroni; adică are o mare tendință de a forma cationul Al3+. Când se presupune existența acestui cation într-un compus derivat din aluminiu, se spune că are un număr de oxidare de +3; după cum se știe, acesta este cel mai frecvent pentru aluminiu.
Cu toate acestea, există alte numere de oxidare posibile, dar rare pentru acest metal; precum: -2 (AlDouă-), -1 (Al-), +1 (Al+) și +2 (AlDouă+).
În AlDouăSAU3, De exemplu, aluminiul are un număr de oxidare de +3 (AlDouă3+SAU3Două-); în timp ce în AlI și AlO, +1 (Al+F-) și +2 (AlDouă+SAUDouă-), respectiv. Cu toate acestea, în condiții sau situații normale Al (III) sau +3 este de departe cel mai abundent număr de oxidare; întrucât Al3+ este izoelectronic la gazul nobil neon.
De aceea, în manualele școlare se presupune întotdeauna, și cu un motiv întemeiat, că aluminiul are +3 ca singur număr sau stare de oxidare.
Aluminiul este concentrat în marginea exterioară a scoarței terestre, fiind al treilea element al acestuia, depășit doar de oxigen și siliciu. Aluminiul reprezintă 8% din greutatea scoarței terestre.
Se găsește în roci magmatice, în principal: aluminosilicați, feldspati, feldspatoizi și micas. De asemenea, în argile roșiatice, cum este cazul bauxitei.
Bauxitele sunt un amestec mineral care conține alumină hidratată și impurități; cum ar fi oxizii de fier și titan și silice, cu următoarele procente în greutate:
-PentruDouăSAU3 35-60%
-CredinţăDouăSAU3 10-30%
-daDouă 4-10%
-UnchiuleDouă 2-5%
-HDouăSau de constituție 12-30%.
Alumina se găsește în bauxită sub formă hidratată cu două variante:
-monohidrați (AlDouăSAU3HDouăO), care prezintă două forme cristalografice, boemitul și diasporul
-Trihidrați (AlDouăSAU33HDouăO), reprezentat de gibbsite.
Bauxita este principala sursă de aluminiu și furnizează cea mai mare parte din aluminiu obținut prin extracție..
În principal bauxitele formate din 40-50% din AlDouăSAU3, 20% FeDouăSAU3 și 3-10% SiODouă.
Alunite.
Roci aluminioase care au minerale precum sienite, nefelină și anortite (20% din AlDouăSAU3).
Silicați de aluminiu (andaluzit, silimanit și kianit).
Zăcăminte de caolin și diferite argile (32% AlDouăSAU3).
Bauxita este exploatată în carieră. Odată ce rocile sau argilele care o conțin sunt colectate, acestea sunt zdrobite și măcinate în mori cu bile și bare, până la obținerea particulelor de 2 mm în diametru. În aceste procese, materialul tratat rămâne umezit.
La obținerea aluminei, se urmărește procesul creat de Bayer în 1989. Bauxita măcinată este digerată prin adăugarea de hidroxid de sodiu, formând aluminatul de sodiu care este solubilizat; în timp ce poluanții oxizi de fier, titan și siliciu rămân în suspensie.
Contaminanții se decantează și trihidratul de alumină este precipitat din aluminatul de sodiu prin răcire și diluare. Ulterior, alumina trihidratată este uscată pentru a produce alumină anhidră și apă..
Pentru a obține aluminiu, alumina este supusă electrolizei, de obicei urmând metoda creată de Hall-Héroult (1886). Procesul constă în reducerea aluminei topite în criolit.
Oxigenul se leagă de anodul de carbon și este eliberat ca dioxid de carbon. Între timp, aluminiul eliberat este depus în partea de jos a celulei electrolitice unde se acumulează.
Aliajele de aluminiu sunt de obicei identificate prin patru numere.
Codul 1xxx corespunde aluminiului cu 99% puritate.
Codul 2xxx corespunde aliajului de aluminiu cu cupru. Sunt aliaje puternice care au fost utilizate în vehiculele aerospațiale, dar s-au fisurat din cauza coroziunii. Aceste aliaje sunt cunoscute sub numele de duralumină.
Codul 3xxx acoperă aliajele în care se adaugă mangan și o cantitate mică de magneziu la aluminiu. Sunt aliaje foarte rezistente la uzură, fiind utilizat aliajul 3003 în elaborarea ustensilelor de bucătărie, iar cel al 3004 în cutii de băuturi..
Codul 4xxx reprezintă aliaje în care se adaugă siliciu la aluminiu, ceea ce scade punctul de topire al metalului. Acest aliaj este utilizat la fabricarea firelor de sudură. Aliajul 4043 este utilizat la sudarea automobilelor și a elementelor structurale.
Codul 5xxx acoperă aliajele în care magneziul este adăugat în principal la aluminiu..
Sunt aliaje puternice rezistente la coroziunea apei de mare, utilizate la fabricarea recipientelor sub presiune și la diverse aplicații marine. Aliajul 5182 este folosit pentru a face capace pentru cutii de sodiu.
