Aluminium geschiedenis, eigenschappen, structuur, verkrijgen, gebruik

Hij aluminium Het is een metaalelement dat behoort tot groep 13 (iii a) van de periodiek systeem en wordt door het symbool weergegeven aan de. Het is een licht metaal met lage dichtheid en hardheid. Na de amfoterische eigenschappen is het door sommige wetenschappers geclassificeerd als een metalloïde.

Het is een ductiel en zeer kneedbaar metaal, dus het wordt geserveerd voor de vervaardiging van draad, aluminium vellen van weinig dikte, naast elk type object of figuur; Bijvoorbeeld de beroemde blikjes met hun legeringen, of de aluminiumfolie waarmee voedsel of desserts zijn ingepakt.

Gerimpelde aluminiumfolie, een van de eenvoudigste en dagelijkse objecten gemaakt met dit metaal. Bron: Pexels.

De mens heeft aluminium (een aluminium en gehydrateerd kalium) gebruikt sinds de oudheid in de geneeskunde, lederen zonnescherm en als een bijtend voor weefselvlekken. Daarom zijn hun mineralen altijd bekend geweest.

Aluminium als metaal werd echter zeer laat geïsoleerd, in 1825, door Oøsted, wat leidde tot een wetenschappelijke activiteit die het industriële gebruik van hetzelfde mogelijk maakte. Op dat moment was aluminium het meest wereldwijde metaal, na ijzer.

Aluminium bevindt zich voornamelijk in het bovenste deel van de korst van de aarde, en vormt 8% door het gewicht van hetzelfde. Het komt overeen met het derde meest voorkomende element, dat wordt overwonnen door zuurstof en silicium in zijn silica en silicaten mineralen.

Bauxiet is een associatie van mineralen, waaronder: aluminiumoxide (aluminiumoxide) en metalen ijzeroxiden, titanium en silicium. Vertegenwoordigt de belangrijkste natuurlijke hulpbron voor exploitatie van aluminium mijnbouw.

[TOC]

Geschiedenis

Aluin

In Mesopotamië, 5000 jaar tot. C., Ze maakten al keramiek met klei met aluminiumverbindingen. Ondertussen gebruikten 4000, de Babyloniërs en de Egyptenaren aluminium in sommige chemische verbindingen.

Het eerste geschreven document met betrekking tot de alumin werd gemaakt door Herodotus, Grieks historicus, in de 5e eeuw. C. Het aluminium [kal (dus₄))₂· 12 uur₂Of] het werd gebruikt als een bijtend bij de kleuring van stoffen en om het hout te beschermen, waarmee de deuren van de sterke punten van de branden werden ontworpen.

Op dezelfde manier verwijst Plinio "El Viejo" in de 1e eeuw naar het alumen, tegenwoordig bekend als aluminium, als een stof die wordt gebruikt in de geneeskunde en Mordant.

Vanaf de zestiende eeuw werd het aluin gebruikt in de kleur. Dit was een gelatineuze substantie die de krant consistentie gaf en het gebruik ervan bij het schrijven toestond.

In 1767 bereikte de Zwitserse chemicus Torbern Bergman aluminiumsynthese. Om dit te doen, verwarmde hij de Lunita [kal₃(SW₄))₂(OH)₆] met zwavelzuur, en vervolgens toegevoegd aan de oplossing.

Erkenning in aluminiumoxide

In 1782 zei de Franse chemicus Antoine Lavoisier dat aluminiumoxide (tot₂OF₃) Het was een elementoxide. Dit heeft zo'n affiniteit voor zuurstof dat moeilijk te scheiden was. Daarom voorspelde Lavoisier tegen die tijd het bestaan ​​van aluminium.

Later, in 1807, onderworpen de Engelse chemicus Sir Humphry Davy aluminiumoxide aan elektrolyse. De methode die hij gebruikte genereerde echter een aluminiumlegering met kalium en natrium, zodat hij het metaal niet kon isoleren.

Davy merkte op dat alumina een metalen basis had, die aanvankelijk werd aangeduid als 'aluminium', gebaseerd op het Latijnse woord 'alumen', een naam die voor het aluminium is gebruikt. Vervolgens veranderde Davy de naam in "aluminium", de huidige naam in het Engels.

