Aluminiumshistorie, egenskaper, struktur, innhenting, bruk

Han aluminium Det er et metallisk element som tilhører gruppe 13 (iii a) i det periodiske tabellen og er representert med symbolet til. Det er et lett metall med lav tetthet og hardhet. Etter sine amfoteriske egenskaper har den blitt klassifisert av noen forskere som en metalloid.

Det er et duktil og veldig formbart metall, så det serveres for fremstilling av ledning, aluminiumsark med liten tykkelse, i tillegg til alle typer objekter eller figur; For eksempel de berømte boksene med legeringene sine, eller aluminiumsfolien som mat eller desserter er pakket inn.

Rynket aluminiumsfolie, en av de enkleste og daglige gjenstandene laget med dette metallet. Kilde: Pexels.

Mennesket har brukt aluminium (et aluminium og hydratisert kalium) siden eldgamle tider i medisin, læring av skinn og som en mordant for vevsfarging. Dermed har mineralene alltid vært kjent.

Imidlertid ble aluminium som metall isolert veldig sent, i 1825, av Østred, noe som førte til en vitenskapelig aktivitet som tillot industriell bruk av det samme. I det øyeblikket var aluminium det mest verdensomspennende metallet, etter jern.

Aluminium er hovedsakelig i den øvre delen av jordskorpen, og utgjør 8 vekt% av det samme. Det tilsvarer det tredje mest tallrike elementet, og blir overvunnet av oksygen og silisium i dets silika og silikater mineraler.

Bauxitt er en assosiasjon av mineraler, blant dem: aluminiumoksyd (aluminiumoksyd) og metalliske jernoksider, titan og silisium. Representerer den viktigste naturressursen for utnyttelse av aluminium gruvedrift.

[TOC]

Historie

Alun

I Mesopotamia, 5000 år til. C., De har allerede laget keramikk ved hjelp av leire som inneholder aluminiumforbindelser. I mellomtiden brukte 4000, babylonerne og egypterne aluminium i noen kjemiske forbindelser.

Det første skrevne dokumentet relatert til aluminet ble laget av Herodotus, gresk historiker, på 500 -tallet. C. Aluminium [kal (så₄)₂· 12H₂Eller] den ble brukt som en mordant i farging av stoffer og for å beskytte treverket, som dører av styrkene, av brannene ble designet.

På samme måte refererer Plinio "El Viejo" på 1. århundre til alumen, i dag kjent som aluminium, som et stoff som brukes i medisin og mordant.

Fra det sekstende århundre ble alunet brukt i brunfargen. Dette var et gelatinøst stoff som ga konsistensen til papiret og tillot dets bruk skriftlig.

I 1767 oppnådde den sveitsiske kjemikeren Torbern Bergman aluminiumssyntese. For å gjøre dette, varmet han lunita [Kal₃(SW₄)₂(ÅH)₆] med svovelsyre, og deretter lagt til løsningen.

Anerkjennelse i aluminiumoksyd

I 1782 sa den franske kjemikeren Antoine Lavoisier at aluminiumoksyd (til₂ENTEN₃) Det var et elementoksid. Dette har en slik tilknytning til oksygen som var vanskelig å skille. Derfor spådde Lavoisier ved da eksistensen av aluminium.

Senere, i 1807, utsatte den engelske kjemikeren Sir Humphry Davy aluminiumoksyd for elektrolyse. Metoden han brukte genererte imidlertid en aluminiumslegering med kalium og natrium, slik at han ikke kunne isolere metallet.

Davy kommenterte at aluminiumoksyd hadde en metallbase, som opprinnelig utpekte som 'aluminium', basert på det latinske ordet 'alumen', et navn brukt til aluminium. Deretter endret Davy navnet til "Aluminium", det nåværende navnet på engelsk.

I 1821 klarte den tyske kjemikeren Eilhard Mitscherlich å oppdage den riktige formelen til aluminiumoksyden:₂ENTEN₃.

Isolering

Samme år oppdaget den franske geologen Pierre Berthier et aluminiumsmineral i et steinete rødlig leirforekomst i Frankrike, i Les Baux -regionen. Berthier utpekt mineral som en bauxitt. Dette mineralet er for øyeblikket den viktigste kilden til aluminium.

I 1825 produserte den danske kjemikeren Hans Christian Østred en metallbar av et påstått aluminium. Han beskrev det som "et stykke metall som i farge og lysstyrke som ser litt ut som tinn". Ørsted kunne oppnå det ved å redusere aluminiumklorid, ALCL₃, Med et kalium amalgam.

Det trodde imidlertid at forskeren ikke oppnådde rent aluminium, men en aluminium og kaliumlegering.

