Historia aluminium, właściwości, struktura, uzyskiwanie, zastosowania

On aluminium Jest to element metaliczny, który należy do grupy 13 (iii a) tabeli okresowej i jest reprezentowany przez symbol do. Jest to lekki metal o niskiej gęstości i twardości. Zgodnie z właściwościami amfoterycznymi, został sklasyfikowany przez niektórych naukowców jako metaloid.

Jest to metal ciągliwy i bardzo plastyczny, więc jest podawany do produkcji drutu, aluminiowych arkuszy o niewielkiej grubości, oprócz dowolnego rodzaju obiektu lub figury; Na przykład słynne puszki ze stopami lub folią aluminiową, z którymi jedzenie lub desery są owinięte.

Pomarszczona folia aluminiowa, jeden z najprostszych i codziennych obiektów wykonanych z tym metalem. Źródło: Pexels.

Mężczyzna używał aluminium (aluminium i nawodniony potas) od czasów starożytnych w medycynie, skórzanej opalaniu i jako mordanta do barwienia tkanek. Tak więc ich minerały zawsze były znane.

Jednak aluminium jako metalu izolowano bardzo późno w 1825 r. Przez Øersted, co doprowadziło do działalności naukowej, która pozwoliła na użycie tego samego przemysłowego. W tym momencie aluminium było najbardziej światowym metalem po żelazie.

Aluminium znajduje się głównie w górnej części skorupy Ziemi, stanowiąc 8% na wagę tego samego. Odpowiada trzecim najliczniejszym pierwiastkowi, pokonanym przez tlen i krzem w krzemionce i krzemianach minerałów.

Boksyt jest skojarzeniem minerałów, wśród nich: tlenek glinu (tlenek glinu) i metaliczne tlenki żelaza, tytan i krzem. Reprezentuje główne zasoby naturalne do eksploatacji wydobycia aluminium.

[TOC]

Historia

Ałun

W Mezopotamii, 5000 lat. C., Wykonali już ceramikę za pomocą glin zawierających związki aluminiowe. Tymczasem 4000, Babilończycy i Egipcjanie używali aluminium w niektórych związkach chemicznych.

Pierwszy pisemny dokument związany z aluminiami dokonał Herodot, grecki historyk, w V wieku. C. Aluminium [kal (więc₄)₂· 12H₂Lub] był używany jako mordant w barwieniu tkanin i do ochrony drewna, z którymi zaprojektowano drzwi mocnych stron.

W ten sam sposób Plino „El Viejo” w II wieku odnosi się do absolwenta, znanego dziś jako aluminium, jako substancja stosowana w medycynie i mordanta.

Od XVI wieku ałun był używany w opalenizny. To była galaretowa substancja, która dała spójność papieru i pozwoliła na jego użycie na piśmie.

W 1767 r. Szwajcarski chemik Torbern Bergman osiągnął syntezę aluminiową. Aby to zrobić, rozgrzał lunitę [kal₃(POŁUDNIOWY ZACHÓD₄)₂(OH)₆] z kwasem siarkowym, a następnie dodano do roztworu.

Uznanie w glinu

W 1782 r. Francuska chemika Antoine Lavoisier powiedziała, że ​​tlen aluminiowy (do₂ALBO₃) Był to tlenek pierwiastka. Ma to takie powinowactwo do tlenu, które trudno było oddzielić. Dlatego Lavoisier przewidywał wówczas istnienie aluminium.

Później, w 1807 r. Jednak metoda, którą zastosował, wygenerowała stop aluminium z potasem i sodem, aby nie mógł wyizolować metalu.

Davy skomentował, że glinka ma metalową bazę, która początkowo oznaczona jako „aluminium”, oparta na łacińskim słowie „Aluminian”, nazwa używana dla aluminium. Następnie Davy zmienił nazwę na „Aluminium”, bieżącą nazwę w języku angielskim.

W 1821 r. Niemieckiego chemika Eilharda Mitscherlicha udało się odkryć prawidłową formułę tlenku glinu:₂ALBO₃.

