АЛУМИНИЈУМ: ИСТОРИЈА, СВОЈСТВА, СТРУКТУРА, ДОБИЈАЊЕ, УПОТРЕБЕ - ХЕМИЈА - 2025

Алуминијума је метални елемент припада (ИИИ А) група 13 периодног система и које је представљено симболом А. Ово је од лаких метала са ниском густином и тврдоће. Због својих амфотерних својстава, неки научници су га класификовали као металоид.

То је пластичан и врло пропусан метал, због чега се користи за производњу жице, танких алуминијумских лимова, као и било које врсте предмета или фигуре; на пример, познате лименке са њиховим легурама или алуминијумску фолију у коју су омотане храна или десерти.

Згужвана алуминијумска фолија, један од најједноставнијих и најчешће свакодневних предмета израђених овим металом. Извор: Пекелс.

Алум (хидратизовани калијум алуминијум сулфат) људи користе од давнина у медицини, штављењу коже и као средство за бојење тканина. Стога су њени минерали познати заувек.

Међутим, алуминијум као метал изолован је Øерстед веома касно, 1825. године, што је довело до научне активности која је омогућила његову индустријску употребу. У том тренутку, алуминијум је био метал са највећом производњом на свету, после гвожђа.

Алуминијум се налази углавном у горњем делу земљине коре, а чини га 8% тежине. Одговара његовом трећем најбогатијем елементу, а превазилази га кисеоник и силицијум у својим силицијум и силикатним минералима.

Боксит је удружење минерала међу којима су: глиница (алуминијум оксид) и метални оксиди гвожђа, титанијума и силицијума. Представља главни природни ресурс за ископавање алуминијума.

Историја

Алум

У Мезопотамији, 5000 година пре нове ере. Ц., Керамику су већ правили користећи глине које садрже једињења алуминијума. У међувремену, пре 4000 година, Бабилонци и Египћани користили су алуминијум у неким хемијским једињењима.

Први писани документ везан за алум направио је Херодот, грчки историчар, у 5. веку пре нове ере. Алум је коришћен као средство за бојење тканина и за заштиту дрвета, којим су врата тврђава пројектована, од пожара.

На исти начин, Плинијев „старији“ у 1. веку односи се на алум, данас познат као алум, као супстанцу која се користи у медицини и лукавица.

Од 16. века алум се користио у штављењу коже и као величина папира. Ово је била желатинозна супстанца која је папиру дала конзистенцију и омогућила његову употребу у писаном облику.

Швајцарска хемичарка Торберн Бергман је 1767. године постигла синтезу алума. Да би то учинио, загревао је месечину сумпорном киселином, а затим додао раствор калијум.

Препознавање у глиници

Француски хемичар Антоине Лавоисиер је 1782. истакао да је глиница (Ал ₂ О ₃ ) оксид неког елемента. То има такав афинитет за кисеоник да је његово раздвајање било тешко. Стога је Лавоисиер предвидио постојање алуминијума.

Касније, 1807, енглески хемичар Сир Хумпхри Дави подвргао је глиницу електролизи. Међутим, метода коју је користио произвела је легуру алуминијума са калијумом и натријумом, тако да није могао изоловати метал.

Дејв је прокоментарисао да глиница има металну базу, коју је у почетку означавао као "алуминијум", засновану на латинској речи "алумен", имену које се користи за алум. Дави је касније променио име у "алуминијум", тренутно енглеско име.

1821. немачки хемичар Еилхард Митсцхерлицх успео је да открије исправну формулу глинице: Ал ₂ О ₃ .

Изолација

Исте године, француски геолог Пиерре Бертхиер открио је минерал алуминијум у лежишту црвенкасте глине у Француској, у области Лес Баук. Бертхиер је минерал означио бокситом. Овај минерал је тренутно главни извор алуминијума.

Године 1825, дански хемичар Ханс Цхристиан Øерстед произвео је металну шипку од наводног алуминијума. Описао је као "комад метала који мало личи на лимену боју и сјај." Оерстед је успео да постигне смањењем алуминијум хлорид, АлЦл ₃ , са калијум амалгама.

Сматрало се, међутим, да истраживач није добио чисти алуминијум, већ легуру алуминијума и калијума.