I 1827 klarte den tyske kjemikeren Friedrich Wöehler å produsere rundt 30 gram aluminiumsmateriale. Da, etter 18 års forskningsarbeid, oppnådde Wöehler i 1845 produksjonen av blodceller på størrelse med et hodestykke, med en gråaktig og gråaktig glans.

Wöehler beskrev til og med noen egenskaper ved metall, for eksempel farge, spesifikk tyngdekraft, duktilitet og stabilitet.

Industriell produksjon

I 1855 forbedret den franske kjemikeren Henri Sainte-Claire Deville Wöehler-metoden. For å gjøre dette brukte han reduksjonen av aluminiumklorid eller natriumaluminiumklorid med metallisk natrium ved bruk av kreolsk (NA₃Alf₆) som en flyt.

Dette tillot industriell produksjon av aluminium i Rouen, Frankrike, og mellom 1855 og 1890 ble produksjonen av 200 tonn aluminium oppnådd.

Kan tjene deg: kortasolpapir

I 1886 opprettet den franske ingeniøren Paul Herult og den amerikanske studenten Charles Hall, uavhengig en metode for aluminiumsproduksjon. Metoden består av elektrolytisk reduksjon av aluminiumoksyd i smeltet kreolsk, ved bruk av en kontinuerlig strøm.

Metoden var effektiv, men hadde problemet med det høye strømkravet, som økte produksjonen. Herult løste dette problemet ved å etablere sin industri i Neuhausen (Sveits), for å dra nytte av RIN -grå stær som elektrisitetsgeneratorer.

Hall ble opprinnelig installert i Pittsburg (EE.Uu.), Men så flyttet han sin bransje i nærheten av Niagara -grå stær.

Til slutt, i 1889, opprettet Karl Joseph Bayer en produksjonsmetode for alumina. Dette består av å varme opp bauxitten inne i en lukket beholder med en alkalisk løsning. Under oppvarmingsprosessen blir aluminiumoksydfraksjon i saltoppløsningen utvunnet.

Fysiske og kjemiske egenskaper

Fysisk utseende

Metallisk aluminiums kube. Kilde: Carsten Niehaus [Public Domain]

Sillyic Grey -Gray Solid with Metallic Luster (Superior Image). Det er et mykt metall, men det herder med små mengder silisium og jern. I tillegg er det preget av å være veldig duktile og formbare, siden aluminiumsark i en tykkelse kan gjøres opp til 4 mikron.

Atomvekt

26.981 u

Atomnummer (z)

1. 3

Smeltepunkt

660,32 ºC

Kokepunkt

2.470 ºC

Tetthet

Omgivelsestemperatur: 2,70 g/ml

Fusjonspunkt (væske): 2,375 g/ml

Dens tetthet er betydelig lav sammenlignet med andre metaller. Av den grunn er aluminium ganske lett.

Fusjonsvarme

10,71 kJ/mol

Fordampningsvarme

284 kJ/mol

Molar kalorikapasitet

24,20 J/(mol · k)

Elektronegativitet

1.61 på Pauling -skalaen

Ioniseringsenergi

-Først: 577,5 kJ/mol

-For det andre: 1.816,7 kJ/mol

-Tredje: 2.744,8 kJ/mol

Termisk ekspansjon

23,1 um/(m · k) ved 25 ° C

Termisk ledningsevne

237 w/(m · k)

Aluminium har en termisk konduktans tre ganger større enn stål.

Elektrisk resistivitet

26,5 nΩ · m ved 20 ºC

Den elektriske konduktansen er en 2/3 hvorav kobberen presenterer.

Magnetisk ordre

Paramagnetisk

Hardhet

2,75 på MOHS -skalaen

Reaktivitet

Aluminium er korrosjonsbestandig fordi når det tynne oksydlaget blir utsatt for luften for luften₂ENTEN₃ som dannes på overflaten forhindrer at oksidasjon fortsetter inne i metallet.

I syreoppløsninger reagerer med vann for å danne hydrogen; Mens det er i alkaliske løsninger₂^-).

Fortynnede syrer kan ikke oppløse det, men det gjør i nærvær av konsentrert saltsyre. Imidlertid er aluminium konsentrert salpetersyrebestandig, selv om det blir angrepet av hydroksider for å produsere hydrogen og alumination ion.

Sprayaluminium forbrennes i nærvær av oksygen og karbondioksid, for å danne aluminium og aluminiums karbidoksyd. Det kan korroderes av klorid til stede i en natriumkloridløsning. Av denne grunn anbefales ikke bruk av aluminium i rørene.