Izolacja

W tym samym roku francuski geolog Pierre Berthier odkrył aluminiowy minerał w skalistym czerwonawym depozytowi gliny we Francji, w regionie Les Baux. Berthier wyznaczył minerał jako boksyt. Ten minerał jest obecnie głównym źródłem aluminium.

W 1825 r. Duński chemik Hans Christian Øersted wyprodukował metalowy bar z domniemanego aluminium. Opisał to jako „kawałek metalu, który w kolorze i jasności wygląda trochę jak puszka”. Ørsted mógł to osiągnąć, zmniejszając chlorek glinu, ALCL₃, Z amalgamą potasową.

Uważano jednak, że badacz nie uzyskał czystego aluminium, ale aluminium i stopem potasu.

W 1827 r. Następnie, po 18 latach pracy badawczej, Wöehler w 1845 r.

Wöehler opisał nawet niektóre właściwości metalu, takie jak kolor, ciężar właściwy, ciągliwość i stabilność.

Produkcja przemysłowa

W 1855 r. Francuska chemika Henri Sainte-Claire Deville poprawił metodę Wöehlera. Aby to zrobić, zastosował redukcję chlorku glinu lub chlorku aluminiowego sodu z metalicznym sodem, przy użyciu kreoli (na₃Alf₆) jako przepływ.

Umożliwiło to produkcję przemysłową aluminium w Rouen we Francji i w latach 1855–1890 osiągnięto produkcję 200 ton aluminium.

Może ci służyć: Papier Shortasol

W 1886 roku francuski inżynier Paul Herult i amerykański student Charles Hall niezależnie stworzyli metodę produkcji aluminium. Metoda polega na elektrolitycznej redukcji tlenku glinu w stopionej kreolskiej, przy użyciu prądu ciągłego.

Metoda była wydajna, ale miała problem z wysokim zapotrzebowaniem na energię elektryczną, co zwiększyło produkcję. Herult rozwiązał ten problem, ustanawiając swój przemysł w Neuhausen (Szwajcaria), aby wykorzystać zaćmę Rin jako generatory energii elektrycznej.

Hall został początkowo zainstalowany w Pittsburgu (EE.Uu.), Ale potem przeniósł swój przemysł w pobliżu zaćmy Niagara.

Wreszcie w 1889 roku Karl Joseph Bayer stworzył metodę produkcji tlenku glinu. Polega to na ogrzewaniu boksytu wewnątrz zamkniętego pojemnika z roztworem alkalicznym. Podczas procesu ogrzewania odzyskuje się frakcję glinu w roztworze soli fizjologicznej.

Fizyczne i chemiczne właściwości

Wygląd fizyczny

Metaliczna kostka aluminiowa. Źródło: Carsten Niehaus [domena publiczna]

Sillyic Grey -Gray Solid z metalicznym połyskiem (obraz doskonały). Jest to miękki metal, ale stwardnieje małymi ilościami krzem i żelaza. Ponadto charakteryzuje się bardzo plastycznym i plastycznym, ponieważ aluminiowe arkusze o grubości można wykonać do 4 mikronów.

Masa atomowa

26 981 u

Liczba atomowa (z)

13

Temperatura topnienia

660,32 ºC

Punkt wrzenia

2.470 ° C

Gęstość

Temperatura otoczenia: 2,70 g/ml

Punkt fuzji (ciecz): 2375 g/ml

Jego gęstość jest znacznie niska w porównaniu z golionymi metalami. Z tego powodu aluminium jest dość lekkie.

Fusion Heat

10,71 kJ/mol

Ciepło parowe

284 kJ/mol

Pojemność kaloryczna trzonowa

24,20 J/(mol · k)

Elektronialiczność

1.61 na skali Pauling

Energia jonizacji

-Po pierwsze: 577,5 kJ/mol

-Po drugie: 1.816,7 kJ/mol

-Po trzecie: 2.744,8 kJ/mol

Rozszerzalność cieplna

23,1 µm/(m · k) w 25 ° C

Przewodność cieplna

237 W/(M · K)

Aluminium ma przewodność cieplną trzy razy większą niż w przypadku stali.