In 1821 slaagde de Duitse chemicus Eilhard Mitscherlich erin om de juiste formule van de aluminiumoxide te ontdekken:₂OF₃.

Isolatie

In datzelfde jaar ontdekte de Franse geoloog Pierre Berthier een aluminium mineraal in een rotsachtige roodachtige klei -afzetting in Frankrijk, in de regio Les Baux. Berthier aangewezen mineraal als een bauxiet. Dit mineraal is momenteel de belangrijkste bron van aluminium.

In 1825 produceerde de Deense chemicus Hans Christian Ersted een metalen balk van een vermeend aluminium. Hij beschreef het als "een stuk metaal dat in kleur en helderheid dat een beetje op tin lijkt". Ørsted zou het kunnen bereiken door aluminiumchloride te verminderen, alcl₃, Met een kalium amalgaam.

Er werd echter gedacht dat de onderzoeker geen puur aluminium verkregen, maar een aluminium en kaliumlegering.

In 1827 slaagde de Duitse chemicus Friedrich Wöehler erin om ongeveer 30 gram aluminium materiaal te produceren. Toen, na 18 jaar onderzoekswerk, bereikte Wöehler in 1845 de productie van bloedcellen ter grootte van een kopstuk, met een grijsachtige en grijsachtige glans.

Wöehler beschreef zelfs enkele eigenschappen van metaal, zoals kleur, soortelijk gewicht, ductiliteit en stabiliteit.

Industriële productie

In 1855 verbeterde de Franse chemicus Henri Sainte-Claire DeVille de Wayehler-methode. Om dit te doen, gebruikte hij de reductie van aluminiumchloride of natriumaluminiumchloride met metallisch natrium, met behulp van de Creool (NA₃Alf₆) als een stroom.

Dit maakte de industriële productie van aluminium in Rouen, Frankrijk en tussen 1855 en 1890 mogelijk, de productie van 200 ton aluminium werd bereikt.

Kan u van dienst zijn: shortasol -papier

In 1886 creëerden de Franse ingenieur Paul Herult en de Amerikaanse student Charles Hall onafhankelijk een methode voor aluminiumproductie. De methode bestaat uit de elektrolytische reductie van aluminiumoxide in gesmolten creools, met behulp van een continue stroom.

De methode was efficiënt, maar had het probleem van zijn hoge elektriciteitsvereiste, die de productie verhoogde. Herult loste dit probleem op door zijn industrie in Neuhausen (Zwitserland) op te richten, om te profiteren van rin -staar als elektriciteitsgenerators.

Hall werd aanvankelijk geïnstalleerd in Pittsburg (EE.UU.), Maar toen verhuisde hij zijn industrie in de buurt van de Niagara -staar.

Eindelijk creëerde Karl Joseph Bayer in 1889 een productiemethode voor aluminiumoxide. Dit bestaat uit het verwarmen van het bauxiet in een gesloten container met een alkalische oplossing. Tijdens het verwarmingsproces wordt de aluminiumoxidefractie in de zoutoplossing teruggewonnen.

Fysische en chemische eigenschappen

Fysiek uiterlijk

Metalen aluminium kubus. Bron: Carsten Niehaus [Public Domain]

Gekke grijs -gray vaste stof met metalen glans (superieure afbeelding). Het is een zacht metaal, maar het wordt hard met kleine hoeveelheden silicium en ijzer. Bovendien wordt het gekenmerkt door zeer ductiel en kneedbaar te zijn, omdat aluminium vellen van een dikte kunnen worden gemaakt tot 4 micron.

Atoomgewicht

26.981 u

Atoomnummer (z)

13

Smeltpunt

660.32 ºC

Kookpunt

2.470 ºC

Dikte

Omgevingstemperatuur: 2,70 g/ml

Fusion Point (vloeistof): 2,375 g/ml

De dichtheid is aanzienlijk laag in vergelijking met die van andere metalen. Om die reden is aluminium vrij licht.