1827. немачки хемичар Фриедрицх Воехлер успео је да произведе око 30 грама алуминијумског материјала. Тада је, након 18 година истражног рада, Воехлер 1845. године постигао производњу глобуса величине главе игле, с металним сјајем и сивкастом бојом.

Воехлер је чак описао нека својства метала, као што су боја, специфична тежина, дуктилност и стабилност.

Индустријска производња

1855. године француски хемичар Хенри Саинте-Цлаире Девилле побољшао се Воехлеровом методом. За то је користио редукцију алуминијум-хлорида или натријум-алуминијум-хлорида са металним натријумом, користећи криолит (На ₃ АлФ ₆ ) као проток.

То је омогућило индустријску производњу алуминијума у ​​Роуену, у Француској, а између 1855. и 1890. године постигнута је производња 200 тона алуминијума.

1886., француски инжењер Паул Хероулт и амерички студент Цхарлес Халл самостално су креирали методу за производњу алуминијума. Метода се састоји од електролитичке редукције алуминијум-оксида у растопљеном криолиту користећи директну струју.

Метода је била ефикасна, али имао је проблем са великим потребама за електричном енергијом, што је производњу скупље. Хероулт је овај проблем ријешио оснивањем своје индустрије у Неухаусену (Швицарска), чиме је искористио предности Рајнских водопада као произвођача електричне енергије.

Халл се у почетку настанио у Питтсбургу (САД), али је касније своју индустрију преселио у близини Ниагариних водопада.

Коначно, 1889. године Карл Јосепх Баиер креирао је поступак за производњу глинице. Састоји се од загревања боксита у затвореној посуди са алкалним раствором. Током процеса загревања, фракција глинице се регенерише у физиолошком раствору.

Физичка и хемијска својства

Физичка присутност

Кашика од алуминијума. Извор: Царстен Ниехаус

Сребрно сива чврста боја с металним сјајем (горња слика). То је мекан метал, али отврдњује се са малим количинама силицијума и гвожђа. Поред тога, одликује се врло пластичном и пропадљивом, јер се од њих могу направити алуминијски листови дебљине до 4 микрона.

Атомска маса

26,981 у

Атомски број (З)

13

Тачка топљења

660,32 ºЦ

Тачка кључања

2.470 ºЦ

Густина

Температура околине: 2.70 г / мЛ

Тачка топљења (течна): 2.375 г / мЛ

Густина му је знатно ниска у поређењу с осталим металима. Из тог разлога алуминијум је прилично лаган.

Топлина фузије

10,71 кЈ / мол

Топлина испаравања

284 кЈ / мол

Моларни калоријски капацитет

24,20 Ј / (мол К)

Електронегативност

1,61 по Паулинг-овој скали

Енергија јонизације

-Прво: 577,5 кЈ / мол

-Секунда: 1,816,7 кЈ / мол

-Треће: 2.744,8 кЈ / мол

Термално ширење

23.1 µм / (мК) на 25 ° Ц

Топлотна проводљивост

237 В / (м К)

Алуминијум има топлотну проводљивост три пута већу од челика.

Електрична отпорност

26,5 нΩ м на 20 ° Ц

Његова електрична проводљивост је 2/3 од бакра.

Магнетни ред

Парамагнетиц

Тврдоћа

2,75 по Мохосовој скали

Реактивност

Алуминијум је отпоран на корозију, јер када су изложени ваздуху, танки слој Ал ₂ О ₃ -оксид који се формира на површини спречава оксидацију са наставка унутар метала.

У киселим растворима реагује са водом и ствара водоник; док у алкалним растворима формира алуминатни јон (АлО ₂ ^- ).

Разблажене киселине га не могу растворити, али могу у присуству концентроване хлороводоничне киселине. Међутим, алуминијум је отпоран на концентровану азотну киселину, иако је нападнут хидроксидима да би се створио водоник и алуминатни јон.

Алуминијум у праху спаљује се у присуству кисеоника и угљен диоксида да би се створио алуминијум оксид и алуминијум карбид. Може се кородирати хлоридом који је присутан у раствору натријум-хлорида. Из тог разлога се не препоручује употреба алуминијума у ​​цевима.

Алуминијум се оксидује водом на температурама испод 280 ° Ц.