Rezystancja

26,5 nω · m w 20 ° C

Jego przewodnictwo elektryczne to 2/3 z których miedzi przedstawia.

Zakon magnetyczny

Paramagnetyczny

Twardość

2,75 w skali MOHS

Reaktywność

Aluminium jest odporne na korozję, ponieważ gdy cienka warstwa tlenku jest wystawiona na powietrze na powietrze₂ALBO₃ To powstaje na jego powierzchni, zapobiega kontynuowaniu utleniania w metalu.

W roztworach kwasowych reaguje z wodą z utworzeniem wodoru; podczas gdy w roztworach alkalicznych jon glinu (al₂^-).

Rozcieńczone kwasy nie mogą go rozpuścić, ale robi to w obecności skoncentrowanego kwasu chlorowodorowego. Jednak aluminium jest stężone odporne na kwas azotowy, chociaż jest atakowany przez wodorotlenki w celu wytwarzania wodoru i aluminian.

Spray aluminium spalane jest w obecności tlenu i dwutlenku węgla, tworząc aluminium i tlenek węgla aluminiowego. Można go skorodować przez chlorek obecny w roztworze chlorku sodu. Z tego powodu użycie aluminium w rurach nie jest zalecane.

Aluminium utlenia się przez wodę w temperaturach poniżej 280 ° C.

2 do (S) +6 H₂O (g) => 2al (OH)₃(s) +3H₂(g)+ciepło

Struktura elektroniczna i konfiguracja

Aluminium do bycia elementem metalicznym (z barwnikami metaloidowymi dla niektórych), ich atomy do interakcji ze sobą dzięki wiązaniu metalicznym. Ta nie -kierunkowa siła rządzi elektrony walencyjne, które są rozproszone przez szkło we wszystkich jego wymiarach.

Takie elektrony walencyjne są następujące, zgodnie z elektroniczną konfiguracją aluminium:

[Ne] 3s² 3p¹

Dlatego aluminium jest metalem trójwartościowym, ponieważ ma trzy elektrony walencji; dwa w 3S Orbital i jeden w 3p. Te orbitale nakładają się na pochodzenie orbitali molekularnych 3s i 3p, tak razem, że kończą się tworzenie pasm jazdy.

Zespół S jest pełny, podczas gdy pasek P ma dużo wakatu na więcej elektronów. Dlatego aluminium jest dobrym przewodnikiem energii elektrycznej.

Aluminiowy metalowy łącznik, promień jego atomów i jego cechy elektroniczne definiują FCC (twarz Cenred Cubic, dla jego akronimu w języku angielskim). Taki kryształ FCC jest najwyraźniej jedynym znanym szczeliną aluminium, więc z pewnością odporna na wysokie ciśnienia, które na nim działają.

Liczby utleniania

Konfiguracja elektroniczna aluminium natychmiast wskazuje, że jest ono w stanie stracić do trzech elektronów; to znaczy ma wysoką tendencję do tworzenia kationu³⁺. Gdy istnieniu tego kationu zakłada się w związku pochodzącym z aluminium, mówi się, że ma to +3 liczbę utleniania; Jak dobrze wiadomo, jest to najczęstsze dla aluminium.

Istnieją jednak inne możliwe liczby utleniania, choć rzadkie, dla tego metalu; takie jak: -2 (do^2-), -1 (do^-), +1 (do⁺) i +2 (do²⁺).

Może ci służyć: tlenek litu

W Al₂ALBO₃, Na przykład aluminium ma numer utleniania +3 (w₂³⁺ALBO₃^2-); podczas gdy w Ali i Allo, +1 (do⁺F^-) i +2 (do²⁺ALBO^2-) odpowiednio. Jednak w normalnych warunkach lub sytuacjach A (III) lub +3 jest zdecydowanie najliczniejszą liczbą utleniania; Ponieważ Al³⁺ jest izolektroniczny i szlachetny neonowy.

