WAS IST ALUMINIUM

Leicht, langlebig, korrosionsbeständig und funktional – diese Kombination von Eigenschaften hat Aluminium zum wichtigsten Konstruktionswerkstoff unserer Zeit gemacht. Aluminium steckt in den Häusern, in denen wir leben, in den Autos, Zügen und Flugzeugen, mit denen wir reisen, in Mobiltelefonen und Computern, in Kühlschrankregalen und in modernen Innenräumen. Doch vor 200 Jahren wusste man wenig über dieses Metall.

„Was jahrhundertelang unmöglich schien, was gestern nur ein gewagter Traum war, wird heute zu einer echten Aufgabe und morgen zu einer Errungenschaft.“

Sergej Pawlowitsch Koroljow
Wissenschaftler, Designer, Begründer der praktischen Raumfahrt

Aluminium – silberweißes Metall, 13. Element Periodensystem Mendelejew. Unglaublich, aber wahr: Aluminium ist das am häufigsten vorkommende Metall auf der Erde, macht mehr als 8 % der Gesamtmasse der Erdkruste aus und ist das dritthäufigste Metall Chemisches Element auf unserem Planeten nach Sauerstoff und Silizium.

Allerdings kommt Aluminium in der Natur nicht vor reiner Form aufgrund seiner hohen chemischen Aktivität. Deshalb haben wir erst vor relativ kurzer Zeit davon erfahren. Aluminium wurde offiziell erst 1824 hergestellt und es verging noch ein halbes Jahrhundert, bis mit der industriellen Produktion begonnen wurde.

Am häufigsten kommt in der Natur Aluminium in der Zusammensetzung vor Alaun. Hierbei handelt es sich um Mineralien, die zwei Salze der Schwefelsäure kombinieren: eines auf Basis eines Alkalimetalls (Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium oder Cäsium) und das andere auf Basis eines Metalls der dritten Gruppe des Periodensystems, hauptsächlich Aluminium.

Alaun wird auch heute noch in der Wasseraufbereitung, beim Kochen, in der Medizin, Kosmetik, Chemie und anderen Industrien verwendet. Seinen Namen erhielt Aluminium übrigens von Alaun, das auf Lateinisch Alamen genannt wurde.

Korund

Rubine, Saphire, Smaragde und Aquamarin sind Aluminiummineralien.
Die ersten beiden gehören zu Korund – das ist Aluminiumoxid (Al 2 O 3) in kristalliner Form. Es hat eine natürliche Transparenz und übertrifft in seiner Stärke nur Diamanten. Panzerglas, Flugzeugfenster und Smartphone-Bildschirme werden aus Saphir hergestellt.
Und eines der weniger wertvollen Korundmineralien, Schmirgel, wird als Schleifmittel verwendet, unter anderem zur Herstellung von Schleifpapier.

Heute sind fast 300 verschiedene Aluminiumverbindungen und Mineralien bekannt – vom Feldspat, dem wichtigsten gesteinsbildenden Mineral der Erde, bis hin zu den nicht mehr so ​​häufig vorkommenden Rubinen, Saphiren oder Smaragden.

Hans Christian Oersted(1777–1851) – dänischer Physiker, Ehrenmitglied der St. Petersburger Akademie der Wissenschaften (1830). Geboren in der Stadt Rudkörbing in der Familie eines Apothekers. 1797 schloss er sein Studium an der Universität Kopenhagen ab, 1806 wurde er Professor.

Aber egal wie verbreitet Aluminium war, seine Entdeckung wurde erst möglich, als Wissenschaftlern ein neues Werkzeug zur Verfügung stand, das es ermöglichte, komplexe Substanzen in einfachere zu zerlegen – elektrischer Strom.

Und im Jahr 1824 gewann der dänische Physiker Hans Christian Oersted mithilfe des Elektrolyseverfahrens Aluminium. Es war mit Verunreinigungen wie Kalium und Quecksilber verunreinigt chemische Reaktionen Dies war jedoch das erste Mal, dass Aluminium hergestellt wurde.

Mittels Elektrolyse wird Aluminium auch heute noch hergestellt.