2 Ал (с) + 6 Х ₂ О (г) => 2АЛ (ОХ) ₃ (с) + 3 Х ₂ (г) + хеат

Структура и електронска конфигурација

Алуминијум је метални елемент (са неким металоидним бојама) његови Ал-атоми међусобно делују захваљујући металној вези. Овом ненамерном силом управљају валентни електрони који су разбацани по кристалу у свим његовим димензијама.

Ови електронски валентни електрони су, према електронској конфигурацији алуминијума:

3с ² 3п ¹

Према томе, алуминијум је тровалентни метал, јер има три валентна електрона; две у орбити 3с и једна у 3п. Те се орбитале преклапају да формирају 3с и 3п молекуларне орбитале, тако да се зближују заједно да завршавају проводне траке.

С опсег је пун, док п опсег има пуно слободног места за више електрона. Зато је алуминијум добар проводник електричне енергије.

Метална веза алуминијума, радијус његових атома и његове електронске карактеристике дефинишу фцц (кубични) кристал. Такав ФЦЦ кристал је наизглед једини познати алотроп алуминијума, па ће сигурно издржати високе притиске који на њега делују.

Оксидациони бројеви

Електронска конфигурација алуминијума одмах указује да може изгубити до три електрона; то јест, има велику тенденцију формирања катиона Ал ³⁺ . Када се претпостави постојање овог катиона у једињењу изведеном од алуминијума, каже се да има оксидациони број +3; као што је познато, ово је најчешће за алуминијум.

Међутим, постоје и други могући, али ретки оксидациони бројеви за овај метал; као што су: -2 (Ал ^2- ), -1 (Ал ^- ), +1 (Ал ⁺ ) и +2 (Ал ²⁺ ).

У Ал ₂ О ₃ , на пример, алуминијум има оксидације број +3 (Ал ₂ ³⁺ О ₃ ^2- ); док су у АлИ и АлО, +1 (Ал ⁺ Ф ^- ) и +2 (Ал ²⁺ О ^2- ). Међутим, у нормалним условима или ситуацијама, Ал (ИИИ) или +3 је далеко најобилнији број оксидације; пошто је Ал ³⁺ изоелектронски према неонском племенитом гасу.

Зато се у школским уџбеницима увек претпоставља и са добрим разлогом је да алуминијум има +3 као једини број или оксидационо стање.

Где се могу наћи и набавити

Алуминијум је концентрисан у спољњем ободу земљине коре, и његов је трећи елемент, надмашен је само кисеоником и силицијумом. Алуминијум представља 8% тежине земљине коре.

Налази се у магнетским стенама, углавном: алуминосиликатима, фелдспратима, фелдспатоидима и микасима. Такође у црвенкастим глинама, као што је случај са бокситима.

- Боксити

Рудник боксита. Извор: Корисник: ВаргаА

Боксити су мешавина минерала која садржи хидрирану глиницу и нечистоће; попут оксида гвожђа и титанијума и силикагела, са следећим процентима тежине:

-Ат ₂ О ₃ 35-60%

-Фе ₂ О ₃ 10-30%

-СиО ₂ 4-10%

-ТиО ₂ 2-5%

-Х ₂ О устава 12-30%.

Глиница се налази у бокситу у хидратном облику са две варијанте:

-монохидрати (Ал ₂ О ₃ · Х ₂ О), који имају два кристалографска облика, боемит и дијаспору

-Трихидратес (Ал ₂ О ₃ · 3Х ₂ О), које заступа гиббсите.

Боксит је главни извор алуминијума и испоручује већину алуминијума добијеног рударством.

- Депозити алуминијума

Измене

Углавном боксита формирана 40-50% Ал ₂ О ₃ , 20% Фе ₂ О ₃ и 3-10% од СиО ₂ .

Хидротхермал

Алуните.

Магматиц

Алуминијеве стене са минералима као што су сенити, нефелин и анортхити (20% Ал ₂ О ₃ ).

Метаморпхиц

Алуминијум силикати (андалусит, силлиманит и кианит).

Детритици

Наслаге каолина и разне глине (32% Ал ₂ О ₃ ).

- експлоатација боксита

Боксит се минира под отвореним небом. Након што се сакупе стене или глине које се садрже, дробе се и млеве у млиновима са куглом и шипкама, док се не добију честице пречника 2 мм. У тим процесима третирани материјал остаје навлажен.