Właśnie dlatego w szkolnych tekstach zawsze zakłada się i słusznie, że aluminium ma +3 jako jedyną liczbę lub status utleniania.

Gdzie to jest i uzyskaj

Aluminium jest skoncentrowane w zewnętrznym pasku skorupy ziemskiej, będąc jej trzecim elementem, przewyższonym tylko tlenem i krzemem. Aluminium stanowi 8% wagę skorupy Ziemi.

Występuje w skałach magmowych, głównie: glinokrzemiany, skalenia, skalenia i mice. Również w czerwonawej glinie, jako taka jest przypadek boksytu.

- Bauxitas

Kopalnia Bauxitas. Źródło: Użytkownik: Vargaa [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)]

Bauxity są mieszaniną minerałów, które zawierają uwodnione glinu i zanieczyszczenia; takie jak tlenki żelaza i tytanu oraz krzemionka, z następującymi procentami wagi:

-Do₂ALBO₃ 35-60%

-Wiara₂ALBO₃ 10-30%

-Sio₂ 4-10%

-Wujek₂ 2-5%

-H₂O Konstytucja 12-30%.

Alumina znajduje się w boksymu uwodnionym dwoma wariantami:

-monohydrates (AL₂ALBO₃· H₂O), które przedstawiają dwie formy krystalograficzne, boemite i diasporo

-Trihydrates (al₂ALBO₃· 3H₂O), reprezentowane przez Gibbsita.

Bauxita jest głównym źródłem aluminium i dostarcza większość glinu uzyskanego przez wydobycie.

- Depozyty aluminiowe

Zmiany

Głównie bauxity utworzone przez 40–50% Al₂ALBO₃, 20% wiary₂ALBO₃ i 3-10% SIO₂.

Hydrotermal

Ałunit.

Magmatic

Skały glinousowe, które mają minerały, takie jak Sientas, Neflinki i Anortyty (20% AL₂ALBO₃).

Metamorfic

Aluminiowe krzemiany (Andalucita, Sillimanita i Cianita).

Detrytyczny

Depozyty caolinowe i różne gliny (32% AL₂ALBO₃).

- Wykorzystanie boksytów

Boksyt jest wykorzystywany na otwartym niebie. Po zebraniu skał lub gliny, które go zawierają, są zmiażdżone i mielone w kulkach i prętach, aż otrzymasz cząstki o średnicy 2 mm. W tych procesach traktowany materiał pozostaje zwilżony.

Przy uzyskaniu tlenku glinu, proces stworzony przez Bayera jest obserwowany w 1989 roku. Ziemia boksytu jest trawiona przez dodanie wodorotlenku sodu, tworząc gliniana sodu, który jest solubilizowany; podczas gdy żelazo, tytan i zanieczyszczenia krzemowe pozostają w zawieszeniu.

Zanieczyszczenia wybierają, a tleśna trójdroża wytrąca się z glinianu sodu w celu chłodzenia i rozcieńczenia. Następnie opisano, że tlen tlenku trójdrożu powoduje bezwodny i wodny tlenek glinu.

- Elektroliza glinu

Aby uzyskać aluminium, tlenkopolowe jest poddawane elektrolizy, zwykle zgodnie z metodą utworzoną przez Hall-Hrult (1886). Proces polega na zmniejszeniu stopionego tlenku glinu w kreolsku.

Tlen wiąże się z anodą węglową i jest uwalniany jako dwutlenek węgla. Tymczasem wyzwolone aluminium jest osadzone na dnie komórki elektrolitycznej, gdzie gromadzi się.

Stopy

Stopy aluminium są zwykle identyfikowane z czterema liczbami.

1xxx

Kod 1xxx odpowiada aluminium z 99% czystością.

2xxx

Kod 2XXX odpowiada stopowi aluminium z miedzią. Są to mocne stopy używane w pojazdach lotniczych, ale były one pęknięte przez korozję. Te stopy są znane jako Durallumoso.