Fusiewarmte

10.71 kJ/mol

Verdampingswarmte

284 kJ/mol

Molaire caloriecapaciteit

24.20 J/(mol · k)

Elektronegativiteit

1.61 op de Pauling -schaal

Ionisatieenergie

-Eerst: 577,5 kJ/mol

-Ten tweede: 1.816.7 kJ/mol

-Derde: 2.744.8 kJ/mol

Thermische expansie

23,1 µm/(m · k) bij 25 ° C

Warmtegeleiding

237 w/(m · k)

Aluminium heeft een thermische geleidbaarheid die drie keer groter is dan die van staal.

Elektrische weerstand

26,5 nω · m bij 20 ºC

De elektrische geleidbaarheid is een 2/3 waarvan het koper presenteert.

Magnetische volgorde

Paramagnetisch

Hardheid

2,75 op de MOHS -schaal

Reactiviteit

Aluminium is corrosiebestendig omdat wanneer de dunne laag oxide wordt blootgesteld aan de lucht aan de lucht₂OF₃ die op het oppervlak wordt gevormd, voorkomt dat oxidatie in het metaal doorgaat.

In zure oplossingen reageert met water om waterstof te vormen; Terwijl in alkalische oplossingen het aluminaation (AL₂^-)).

Verdunde zuren kunnen het niet oplossen, maar het doet in aanwezigheid van geconcentreerd zoutzuur. Aluminium is echter geconcentreerd salpeterzuurbestendig, hoewel het wordt aangevallen door hydroxiden om waterstof en aluminaation te produceren.

Sprayaluminium wordt verbrand in aanwezigheid van zuurstof en koolstofdioxide, om aluminium en aluminium carbideoxide te vormen. Het kan worden gecorrodeerd door chloride aanwezig in een natriumchloride -oplossing. Om deze reden wordt het gebruik van aluminium in de leidingen niet aanbevolen.

Aluminium wordt geoxideerd door water bij temperaturen onder 280 ºC.

2 tot (s) +6 H₂O (g) => 2al (oh)₃(s) +3H₂(g)+warmte

Elektronische structuur en configuratie

Aluminium omdat het een metaalelement is (met metalloïde kleurstoffen voor sommigen), hun atomen om met elkaar te communiceren dankzij de metalen binding. Deze niet -directionele kracht wordt beheerst door zijn valentie -elektronen, die in al zijn afmetingen door het glas worden verspreid.

Dergelijke valentie -elektronen zijn als volgt, volgens de elektronische configuratie van aluminium:

[Ne] 3s² 3P¹

Daarom is aluminium een ​​driemaal metaal, omdat het drie elektronen van Valencia heeft; twee in de 3s orbital, en één in de 3p. Deze orbitalen overlappen zich om moleculaire orbitalen 3s en 3p te ontstaan, dus samen vormen ze drijfbanden.

De S -band is vol, terwijl de P -band veel vacature heeft voor meer elektronen. Daarom is aluminium een ​​goede elektriciteitsgeleider.

De aluminium metalen link, de straal van zijn atomen en zijn elektronische kenmerken definiëren een FCC (gezicht Cenred Cubic, vanwege zijn acroniem in het Engels). Dergelijk FCC -kristal is blijkbaar de enige bekende alotroop van aluminium, dus weerstaat het dus zeker de hoge drukken die erop werken.

Oxidatienummers

De elektronische configuratie van het aluminium geeft onmiddellijk aan dat het in staat is om maximaal drie elektronen te verliezen; dat wil zeggen, het heeft een hoge neiging om het kation te vormen³⁺. Wanneer het bestaan ​​van dit kation wordt aangenomen in een verbinding afgeleid van aluminium, wordt gezegd dat dit +3 oxidatienummer heeft; Zoals bekend, is dit het meest gebruikelijk voor aluminium.

Er zijn echter andere mogelijke oxidatienummers, hoewel zeldzaam, voor dit metaal; zoals: -2 (aan^2-), -1 (tegen^-), +1 (tot⁺) en +2 (tot²⁺)).

Kan u van dienst zijn: lithiumoxide

In de Al₂OF₃, Aluminium heeft bijvoorbeeld +3 oxidatienummer (op₂³⁺OF₃^2-); Terwijl in Ali en Allo, +1 (naar⁺F^-) en +2 (tot²⁺OF^2-), respectievelijk. Onder normale omstandigheden of situaties is A (III) of +3 echter verreweg het meest voorkomende oxidatienummer; Sindsdien al³⁺ is isolectronisch tot nobel neongas.