При добијању глинице слиједи поступак који је Баиер створио 1989. Уземљени боксит се дигести додатком натријум-хидроксида, формирајући натријум-алуминат који се солубилизира; док загађивачи гвожђе, титанијум и силицијум оксид остају у суспензији.

Контаминанти се декантирају, а хлађењем и разблаживањем таложи се трихидрат глинице из натријум-алумината. Након тога, трихидрирана глиница се суши да би се добила безводна глиница и вода.

- Електролиза глинице

Да би се добио алуминијум, глиница се подвргава електролизи, обично по методи коју је створио Халл-Хероулт (1886). Процес се састоји у редукцији растопљеног глинице у криолит.

Кисеоник се везује за угљеничну аноду и ослобађа се као угљен диоксид. У међувремену, ослобођени алуминијум се таложи на дну електролитичке ћелије где се накупља.

Легуре

Легуре алуминијума обично се идентификују са четири броја.

1ккк

Код 1ккк одговара алуминијуму чистоће 99%.

2ккк

Код 2ккк одговара легуру алуминијума са бакром. То су јаке легуре које су коришћене у ваздухопловним возилима, али су се пукле од корозије. Ове легуре су познате као дуралумин.

3ккк

3ккк код обухвата легуре у које се алуминијуму додају манган и мала количина магнезијума. Они су легуре веома отпорне на хабање, па се користе легура 3003 за израду кухињског прибора и 3004 у лименкама за пиће.

4ккк

4ккк код представља легуре у које се алуминијум додаје алуминијуму, који смањује талиште метала. Ова легура се користи у производњи жица за заваривање. Легура 4043 користи се у заваривању аутомобила и конструкцијских елемената.

5ккк

Код 5ккк обухвата легуре у којима се магнезијум превасходно додаје алуминијуму.

Они су јаке легуре отпорне на корозију морске воде, које се користе за израду посуда под притиском и разних примјена у мору. Легура 5182 користи се за израду поклопца лименки са содом.

6ккк

Шифра 6ккк обухвата легуре у које се алуминијуму додају силицијум и магнезијум. Ове легуре су ливене, заваривајуће и отпорне на корозију. Најчешћа легура из ове серије користи се у архитектури, рамовима за бицикле и конструкцији иПхонеа 6.

7ккк

Код 7ккк означује легуре у које се цинк додаје алуминијуму. Ове легуре, такође назване Ергал, отпорне су на ломове и велике су тврдоће, користећи легуре 7050 и 7075 у конструкцији летелица.

Ризици

Директно излагање

Контакт са алуминијумским прахом може изазвати иритацију коже и ока. Дуготрајно, велика изложеност алуминијуму може изазвати симптоме налик грипу, главобољу, температуру и зимицу; Поред тога, могу се појавити болови и стезање у грудима.

Изложеност финој алуминијумској прашини може узроковати ожиљке на плућима (плућна фиброза), са симптомима кашља и недостатка даха. ОСХА је утврдила ограничење од 5 мг / м ³ за излагање алуминијумској прашини током 8 сати радног дана.

Вредност биолошке толеранције за професионално излагање алуминијуму је утврђена на 50 µг / г креатинина у урину. Смањење перформанси у неуропсихолошким тестовима догађа се када концентрација алуминијума у ​​урину прелази 100 µг / г креатинина.

Карцином дојке

Алуминијум се користи као алуминијум хидрохлорид у дезодорансима против експресије, који су повезани са развојем карцинома дојке. Међутим, тај однос није између осталог јасно утврђен, јер апсорпција алуминијум хидроклорида у кожи износи само 0,01%.

Неуротоксични ефекти

Алуминијум је неуротоксичан и код људи са професионалним излагањем повезан је са неуролошким болестима, међу којима је и Алзхеимерова болест.

Мозак Алзхеимерових пацијената има високу концентрацију алуминијума; али није познато да ли је узрок болести или последица те болести.

Утврђено је присуство неуротоксичних ефеката код пацијената на дијализи. У овом поступку, као фосфатно везиво коришћене су алуминијумске соли, које производе високе концентрације алуминијума у ​​крви (> 100 µг / Л плазме).

Болесници оболели су од дезоријентације, проблема са памћењем и у поодмаклој фази, деменције. Неуротоксичност алуминијума објашњава се зато што га је мозак тешко елиминисао и утиче на његово функционисање.