Der Rohstoff für die Aluminiumproduktion ist heute ein weiteres in der Natur vorkommendes Aluminiumerz – Bauxit. Dies ist ein toniges Gestein, das aus verschiedenen Modifikationen von Aluminiumhydroxid mit einer Beimischung von Oxiden von Eisen, Silizium, Titan, Schwefel, Gallium, Chrom, Vanadium, Carbonatsalzen von Kalzium, Eisen und Magnesium besteht – fast die Hälfte des Periodensystems. Im Durchschnitt wird aus 4-5 Tonnen Bauxit 1 Tonne Aluminium hergestellt.

Bauxit

Bauxit wurde 1821 vom Geologen Pierre Berthier in Südfrankreich entdeckt. Die Rasse erhielt ihren Namen nach der Gegend von Les Baux, in der sie gefunden wurde. Etwa 90 % der weltweiten Bauxitreserven sind in Ländern der tropischen und subtropischen Zone konzentriert – Guinea, Australien, Vietnam, Brasilien, Indien und Jamaika.

Es wird aus Bauxit gewonnen Aluminiumoxid. Dabei handelt es sich um Aluminiumoxid Al 2 O 3, das die Form eines weißen Pulvers hat und aus dem durch Elektrolyse in Aluminiumhütten Metall hergestellt wird.

Die Aluminiumproduktion erfordert riesige Menge Elektrizität. Um eine Tonne Metall zu produzieren, werden etwa 15 MWh Energie benötigt – so viel verbraucht ein 100-Wohnungs-Haus für einen ganzen Monat. Daher ist es am sinnvollsten, Aluminiumhütten in der Nähe leistungsstarker und erneuerbarer Energiequellen zu errichten. Die optimalste Lösung ist Wasserkraftwerke, was die stärkste aller Arten „grüner Energie“ darstellt.

Eigenschaften von Aluminium

Aluminium verfügt über eine seltene Kombination wertvoller Eigenschaften. Dies ist eines der leichtesten Metalle in der Natur: Es ist fast dreimal leichter als Eisen, aber gleichzeitig stark, äußerst duktil und nicht anfällig für Korrosion, da seine Oberfläche immer mit einem dünnen, aber sehr haltbaren Oxid bedeckt ist Film. Es ist nicht magnetisch, leitet Elektrizität gut und bildet mit fast allen Metallen Legierungen.

Einfach

Dreimal leichter als Eisen

Dauerhaft

Vergleichbar in der Festigkeit mit Stahl

Plastik

Geeignet für alle Arten der mechanischen Bearbeitung

Keine Korrosion

Ein dünner Oxidfilm schützt vor Korrosion

Aluminium lässt sich leicht durch Druck verarbeiten, sowohl heiß als auch kalt. Es kann gerollt, gezeichnet, gestempelt werden. Aluminium brennt nicht, erfordert keine spezielle Lackierung und ist im Gegensatz zu Kunststoff ungiftig.

Die Formbarkeit von Aluminium ist sehr hoch: Daraus können Bleche mit einer Dicke von nur 4 Mikrometern und dünnster Draht hergestellt werden. Und ultradünne Aluminiumfolie ist dreimal dünner als ein menschliches Haar. Darüber hinaus ist es im Vergleich zu anderen Metallen und Materialien wirtschaftlicher.

Die hohe Fähigkeit, mit verschiedenen chemischen Elementen Verbindungen einzugehen, hat zur Entstehung vieler Aluminiumlegierungen geführt. Schon ein geringer Anteil an Verunreinigungen verändert die Eigenschaften des Metalls erheblich und eröffnet neue Anwendungsgebiete. Beispielsweise ist die Kombination von Aluminium mit Silizium und Magnesium buchstäblich auf der Straße im Alltag zu finden – in Form von Leichtmetallfelgen, Motoren, Fahrwerkselementen und anderen Teilen eines modernen Autos. Und wenn man der Aluminiumlegierung Zink hinzufügt, dann hält man es vielleicht jetzt in den Händen, denn diese Legierung wird bei der Herstellung von Hüllen für Mobiltelefone und Tablets verwendet. Unterdessen erfinden Wissenschaftler weiterhin neue Aluminiumlegierungen.
Aluminiumreserven
Ungefähr 75 % des während des Bestehens der Branche produzierten Aluminiums werden auch heute noch verwendet.