Dat is de reden waarom in schoolteksten altijd wordt aangenomen, en terecht dat aluminium +3 heeft als het enige aantal of oxidatiestatus.

Waar is het en verkrijgt

Aluminium is geconcentreerd in de buitenste strook van de korst van de aarde, het derde element, alleen overtroffen door zuurstof en silicium. Aluminium vertegenwoordigt 8% door gewicht van de aardkorst.

Het wordt voornamelijk aangetroffen in stollingsrotsen: aluminosilicaten, veldspelden, feltspatoïden en micas. Ook in roodachtige klei, als zodanig is het geval van het bauxiet.

- Bauxitas

Bauxitas Mine. Bron: Gebruiker: varaA [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/4.0)]

Bauxieten zijn een mengsel van mineralen dat gehydrateerde aluminiumoxide en onzuiverheden bevat; zoals ijzer en titaniumoxiden en silica, met de volgende gewichtspercentages:

-Naar de₂OF₃ 35-60%

-Vertrouwen₂OF₃ 10-30%

-SIO₂ 4-10%

-Oom₂ 2-5%

-H₂O Grondwet 12-30%.

Alumina wordt gevonden in het bauxiet gehydrateerd met twee varianten:

-monohydraten (al₂OF₃· H₂O), die twee kristallografische vormen presenteren, Boomite en Diasporo

-Trihydraten (al₂OF₃· 3H₂O), vertegenwoordigd door de Gibbsita.

Bauxita is de belangrijkste bron van aluminium en levert het grootste deel van het aluminium dat wordt verkregen door exploitatie van mijnbouw.

- Aluminiumafzettingen

Wijziging

Voornamelijk de bauxieten gevormd door 40-50% van Al₂OF₃, 20% geloof₂OF₃ en 3-10% SIO₂.

Hydrothermisch

Alunite.

Magmatisch

Alumineuze rotsen met mineralen zoals Sienitas, Nephlines en Anortieten (20% van Al₂OF₃)).

Metamorf

Aluminium silicaten (Andalucita, Sillimanita en Cianita).

Schetend

Caoline -afzettingen en verschillende klei (32% van Al₂OF₃)).

- Bauxiet -uitbuiting

De bauxiet wordt geëxploiteerd in een open lucht. Zodra de rotsen of klei die het bevatten, worden verzameld, worden ze verpletterd en gemalen in bal- en barsfabrieken, totdat u deeltjes met een diameter van 2 mm krijgt. In deze processen blijft het behandelde materiaal bevochtigd.

Bij het verkrijgen van aluminiumoxide wordt het proces gecreëerd door Bayer in 1989 gevolgd. Het grondbauxiet wordt verteerd door de toevoeging van natriumhydroxide, waardoor het natriumaluminaat wordt opgelost; Terwijl ijzer, titanium en siliciumverontreinigingen blijven in suspensie blijven.

Verontreinigende stoffen Opt en Trihydraat aluminiumoxide wordt neergeslagen uit natriumaluminaat voor koeling en verdunning. Vervolgens wordt beschreven dat trihydraat aluminiumoxide watervrij en wateraluminiums veroorzaakt.

- Aluminektrolyse

Om aluminium te verkrijgen, wordt aluminiumoxide onderworpen aan elektrolyse, meestal volgens de methode die wordt gecreëerd door Hall-Hrult (1886). Het proces bestaat uit het verminderen van aluminiumoxide gesmolten in Creools.

Zuurstof bindt aan de koolstofanode en wordt vrijgegeven als koolstofdioxide. Ondertussen wordt het bevrijde aluminium afgezet onderaan de elektrolytische cel waar het zich ophoopt.

Legeringen

Aluminiumlegeringen worden meestal geïdentificeerd met vier nummers.

1xxx

De 1xxx -code komt overeen met aluminium met 99% zuiverheid.

2xxx

De 2xxx -code komt overeen met de aluminiumlegering met koper. Het zijn sterke legeringen die werden gebruikt in ruimtevaartvoertuigen, maar ze werden gebarsten door corrosie. Deze legeringen staan ​​bekend als duraluminoso.