Aluminium oksideres av vann ved temperaturer under 280 ºC.

2 til (S) +6 H₂O (g) => 2al (OH)₃(S) +3H₂(g)+varme

Elektronisk struktur og konfigurasjon

Aluminium for å være et metallisk element (med metalloidfargestoffer for noen), atomene deres skal samhandle med hverandre takket være den metalliske bindingen. Denne ikke -retningsstyrken styres av dens valenselektroner, som er spredt av glasset i alle dets dimensjoner.

Slike valenselektroner er som følger, i henhold til den elektroniske konfigurasjonen av aluminium:

[NE] 3S² 3p¹

Derfor er aluminium et trivalent metall, ettersom det har tre elektroner i Valencia; to i 3s orbital, og en i 3p. Disse orbitalene overlapper hverandre for å stamme molekylære orbitaler 3S og 3P, så sammen at de ender opp med å danne kjørebånd.

S -bandet er fullt, mens P -bandet har mye ledig stilling for flere elektroner. Det er grunnen til at aluminium er en god strømleder.

Den aluminiumsmetalliske koblingen, radiusene til atomer og dens elektroniske egenskaper definerer en FCC (Face Cenred Cubic, for sin forkortelse på engelsk). Slik FCC -krystall er tilsynelatende den eneste kjente alotropen av aluminium, så motstår så sikkert det høye trykket som fungerer på det.

Oksidasjonstall

Den elektroniske konfigurasjonen av aluminiumet indikerer umiddelbart at den er i stand til å miste opptil tre elektroner; det vil si at det har en høy tendens til å danne kationen til³⁺. Når eksistensen av denne kationen antas i en forbindelse avledet fra aluminium, sies det at dette har +3 oksidasjonsnummer; Som kjent er dette det vanligste for aluminium.

Imidlertid er det andre mulige oksidasjonstall, selv om det er sjeldent, for dette metallet; slik som: -2 (til^2-), -1 (til^-), +1 (til⁺) og +2 (til²⁺).

Kan tjene deg: litiumoksid

I Al₂ENTEN₃, For eksempel har aluminium +3 oksidasjonsnummer (kl₂³⁺ENTEN₃^2-); mens du er i Ali og Allo, +1 (til⁺F^-) og +2 (til²⁺ENTEN^2-), henholdsvis. Under normale forhold eller situasjoner er imidlertid A (III) eller +3 det desidert mest tallrike oksidasjonsnummeret; siden, al³⁺ er isolektronisk til edel neongass.

Det er grunnen til at det i skoletekster alltid antas, og med rette at aluminium har +3 som det eneste antallet eller oksidasjonsstatus.

Hvor er det og skaffer seg

Aluminium er konsentrert i den ytre stripen på jordskorpen, og er dets tredje element, bare overgått av oksygen og silisium. Aluminium representerer 8% etter vekt av jordskorpen.

Det finnes i stollende bergarter, hovedsakelig: aluminosilikater, feltspat, feltspatoider og micas. Også i rødlige leire, som sådan er tilfellet med bauxitten.

- Bauxitas

Bauxitas mine. Kilde: Bruker: VARGAA [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/by-SA/4.0)]

Bauxitter er en blanding av mineraler som inneholder hydrert aluminiumoksyd og urenheter; slik som jern- og titanoksider, og silika, med følgende vektprosenter:

-Til₂ENTEN₃ 35-60%

-Tro₂ENTEN₃ 10-30%

-Sio₂ 4-10%

-Onkel₂ 2-5%

-H₂O grunnlov 12-30%.

Alumina finnes i bauxitt hydrert med to varianter:

-Monohydrater (al₂ENTEN₃· H₂O), som presenterer to krystallografiske former, boemite og diasporo

-Trihydrater (al₂ENTEN₃· 3H₂O), representert av Gibbsita.

Bauxita er den viktigste kilden til aluminium og leverer det meste av aluminium oppnådd ved gruveutnyttelse.

- Aluminiumsavsetninger

Av endring

Hovedsakelig dannet bauxittene med 40-50% av AL₂ENTEN₃, 20% tro₂ENTEN₃ og 3-10% Sio₂.

Hydrotermisk

Alunite.

Magmatisk

Aluminøse bergarter som har mineraler som Sienitas, nephlines og anortitter (20% av AL₂ENTEN₃).

Metamorf

Aluminiumsilikater (Andalucita, Sillimanita og Cianita).

Detritisk

Caolinforekomster og forskjellige leire (32% av Al₂ENTEN₃).