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(Al), Gallium (Ga), Indium (In) und Thallium (T l).

Wie aus den obigen Daten hervorgeht, wurden alle diese Elemente in entdeckt 19. Jahrhundert.

Entdeckung von Metallen der Hauptuntergruppe III Gruppen

Bor ist ein Nichtmetall. Aluminium ist ein Übergangsmetall, während Gallium, Indium und Thallium vollwertige Metalle sind. Mit zunehmenden Radien der Atome der Elemente jeder Gruppe des Periodensystems nehmen also die metallischen Eigenschaften einfacher Stoffe zu.

In diesem Vortrag werden wir uns die Eigenschaften von Aluminium genauer ansehen.

1. Die Stellung von Aluminium in der Tabelle von D. I. Mendeleev. Atomstruktur, weist Oxidationsstufen auf.

Das Aluminiumelement befindet sich darin III Gruppe, Hauptuntergruppe „A“, 3. Periode des Periodensystems, Ordnungsnummer Nr. 13, relative Atommasse Ar(Al ) = 27. Sein Nachbar links in der Tabelle ist Magnesium, ein typisches Metall, und rechts Silizium, ein Nichtmetall. Folglich muss Aluminium Eigenschaften mittlerer Natur aufweisen und seine Verbindungen sind amphoter.

Al +13) 2) 8) 3, p – Element,

Aluminium weist in folgenden Verbindungen eine Oxidationsstufe von +3 auf:

Al 0 – 3 e - → Al +3

2. Physikalische Eigenschaften

Aluminium in seiner freien Form ist ein silberweißes Metall mit hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit.Schmelzpunkt 650 °C. Aluminium hat eine geringe Dichte (2,7 g/cm 3) – etwa dreimal weniger als die von Eisen oder Kupfer, und ist gleichzeitig ein langlebiges Metall.

3. In der Natur sein

In Bezug auf die Prävalenz in der Natur liegt es an der Spitze Platz 1 unter den Metallen und Platz 3 unter den Elementen, an zweiter Stelle nach Sauerstoff und Silizium. Der Anteil des Aluminiumgehalts in der Erdkruste liegt nach Angaben verschiedener Forscher zwischen 7,45 und 8,14 % der Masse der Erdkruste.

In der Natur kommt Aluminium nur in Verbindungen vor (Mineralien).

Einige von ihnen:

· Bauxit - Al 2 O 3 H 2 O (mit Verunreinigungen von SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· Nephelinen - KNa 3 4

· Alunite - KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· Aluminiumoxid (Mischungen aus Kaolinen mit Sand SiO 2, Kalkstein CaCO 3, Magnesit MgCO 3)

· Korund - Al 2 O 3

· Feldspat (Orthoklas) – K 2 O×Al 2 O 3 ×6SiO 2

· Kaolinit – Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O

· Alunit - (Na,K) 2 SO 4 ×Al 2 (SO 4) 3 ×4Al(OH) 3

· Beryl - 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

4. Chemische Eigenschaften von Aluminium und seinen Verbindungen

Aluminium reagiert unter normalen Bedingungen leicht mit Sauerstoff und ist mit einem Oxidfilm überzogen (der ihm ein mattes Aussehen verleiht).

DEMONSTRATION EINES OXIDFILM

Seine Dicke beträgt 0,00001 mm, aber dank ihm korrodiert Aluminium nicht. Um die chemischen Eigenschaften von Aluminium zu untersuchen, wird der Oxidfilm entfernt. (Mit Sandpapier oder chemisch: Zuerst in eine Alkalilösung eintauchen, um den Oxidfilm zu entfernen, und dann in eine Lösung von Quecksilbersalzen, um eine Legierung aus Aluminium mit Quecksilber – Amalgam – zu bilden.)

ICH. Wechselwirkung mit einfachen Substanzen

Bereits bei Raumtemperatur reagiert Aluminium aktiv mit allen Halogenen und bildet Halogenide. Beim Erhitzen reagiert es mit Schwefel (200 °C), Stickstoff (800 °C), Phosphor (500 °C) und Kohlenstoff (2000 °C), mit Jod in Gegenwart eines Katalysators – Wasser:

2A l + 3 S = A l 2 S 3 (Aluminiumsulfid),

2A l + N 2 = 2A lN (Aluminiumnitrid),

A l + P = A l P (Aluminiumphosphid),

4A l + 3C = A l 4 C 3 (Aluminiumcarbid).