3xxx

Kod 3xxx obejmuje stopy, w których dodaje się aluminium manganu i niewielka ilość magnezu. Są bardzo odporne na zużycie, używając stopu 3003 w opracowaniu przyborów kuchennych i 3004 w napojach napojów.

4xxx

Kod 4XXX reprezentuje stopy, w których krzem jest dodawany do aluminium, co zmniejsza temperaturę topnienia miernika. Ten stop jest używany w opracowaniu przewodów spawalniczych. Stopień 4043 jest stosowany w spawaniu samochodów i elementach konstrukcyjnych.

5xxx

Kod 5xxx obejmuje stopy, w których aluminium jest głównie dodawane.

Są to silne i odporne stopy na korozję wody morskiej, używane do tworzenia pojemników na ciśnienie i różne zastosowania morskie. Stop 5182 służy do wykonania puszek odświeżania.

6xxx

Kod 6xxx obejmuje stopy, w których dodaje się krzem i magnez do aluminium. Te stopy są formowalne, odporne na spawanie i korozję. Najpopularniejszy stop tej serii jest używany w architekturze, ramach rowerowych i w opracowaniu iPhone'a 6.

7xxx

Kod 7xxx wskazuje stopnie, w których cynk jest dodawany do aluminium. Stopy te, zwane również ergal, są odporne na pęknięcie i mają wielką twardość, wykorzystując stopy 7050 i 7075 w budowie samolotów.

Ryzyko

Bezpośrednia ekspozycja

Kontakt z sproszkowanym aluminium może powodować podrażnienie skóry i oczu. Wysoka i przedłużająca się ekspozycja na glin może powodować objawy podobne do grypy, bólu głowy, gorączki i dreszcze; Ponadto może wystąpić ból i ucisk piersiowy.

Może ci służyć: rozległe właściwości materii

Drobna ekspozycja na pył aluminium może powodować blizny płucne (zwłóknienie płuc), z objawami kaszlu i skracaniem oddechu. OSHA ustanowiła limit 5 mg/m³ Do narażenia na pył aluminiowy w ciągu 8 godzin dziennie.

Wartość tolerancji biologicznej narażenia zawodowego na aluminium ustalono w 50 µg/g kreatyniny w moczu. Zmniejszająca wydajność w testach neuropsychologicznych przedstawiono, gdy stężenie aluminium w moczu przekracza 100 µg/g kreatyniny.

Rak piersi

Aluminium stosuje się jako chlorowodorek glinu u dezodorantów antystanspirantów, ponieważ był związany z pojawieniem się raka piersi. Jednak związek ten nie został wyraźnie ustalony między innymi, ponieważ wchłanianie skóry chlorowodorku glinu wynosi tylko 0,01%.

Efekty neurotoksyczne

Aluminium jest neurotoksyczne, a u osób z narażeniem zawodowym było związane z chorobami neurologicznymi, w tym choroby Alzheimera.

Mózg pacjentów z chorobą Alzheimera ma wysokie stężenie aluminium; Ale nie wiadomo, czy jest to przyczyna choroby lub jej konsekwencja.

Określono obecność efektów neurotoksycznych u pacjentów z dializą. W tej procedurze zastosowano sole aluminiowe jako spoiwa fosforanowe, które wytwarzało wysokie stężenie glinu krwi (> 100 µg/l osocza).

Pacjenci dotknięci dezorientacją, problemy z pamięcią i w zaawansowanych stadiach, demencja. Neurotoksyczność glinu jest wyjaśniona, ponieważ trudno jest wyeliminować mózg i wpływać na jego działanie.

Spożycie aluminium

Aluminium jest obecne w licznych produktach spożywczych, zwłaszcza herbaty, przypraw i ogólnie, warzywa. Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA) ustanowił limit tolerancji dla spożycia aluminium w żywności 1 mg/kg codziennej masy.

W 2008 r. EFSA oszacowała, że ​​dzienne spożycie aluminium w żywności wahało się od 3 do 10 mg dziennie, więc stwierdza się, że nie stanowi zagrożenia zdrowotnego; a także stosowanie aluminiowych przyborów do gotowania jedzenia.