Унос алуминијума

Алуминијум је присутан у многим намирницама, посебно у чају, зачинима и уопште у поврћу. Европска агенција за сигурност хране (ЕФСА) утврдила је границу толеранције за унос алуминијума у ​​храни од 1 мг / кг тјелесне тежине дневно.

2008. године, ЕФСА је процијенила да се дневни унос алуминија у храну креће између 3 и 10 мг дневно, због чега је закључено да он не представља ризик за здравље; као и употреба алуминијумских помагала за кување хране.

Апликације

- Као метал

Електрични

Алуминијум је добар електрични проводник, због чега се користи у легурама у електричним далеководима, моторима, генераторима, трансформаторима и кондензаторима.

Зграда

Алуминијум се користи у производњи оквира врата и прозора, преграда, ограда, облога, топлотних изолатора, плафона итд.

Транспорт

Алуминијум се користи у производњи делова за аутомобиле, авионе, камионе, бицикле, мотоцикле, чамце, свемирске бродове, вагоне итд.

Контејнери

Алуминијске конзерве за различите врсте хране. Извор: Пкхере.

Алуминијум се користи за прављење лименки за пиће, посуда за пиво, послужавника, итд.

Кућа

Кашике од алуминијума Извор: Пекелс.

Алуминијум се користи за израду кухињског прибора: лонци, таве, таве и амбалажни папир; поред намештаја, лампи итд.

Рефлективна снага

Алуминијум ефикасно одражава зрачење енергије; од ултраљубичастог светла до инфрацрвеног зрачења. Рефлективна снага алуминијума у ​​видљивој светлости је око 80%, што омогућава његову употребу као сенку у лампама.

Поред тога, алуминијум задржава своју одсевну карактеристику сребра чак и у облику финог праха, тако да се може користити у производњи сребрних боја.

- Једињења алуминијума

Глиница

Користи се за израду металног алуминијума, изолатора и свећица. Када се глиница загрева, развија порозну структуру која апсорбује воду, а користи се за сушење гасова и служи као седиште за деловање катализатора у различитим хемијским реакцијама.

Алуминијум сулфат

Користи се у производњи папира и као површинско пунило. Алуминијум сулфат служи за формирање калијум алуминијума. Ово је најраширенији алум и са бројним апликацијама; као што су производња лекова, боја и подлога за бојење тканина.

Алуминијум хлорид

То је најчешће коришћени катализатор у реакцијама Фриедел-Црафтс. Ово су синтетичке органске реакције које се користе у припреми ароматичних кетона и антракинона. Хидрирани алуминијум хлорид се користи као актуелни антиперспирант и дезодоранс.

Алуминијум хидроксид

Користи се за водоотпорне тканине и производњу алумината.

Референце

1. Схивер & Аткинс. (2008). Неорганска хемија . (Четврто издање). Мц Грав Хилл.
2. Википедиа. (2019). Алуминијум. Опоравак од: ен.википедиа.орг
3. Национални центар за информације о биотехнологији. (2019). Алуминијум. ПубЦхем база података. ЦИД = 5359268. Опоравак од: пубцхем.нцби.нлм.них.гов/цомпоунд/Алуминиум
4. Уредници Енцицлопаедиа Британница. (13. јануара 2019). Алуминијум. Енцицлопӕдиа Британница. Опоравак од: британница.цом
5. УЦ Русал. (сф) Историја алуминијума Опоравак од: алуминилеадер.цом
6. Универзитет Овиедо. (2019). Метална металургија алуминијума. . Опоравак од: униовиедо.ес
7. Хелменстине, др Анне Марие (6. фебруара 2019). Алуминијум или легуре алуминијума. Опоравак од: тхинкцо.цом
8. Клотз, К., Веистенхофер, В., Нефф, Ф., Хартвиг, А., ван Тхриел, Ц., & Дреклер, Х. (2017). Здравствени ефекти изложености алуминијуму. Деутсцхес Арзтеблатт интернатионал, 114 (39), 653–659. дои: 10.3238 / арзтебл.2017.0653
9. Елсевиер. (2019). Алуминијске легуре. Опоравак од: сциенцедирецт.цом
10. Наталиа ГМ (16. јануар 2012). Доступност алуминијума у ​​храни. Опоравак од: потрошач.ес