2 Al +3 I 2 =2 Al I 3 (Aluminiumiodid) ERFAHRUNG

Alle diese Verbindungen werden vollständig hydrolysiert und bilden Aluminiumhydroxid und dementsprechend Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Phosphin und Methan:

Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S

Al 4 C 3 + 12H 2 O = 4Al(OH) 3 + 3CH 4

In Form von Spänen oder Pulver brennt es hell an der Luft und gibt dabei viel Wärme ab:

4A l + 3 O 2 = 2A l 2 O 3 + 1676 kJ.

ALUMINIUMVERBRENNUNG IN LUFT

ERFAHRUNG

II. Interaktion mit komplexen Substanzen

Wechselwirkung mit Wasser :

2 Al + 6 H 2 O=2 Al (OH) 3 +3 H 2

ohne Oxidfilm

ERFAHRUNG

Wechselwirkung mit Metalloxiden:

Aluminium ist ein gutes Reduktionsmittel, da es zu den aktiven Metallen zählt. Es rangiert in der Aktivitätsreihe unmittelbar nach den Erdalkalimetallen. Deshalb stellt Metalle aus ihren Oxiden wieder her . Diese Reaktion, Aluminothermie, wird zur Herstellung reiner seltener Metalle wie Wolfram, Vanadium usw. genutzt.

3 Fe 3 O 4 +8 Al =4 Al 2 O 3 +9 Fe + Q

Beim Thermitschweißen wird auch eine Thermitmischung aus Fe 3 O 4 und Al (Pulver) verwendet.

C r 2 O 3 + 2A l = 2C r + Al 2 O 3

Wechselwirkung mit Säuren :

Mit Schwefelsäurelösung: 2 Al+ 3 H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 +3 H 2

Es reagiert nicht mit kaltem konzentriertem Schwefel und Stickstoff (Passivierung). Daher wird Salpetersäure in Aluminiumtanks transportiert. Beim Erhitzen ist Aluminium in der Lage, diese Säuren zu reduzieren, ohne Wasserstoff freizusetzen:

2A l + 6H 2 S O 4 (konz.) = A l 2 (S O 4) 3 + 3 S O 2 + 6H 2 O,

A l + 6H NO 3 (konz.) = A l (NO 3 ) 3 + 3 NO 2 + 3H 2 O.

Wechselwirkung mit Alkalien .

2 Al + 2 NaOH + 6 H 2 O = 2 Na [ Al(OH)4 ] +3 H 2

ERFAHRUNG

N / A[Al(OH) 4 ] – Natriumtetrahydroxyaluminat

Auf Anregung des Chemikers Gorbow wurde diese Reaktion während des Russisch-Japanischen Krieges zur Herstellung von Wasserstoff für Ballons genutzt.

Mit Salzlösungen:

2 Al + 3 CuSO 4 = Al 2 (SO 4 ) 3 + 3 Cu

Wird die Oberfläche von Aluminium mit Quecksilbersalz eingerieben, kommt es zu folgender Reaktion:

2 Al + 3 HgCl 2 = 2 AlCl 3 + 3 Hg

Das freigesetzte Quecksilber löst Aluminium auf und bildet Amalgam .

Nachweis von Aluminiumionen in Lösungen : ERFAHRUNG

5. Anwendung von Aluminium und seinen Verbindungen

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aluminium haben zu seiner breiten Anwendung in der Technologie geführt. Die Luftfahrtindustrie ist ein Hauptverbraucher von Aluminium: 2/3 des Flugzeugs bestehen aus Aluminium und seinen Legierungen. Ein Stahlflugzeug wäre zu schwer und könnte weit weniger Passagiere befördern. Deshalb wird Aluminium als geflügeltes Metall bezeichnet. Kabel und Leitungen bestehen aus Aluminium: Bei gleicher elektrischer Leitfähigkeit ist ihre Masse 2-mal geringer als die der entsprechenden Kupferprodukte.