3xxx

De 3xxx -code omvat legeringen waarin mangaanaluminium en een kleine hoeveelheid magnesium worden toegevoegd. Ze zijn zeer bestand tegen slijtage, met behulp van de 3003 -legering in de uitwerking van keukengerei en de 3004 in drankjes van drankjes.

4xxx

De 4xxx -code vertegenwoordigt de legeringen waarin silicium wordt toegevoegd aan aluminium, die het smeltpunt van de meter vermindert. Deze legering wordt gebruikt bij de uitwerking van lasdraden. 4043 legering wordt gebruikt in autolassen en structurele elementen.

5xxx

De 5xxx -code omvat de legeringen waarin aluminium voornamelijk wordt toegevoegd.

Het zijn sterke en resistente legeringen tegen corrosie van zeewater, worden gebruikt om drukcontainers en verschillende mariene toepassingen te maken. 5182 legering wordt gebruikt om de verfrissingsblikken te maken.

6xxx

De 6xxx -code omvat de legeringen waarin silicium en magnesium aan aluminium wordt toegevoegd. Deze legeringen zijn vormbaar, lasbaar en corrosiebestendig. De meest voorkomende legering van deze serie wordt gebruikt in de architectuur, fietsframes en in de uitwerking van de iPhone 6.

7xxx

De 7xxx -code geeft aan de legeringen waarin zink wordt toegevoegd aan aluminium. Deze legeringen, ook wel Ergal genoemd, zijn bestand tegen breuk en zijn van grote hardheid, met behulp van 7050 en 7075 legeringen bij de constructie van vliegtuigen.

Risico's

Directe blootstelling

Contact met aluminium in poedervorm kan de irritatie van de huid en ogen veroorzaken. Een hoge en langdurige blootstelling aan aluminium kan symptomen veroorzaken die vergelijkbaar zijn met griep, hoofdpijn, koorts en koude rillingen; Bovendien kunnen pijn en borstonderdrukking optreden.

Kan u van dienst zijn: uitgebreide eigenschappen van materie

Fijne blootstelling aan aluminium stof kan longlittekens veroorzaken (longfibrose), met hoestsymptomen en ademhalingsverkorting. De OSHA heeft een limiet van 5 mg/m vastgesteld³ Voor blootstelling aan aluminium stof in een dag per dag van 8 uur per dag.

De biologische tolerantiewaarde voor beroepsmatige blootstelling aan aluminium is vastgesteld in 50 µg/g creatinine in urine. Een afnemende prestaties in neuropsychologische tests worden gepresenteerd wanneer de aluminiumconcentratie in de urine meer dan 100 µg/g creatinine overschrijdt.

Borstkanker

Aluminium wordt gebruikt als aluminiumhydrochloride in antitranspirant deodoranten, die verband houden met het verschijnen van borstkanker. Deze relatie is echter niet duidelijk vastgesteld, onder andere, omdat de huidabsorptie van aluminiumhydrochloride slechts 0,01% is.

Neurotoxische effecten

Aluminium is neurotoxisch en bij mensen met beroepsmatige blootstelling is het gerelateerd aan neurologische ziekten, waaronder de ziekte van Alzheimer.

De hersenen van de patiënten van Alzheimer hebben een hoge aluminiumconcentratie; Maar het is onbekend of het de oorzaak is van de ziekte of een gevolg ervan.

De aanwezigheid van neurotoxische effecten bij dialysepatiënten is bepaald. In deze procedure werden aluminiumzouten gebruikt als fosfaatbindmiddel, die hoge bloedaluminiumconcentraties produceerde (> 100 µg/L plasma).

Getroffen patiënten hadden desoriëntatie, geheugenproblemen en in gevorderde stadia, dementie. Aluminium neurotoxiciteit wordt verklaard omdat het moeilijk is om de hersenen te elimineren en de werking ervan te beïnvloeden.

Aluminium inlaat

Aluminium is aanwezig in tal van voedingsmiddelen, vooral thee, kruiden en in het algemeen, groenten. De European Food Safety Authority (EFSA) heeft een tolerantielimiet vastgesteld voor aluminiuminname in het voedsel van 1 mg/kg dagelijks gewichtgewicht.