Aplikacje

- Jako metal

Elektryczny

Aluminium jest dobrym przewodnikiem elektrycznym, więc zużywa stopy w elektrycznych liniach przesyłowych, silnikach, generatorach, transformatorach i kondensatorach.

Budowa

Aluminium jest używane w opracowywaniu drzwi i okien, partycji, przewodowych, powłok, izolatorów termicznych, sufitów itp.

Środki transportu

Aluminium jest stosowane w produkcji części samochodowych, samolotów, ciężarówek, rowerów, motocykli, łodzi, statku kosmicznego, samochodów kolejowych itp.

Pojemniki

Puszki aluminiowe dla różnych odmian żywności. Źródło: Pxhere.

Z puszkami aluminiowymi są produkowane do napojów, beczek piwa, tace itp.

Dom

Łyżki aluminiowe. Źródło: Pexels.

Aluminium służy do produkcji przyborów kuchennych: garnki, patelnie, Pilas i papier do pakowania; Oprócz mebli, lamp itp.

Moc odblaskowa

Aluminium skutecznie odzwierciedla energię promieniową; Od światła ultrafioletowego do promieniowania w podczerwieni. Odblaskowa moc aluminium do światła widzialnego wynosi około 80%, co pozwala na jego użycie jako ekran w lampach.

Ponadto aluminium zachowuje swoją odblaskową funkcję nawet w postaci drobnego pyłu, dzięki czemu można go używać w opracowaniu srebrnych farb.

- Związki aluminiowe

Glinka

Służy do wytwarzania metalicznego aluminium, izolatorów i świec zapłonowych. Po ogrzewaniu tlenku glinu rozwija porowatą strukturę, która pochłania wodę, używając gazów i serwując jako siedzenie do działania katalizatorów kilku reakcji chemicznych.

Siarczan glinu

Jest używany w produkcji papieru i jako napełnianie powierzchniowe. Siarczan glinu służy do tworzenia glinu i glinu potasu [Kal (więc₄)₂· 12H₂ALBO]. Jest to najczęściej używane aluminium i liczne zastosowania; takie jak produkcja leków, obrazów i mordantów do barwienia tkanin.

Chlorek aluminiowy

Jest to najczęściej używany katalizator w reakcjach Friedel-Crafts. Są to syntetyczne reakcje organiczne stosowane w przygotowaniu aromatycznych ketonów i antraquinon. Uwodniony chlorek aluminiowy jest stosowany jako miejscowy i dezodorant antitranspirant.

Wodorotlenek aluminiowy

Służy do wodoodporności tkanek i produkcji aluminianów.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Aluminium. Źródło: w:.Wikipedia.org
3. National Center for Biotechnology Information. (2019). Aluminium. Baza danych Pubchem. CID = 5359268. Odzyskane z: Pubchem.NCBI.NLM.Nih.Gov/związek/aluminium
4. Redaktorzy Enyclopaedia Britannica. (13 stycznia 2019). Aluminium. Encyclopædia Britannica. Odzyskane z: Britannica.com
5. Rusal UC. (S.F.). Historia uczniów. Pobrano z: aluminiumLeader.com
6. Uniwersytet Oviedo. (2019). Metalurgia aluminiowa. [PDF]. Odzyskane z: Unioviedo.Jest
7. Helmestine, Anne Marie, pH.D. (6 lutego 2019). Aluminium lub sojusznicy. Odzyskane z: Thoughtco.com
8. Klotz, k., Weistehöfer, w., Neff, f., Hartwig, a., Van Thiel, C., I Drexler, H. (2017). Skutki zdrowotne ekspozycji na glin. Deutsches Arzteblatt International, 114(39), 653-659. Doi: 10.3238/Arztebl.2017.0653
9. Elsevier. (2019). Stopy aluminium. Pobrano z: Scientedirect.com
10. Natalia g. M. (16 stycznia 2012 r.). Dostępność aluminium w żywności. Odzyskane od: konsumenta.Jest