In Anbetracht der Korrosionsbeständigkeit von Aluminium ist dies der Fall stellen Maschinenteile und Behälter für Salpetersäure her. Aluminiumpulver ist die Grundlage für die Herstellung von Silberfarbe zum Schutz von Eisenprodukten vor Korrosion. Um Wärmestrahlen zu reflektieren, wird diese Farbe zum Abdecken von Öllagertanks und Feuerwehranzügen verwendet.

Aluminiumoxid wird zur Herstellung von Aluminium und auch als feuerfestes Material verwendet.

Aluminiumhydroxid ist der Hauptbestandteil der bekannten Medikamente Maalox und Almagel, die den Säuregehalt des Magensaftes reduzieren.

Aluminiumsalze sind stark hydrolysiert. Diese Eigenschaft wird bei der Wasserreinigung genutzt. Dem zu reinigenden Wasser werden Aluminiumsulfat und eine kleine Menge gelöschter Kalk zugesetzt, um die entstehende Säure zu neutralisieren. Dadurch wird ein voluminöser Niederschlag aus Aluminiumhydroxid freigesetzt, der beim Absetzen suspendierte Trübungspartikel und Bakterien mit sich führt.

Somit ist Aluminiumsulfat ein Gerinnungsmittel.

6. Aluminiumproduktion

1) Eine moderne, kostengünstige Methode zur Herstellung von Aluminium wurde 1886 vom Amerikaner Hall und dem Franzosen Héroult erfunden. Dabei wird eine Lösung von Aluminiumoxid in geschmolzenem Kryolith elektrolysiert. Geschmolzener Kryolith Na 3 AlF 6 löst Al 2 O 3 auf, genau wie Wasser Zucker auflöst. Die Elektrolyse einer „Lösung“ von Aluminiumoxid in geschmolzenem Kryolith erfolgt so, als ob der Kryolith nur das Lösungsmittel und das Aluminiumoxid der Elektrolyt wäre.

2Al 2 O 3 elektrischer Strom →4Al + 3O 2

In der englischen „Encyclopedia for Boys and Girls“ beginnt ein Artikel über Aluminium mit folgenden Worten: „Am 23. Februar 1886 begann ein neues Metallzeitalter in der Geschichte der Zivilisation – das Zeitalter des Aluminiums.“ An diesem Tag betrat Charles Hall, ein 22-jähriger Chemiker, das Labor seines ersten Lehrers mit einem Dutzend kleiner Kugeln aus silberweißem Aluminium in der Hand und mit der Nachricht, dass er einen Weg gefunden hatte, das Metall kostengünstig und kostengünstig herzustellen in grossen Mengen." So wurde Hall zum Begründer der amerikanischen Aluminiumindustrie und zum angelsächsischen Nationalhelden, als ein Mann, der die Wissenschaft in ein großes Geschäft verwandelte.

2) 2Al 2 O 3 +3 C=4 Al+3 CO 2

DAS IST INTERESSANT:

• Aluminiummetall wurde erstmals 1825 vom dänischen Physiker Hans Christian Oersted isoliert. Indem er Chlorgas durch eine mit Kohle vermischte Schicht aus heißem Aluminiumoxid leitete, isolierte Oersted Aluminiumchlorid ohne die geringste Spur von Feuchtigkeit. Um metallisches Aluminium wiederherzustellen, musste Oersted Aluminiumchlorid mit Kaliumamalgam behandeln. 2 Jahre später der deutsche Chemiker Friedrich Woeller. Er verbesserte die Methode, indem er Kaliumamalgam durch reines Kalium ersetzte.
• Im 18. und 19. Jahrhundert war Aluminium das Hauptmetall für Schmuck. Im Jahr 1889 erhielt D. I. Mendeleev in London ein wertvolles Geschenk für seine Verdienste um die Entwicklung der Chemie – eine Waage aus Gold und Aluminium.
• Bis 1855 hatte der französische Wissenschaftler Saint-Clair Deville ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiummetall im technischen Maßstab entwickelt. Aber die Methode war sehr teuer. Deville genoss die besondere Schirmherrschaft von Napoleon III., Kaiser von Frankreich. Als Zeichen seiner Hingabe und Dankbarkeit fertigte Deville für Napoleons Sohn, den neugeborenen Prinzen, eine elegant gravierte Rassel an – das erste „Konsumprodukt“ aus Aluminium. Napoleon hatte sogar vor, seine Wachen mit Aluminiumkürass auszustatten, doch der Preis erwies sich als unerschwinglich. Damals kostete 1 kg Aluminium 1000 Mark, also 5-mal teurer als Silber. Erst nach der Erfindung des Elektrolyseverfahrens erlangte Aluminium den gleichen Wert wie gewöhnliche Metalle.
• Wussten Sie, dass Aluminium, wenn es in den menschlichen Körper gelangt, eine Störung des Nervensystems verursacht? Bei einem Überschuss wird der Stoffwechsel gestört. Und Schutzmittel sind Vitamin C, Calcium- und Zinkverbindungen.
• Beim Verbrennen von Aluminium in Sauerstoff und Fluor wird viel Wärme freigesetzt. Daher wird es als Zusatz zu Raketentreibstoff verwendet. Die Saturn-Rakete verbrennt während ihres Fluges 36 Tonnen Aluminiumpulver. Die Idee, Metalle als Bestandteil von Raketentreibstoff zu verwenden, wurde erstmals von F. A. Zander vorgeschlagen.