In 2008 schatte EFSA dat de dagelijkse aluminiuminname in voedsel tussen 3 en 10 mg per dag varieerde, dus wordt geconcludeerd dat het geen gezondheidsrisico is; evenals het gebruik van aluminium gebruiksvoorwerpen om voedsel te koken.

Toepassingen

- Als metaal

Elektrisch

Aluminium is een goede elektrische geleider, dus het gebruikt in legeringen in elektrische transmissielijnen, motoren, generatoren, transformatoren en condensatoren.

Bouw

Aluminium wordt gebruikt bij de uitwerking van deuren en ramen, partities, bedraad, coatings, thermische isolatoren, plafonds, enz.

Transportmiddelen

Aluminium wordt gebruikt bij de productie van auto -onderdelen, vliegtuigen, vrachtwagens, fietsen, motorfietsen, boten, ruimtevaartuigen, spoorwegauto's, enz.

Containers

Aluminium blikjes voor verschillende voedselvariëteiten. Bron: Pxhere.

Met aluminium blikken worden gemaakt voor drankjes, biervaten, laden, enz.

Thuis

Aluminium lepels. Bron: Pexels.

Aluminium dient om keukengerei te maken: potten, pannen, paila's en inpakpapier; Naast meubels, lampen, etc.

Reflecterende kracht

Aluminium weerspiegelt efficiënt stralende energie; Van ultraviolet licht tot infraroodstraling. De reflecterende kracht van aluminium voor het zichtbare licht is ongeveer 80%, wat het gebruik ervan als een scherm in de lampen mogelijk maakt.

Bovendien behoudt aluminium zijn reflecterende functie, zelfs in de vorm van fijn stof, zodat het kan worden gebruikt bij de uitwerking van zilveren verf.

- Aluminiumverbindingen

Aluminiumoxide

Het wordt gebruikt om metalen aluminium, isolatoren en bougies te maken. Wanneer het aluminiumoxide wordt verwarmd, ontwikkelt het een poreuze structuur die water absorbeert, met behulp van gassen en dient als een stoel voor de werking van katalysatoren van verschillende chemische reacties.

Aluminiumsulfaat

Het wordt gebruikt in papierproductie en als een oppervlaktevulling. Aluminiumsulfaat dient om aluminium en kaliumaluminium te vormen [kal (SO₄))₂· 12 uur₂OF]. Dit is het meest gebruikte aluminium en met talloze toepassingen; zoals de productie van medicijnen, schilderijen en bijtend voor stoffen kleuring.

Aluminiumchloride

Het is de meest gebruikte katalysator in Friedel-Crafts-reacties. Dit zijn synthetische organische reacties die worden gebruikt bij de bereiding van aromatische ketonen en antraquinon. Gehydrateerd aluminiumchloride wordt gebruikt als een actuele en deodorante antitranspirant.

Aluminiumhydroxide

Het wordt gebruikt om de weefsels en de productie van aluminaten waterdicht te maken.

Referenties

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde. (Vierde druk). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Aluminium. Opgehaald uit: in.Wikipedia.borg
3. Nationaal centrum voor biotechnologie -informatie. (2019). Aluminium. PubChem -database. CID = 5359268. Hersteld van: pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gov/Compound/aluminium
4. De redacteuren van Enyclopaedia Britannica. (13 januari 2019). Aluminium. Encyclopædia Britannica. Hersteld van: Britannica.com
5. Rusal uc. (S.F.)). Studentengeschiedenis. Opgehaald uit: aluminiumleader.com
6. Oviedo University. (2019). Aluminium metallurgie. [PDF]. Hersteld van: unioviedo.is
7. Helmestine, Anne Marie, pH.D. (6 februari 2019). Aluminium of aluminium bondgenoten. Hersteld van: Thoughtco.com
8. Klotz, K., Weistehöfer, W., Neff, f., Hartwig, a., Van Thriel, C., & Drexler, h. (2017). De gezondheidseffecten van aluminium blootstelling. Deutsches Arzteblatt International, 114(39), 653-659. Doi: 10.3238/arztebl.2017.0653
9. Elsevier. (2019). Aluminiumlegeringen. Opgehaald uit: Scientedirect.com
10. Natalia G. M. (16 januari 2012). Beschikbaarheid van aluminium in voedsel. Hersteld van: consument.is