- Bauxittutnyttelse

Bauxitten utnyttes på en åpen himmel. Når bergartene eller leire som inneholder den samles, blir de knust og malt i ball og barer fabrikker, til du får partikler med 2 mm diameter. I disse prosessene forblir det behandlede materialet fuktet.

Når man skaffer seg aluminiumoksyd, følges prosessen som ble opprettet av Bayer i 1989. Jordbauxitten blir fordøyd ved tilsetning av natriumhydroksyd, og danner natriumaluminatet som er solubilisert; mens jern, titan og silisiumforurensninger forblir i suspensjon.

Forurensninger opt og trihydrat aluminiumoksyddesetning fra natriumaluminat for kjøling og fortynning. Deretter beskrives trihydrat aluminiumoksyd å forårsake vannfri og vann aluminiumoksyd.

- Alumin elektrolyse

For å oppnå aluminium blir aluminiumoksyd utsatt for elektrolyse, vanligvis etter metoden opprettet av Hall-Hult (1886). Prosessen består i å redusere aluminiumoksyden i kreolsk.

Oksygen binder seg til karbonanoden og frigjøres som karbondioksid. I mellomtiden blir det frigjorte aluminium avsatt i bunnen av den elektrolytiske cellen der den akkumuleres.

Legeringer

Aluminiumslegeringer er vanligvis identifisert med fire tall.

1xxx

1xxx -koden tilsvarer aluminium med 99% renhet.

2xxx

2xxx -koden tilsvarer aluminiumslegeringen med kobber. De er sterke legeringer som ble brukt i luftfartskjøretøyer, men de ble sprukket av korrosjon. Disse legeringene er kjent som duraluminoso.

3xxx

3xxx -koden dekker legeringer der manganaluminium og en liten mengde magnesium tilsettes. De er veldig motstandsdyktige mot bruk, ved å bruke 3003 -legeringen i utdyping av kjøkkenutstyr, og 3004 i drinker med drikke.

4xxx

4xxx -koden representerer legeringene der silisium tilsettes aluminium, noe som reduserer meter smeltepunktet. Denne legeringen brukes til utdyping av sveiseledninger. 4043 legering brukes i bilsveising og strukturelle elementer.

5xxx

5xxx -koden dekker legeringene som aluminium hovedsakelig legges til.

De er sterke og motstandsdyktige legeringer til korrosjon av sjøvann, og brukes til å lage trykkbeholdere og forskjellige marine applikasjoner. 5182 legering brukes til å lage forfriskningsbokser.

6xxx

6xxx -koden omfatter legeringene der silisium og magnesium til aluminium tilsettes. Disse legeringene er formbare, sveisbare og korrosjonsbestandige. Den vanligste legeringen av denne serien brukes i arkitektur, sykkelrammer og i utdypingen av iPhone 6.

7xxx

7xxx -koden indikerer legeringene der sink tilsettes aluminium. Disse legeringene, også kalt ergal, er motstandsdyktige mot brudd og har stor hardhet, ved å bruke 7050 og 7075 legeringer i konstruksjonen av fly.

Risiko

Direkte eksponering

Kontakt med pulverisert aluminium kan forårsake irritasjon av hud og øyne. En høy og langvarig eksponering for aluminium kan forårsake symptomer som ligner på influensa, hodepine, feber og frysninger; I tillegg kan smerter og pectoral undertrykkelse oppstå.

Kan tjene deg: omfattende egenskaper av materie

Fin aluminiumstøveksponering kan forårsake lunge arr (lungefibrose), med hostesymptomer og pusteforkortelse. OSHA etablerte en grense på 5 mg/m³ For eksponering for aluminiumstøv på en 8 -timers dag daglig.

Den biologiske toleranseverdien for yrkeseksponering for aluminium er etablert i 50 ug/g kreatinin i urin. En synkende ytelse i nevropsykologiske tester blir presentert når aluminiumskonsentrasjonen i urinen overstiger 100 ug/g kreatinin.

Brystkreft

Aluminium brukes som aluminiumhydroklorid i antitranspirant deodoranter, etter å ha vært relatert til utseendet til brystkreft. Imidlertid har dette forholdet ikke blitt klart etablert, blant annet fordi hudabsorpsjonen av aluminiumhydroklorid bare er 0,01%.

Nevrotoksiske effekter

Aluminium er nevrotoksisk og hos personer med yrkeseksponering har det vært relatert til nevrologiske sykdommer, som inkluderer Alzheimers sykdom.

Hjernen til Alzheimers pasienter har en høy aluminiumskonsentrasjon; Men det er ukjent om det er årsaken til sykdommen eller en konsekvens av den.