Codul 6xxx acoperă aliajele în care se adaugă siliciu și magneziu aliajului cu aluminiu. Aceste aliaje sunt turnabile, sudabile și rezistente la coroziune. Cel mai obișnuit aliaj din această serie este utilizat în arhitectură, cadre pentru biciclete și în fabricarea iPhone 6..
Codul 7xxx desemnează aliaje în care se adaugă zinc la aluminiu. Aceste aliaje, numite și Ergal, sunt rezistente la rupere și au o duritate mare, folosind aliajele 7050 și 7075 în construcția aeronavelor..
Contactul cu pudra de aluminiu poate provoca iritarea pielii și a ochilor. Expunerea prelungită și ridicată la aluminiu poate provoca simptome asemănătoare gripei, dureri de cap, febră și frisoane; În plus, pot apărea dureri în piept și strângere.
Expunerea la praf fin de aluminiu poate provoca cicatrici pulmonare (fibroză pulmonară), cu simptome de tuse și dificultăți de respirație. OSHA a stabilit o limită de 5 mg / m3 pentru expunerea la praf de aluminiu într-o zi de 8 ore pe zi.
Valoarea toleranței biologice pentru expunerea profesională la aluminiu a fost stabilită la 50 µg / g de creatinină în urină. O performanță scăzută în testele neuropsihologice apare atunci când concentrația de aluminiu în urină depășește 100 µg / g de creatinină.
Aluminiul este utilizat ca clorhidrat de aluminiu în deodorantele antiperspirante, fiind legat de dezvoltarea cancerului de sân. Cu toate acestea, această relație nu a fost stabilită în mod clar, printre altele, deoarece absorbția pe piele a clorhidratului de aluminiu este de numai 0,01%..
Aluminiul este neurotoxic și a fost legat de boli neurologice, inclusiv boala Alzheimer, la persoanele cu expunere profesională..
Creierul pacienților cu Alzheimer are o concentrație mare de aluminiu; dar nu se știe dacă este cauza bolii sau o consecință a acesteia.
Prezența efectelor neurotoxice a fost determinată la pacienții cu dializă. În această procedură, sărurile de aluminiu au fost utilizate ca liant de fosfat, care a produs concentrații mari de aluminiu în sânge (> 100 µg / L plasmă)..
Pacienții afectați au prezentat dezorientare, probleme de memorie și în stadii avansate, demență. Neurotoxicitatea aluminiului este explicată deoarece este dificil de eliminat de către creier și afectează funcționarea acestuia.
Aluminiul este prezent în multe alimente, în special ceaiul, condimentele și, în general, legumele. Autoritatea Europeană pentru Siguranța Alimentară (EFSA) a stabilit o limită de toleranță pentru aportul de aluminiu în alimente de 1 mg / kg de greutate corporală zilnic.
În 2008, EFSA a estimat că aportul zilnic de aluminiu în alimente a variat între 3 și 10 mg pe zi, motiv pentru care se concluzionează că nu reprezintă un risc pentru sănătate; precum și utilizarea ustensilelor din aluminiu pentru a găti mâncarea.
Aluminiul este un bun conductor electric, motiv pentru care este utilizat în aliaje în liniile electrice de transmisie, motoare, generatoare, transformatoare și condensatoare..
Aluminiul este utilizat la fabricarea ramelor de uși și ferestre, pereți despărțitori, garduri, acoperiri, izolatori termici, tavane etc..
Aluminiul este utilizat la fabricarea pieselor pentru automobile, avioane, camioane, biciclete, motociclete, bărci, nave spațiale, vagoane de cale ferată etc..
Aluminiu poate fi folosit pentru a face cutii de băuturi, butoaie de bere, tăvi etc..
Aluminiul este folosit la fabricarea ustensilelor de bucătărie: oale, tigăi, tigăi și hârtie de ambalat; pe lângă mobilier, lămpi etc..
Aluminiul reflectă eficient energia radiantă; de la lumina ultravioletă la radiația infraroșie. Puterea reflectorizantă a aluminiului în lumina vizibilă este de aproximativ 80%, ceea ce permite utilizarea acestuia ca abajur..
În plus, aluminiul își păstrează caracteristica reflectantă a argintului chiar și sub formă de pulbere fină, astfel încât poate fi utilizat la producerea vopselelor de argint..
Se folosește la fabricarea aluminiului metalic, a izolatoarelor și a bujiilor. Când alumina este încălzită, aceasta dezvoltă o structură poroasă care absoarbe apa, fiind utilizată pentru a usca gazele și servește drept scaun pentru acțiunea catalizatorilor în diferite reacții chimice..
Este utilizat în fabricarea hârtiei și ca umplutură de suprafață. Sulfatul de aluminiu servește la formarea aluminiului de potasiu-aluminiu [KAl (SO4)Două12HDouăSAU]. Acesta este cel mai utilizat alum cu numeroase aplicații; cum ar fi fabricarea de medicamente, vopsele și mordant pentru vopsirea țesăturilor.
Este cel mai utilizat catalizator în reacțiile Friedel-Crafts. Acestea sunt reacții organice sintetice utilizate la prepararea cetonelor aromatice și a antrachinonelor. Clorura de aluminiu hidratată este utilizată ca antiperspirant și deodorant local.
Se folosește pentru impermeabilizarea țesăturilor și producerea aluminatilor.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.