Tilstedeværelsen av nevrotoksiske effekter hos dialysepasienter er blitt bestemt. I denne prosedyren ble aluminiumsalter brukt som fosfatbindemiddel, som ga høye blodaluminiumskonsentrasjoner (> 100 ug/l plasma).

Berørte pasienter hadde desorientering, hukommelsesproblemer og i avanserte stadier, demens. Aluminium nevrotoksisitet forklares fordi det er vanskelig å eliminere hjernen og påvirke dens drift.

Aluminiuminntak

Aluminium er til stede i mange matvarer, spesielt te, krydder og generelt grønnsaker. European Food Safety Authority (EFSA) etablerte en toleransegrense for aluminiumsinntak i maten 1 mg/kg daglig vektvekt.

I 2008 estimerte EFSA at daglig aluminiuminntak i mat varierte mellom 3 og 10 mg per dag, så det konkluderes med at det ikke representerer en helserisiko; så vel som bruk av aluminiumsutstyr for å lage mat.

applikasjoner

- Som metall

Elektrisk

Aluminium er en god elektrisk leder, så den bruker i legeringer i elektriske overføringslinjer, motorer, generatorer, transformatorer og kondensatorer.

Konstruksjon

Aluminium brukes til utdyping av dører og vinduer, partisjoner, kablet, belegg, termiske isolatorer, tak, etc.

Transportmidler

Aluminium brukes til fremstilling av bildeler, fly, lastebiler, sykler, motorsykler, båter, romfartøy, jernbanebiler, etc.

Containere

Aluminiumsbokser for forskjellige matvarianter. Kilde: Pxhere.

Med aluminiumsbokser er laget for drinker, ølfat, brett osv.

Hjem

Aluminiumsbilder. Kilde: Pexels.

Aluminium tjener til å lage kjøkkenutstyr: potter, panner, pailas og innpakningspapir; I tillegg til møbler, lamper osv.

Reflekterende kraft

Aluminium gjenspeiler effektivt strålende energi; Fra ultrafiolett lys til infrarød stråling. Den reflekterende kraften til aluminium til det synlige lyset er rundt 80%, noe som tillater bruk som en skjerm i lampene.

I tillegg beholder aluminium det reflekterende trekket selv i form av fint støv, slik at det kan brukes til utdyping av sølvmaling.

- Aluminiumforbindelser

Aluminiumoksyd

Det brukes til å lage metallisk aluminium, isolatorer og tennplugger. Når aluminiumoksyden blir oppvarmet, utvikler den en porøs struktur som absorberer vann, bruker gasser og tjener som et sete for virkningen av katalysatorer av flere kjemiske reaksjoner.

Aluminiumsulfat

Det brukes i papirproduksjon og som overflatefylling. Aluminiumsulfat tjener til å danne aluminium og kaliumaluminium [Kal (så₄)₂· 12H₂ENTEN]. Dette er det mest brukte aluminiumet og med mange applikasjoner; slik som fremstilling av medisiner, malerier og mordant for stofffarging.

Aluminiumklorid

Det er den mest brukte katalysatoren i Friedel-Crafts-reaksjoner. Dette er syntetiske organiske reaksjoner som brukes i fremstilling av aromatiske ketoner og antraquinon. Hydrert aluminiumklorid brukes som en aktuell og deodorant antitranspirant.

Aluminiumhydroksyd

Det brukes til å vanntette vevene og produksjonen av aluminater.

Referanser

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Aluminium. Hentet fra: i.Wikipedia.org
3. Nasjonalt senter for bioteknologiinformasjon. (2019). Aluminium. PubChem -database. CID = 5359268. Gjenopprettet fra: Pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gov/forbindelse/aluminium
4. Redaktørene av Enyclopaedia Britannica. (13. januar 2019). Aluminium. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: Britannica.com
5. Rusal UC. (s.F.). Studenthistorie. Hentet fra: Aluminiumleader.com
6. Oviedo University. (2019). Aluminiumsmetallurgi. [PDF]. Gjenopprettet fra: unioviedo.er
7. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (6. februar 2019). Aluminium eller aluminiumsally. Gjenopprettet fra: Thoughtco.com
8. Klotz, k., Weistehöfer, w., Neff, f., Hartwig, a., Van Thriel, C., & Drexler, h. (2017). Helseeffektene av eksponering for aluminium. Deutsches Arzteblatt International, 114(39), 653-659. Doi: 10.3238/arztebl.2017.0653
9. Elsevier. (2019). Aluminiumslegeringer. Hentet fra: Scientedirect.com
10. Natalia g. M. (16. januar 2012). Tilgjengeligheten av aluminium i mat. Gjenopprettet fra: Forbruker.er