ÜBUNGEN

Simulator Nr. 1 – Eigenschaften von Aluminium nach Position im Periodensystem der Elemente von D. I. Mendeleev

Simulator Nr. 2 – Reaktionsgleichungen von Aluminium mit einfachen und komplexen Stoffen

Simulator Nr. 3 – Chemische Eigenschaften von Aluminium

ZUTEILUNGSAUFGABEN

Nr. 1. Um Aluminium aus Aluminiumchlorid zu gewinnen, kann Calciummetall als Reduktionsmittel verwendet werden. Schreiben Sie eine Gleichung für diese chemische Reaktion und charakterisieren Sie diesen Prozess mithilfe einer elektronischen Waage.
Denken! Warum kann diese Reaktion nicht in einer wässrigen Lösung durchgeführt werden?

Nr. 2. Vervollständigen Sie die Gleichungen chemischer Reaktionen:
Al + H 2 SO 4 (Lösung ) ->
Al + CuCl 2 ->
Al + HNO3 ( Konz. ) - t ->
Al + NaOH + H 2 O ->

Nr. 3. Führen Sie die Transformationen durch:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al(OH) 3 - t -> Al 2 O 3 -> Al

Nummer 4. Das Problem lösen:
Eine Aluminium-Kupfer-Legierung wurde beim Erhitzen einem Überschuss an konzentrierter Natronlauge ausgesetzt. Es wurden 2,24 Liter Gas (n.o.) freigesetzt. Berechnen Sie die prozentuale Zusammensetzung der Legierung, wenn ihre Gesamtmasse 10 g beträgt?

Aluminium- ein Element der Hauptuntergruppe der dritten Gruppe der dritten Periode des Periodensystems der chemischen Elemente von D.I. Mendelejew, Ordnungszahl 13. Gekennzeichnet durch das Symbol Al (Aluminium). Gehört zur Gruppe der Leichtmetalle. Das häufigste Metall und das dritthäufigste (nach Sauerstoff und Silizium) chemische Element in der Erdkruste.

Der einfache Stoff Aluminium (CAS-Nummer: 7429-90-5) ist ein leichtes, paramagnetisches Metall von silbrig-weißer Farbe, leicht zu formen, zu gießen, Bearbeitung. Aluminium weist eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit auf schnelle Bildung dauerhafte Oxidfilme, die die Oberfläche vor weiteren Wechselwirkungen schützen.

Nach einigen biologische Forschung Die Aufnahme von Aluminium in den menschlichen Körper galt als Faktor bei der Entstehung der Alzheimer-Krankheit, doch diese Studien wurden später kritisiert und die Schlussfolgerung über den Zusammenhang zwischen dem einen und dem anderen widerlegt.

Geschichte

Aluminium wurde erstmals 1825 von Hans Oersted durch Einwirkung von Kaliumamalgam auf Aluminiumchlorid und anschließende Destillation von Quecksilber gewonnen.

Quittung

Moderne Methode Der Empfang wurde unabhängig vom Amerikaner Charles Hall und dem Franzosen Paul Héroult entwickelt. Es besteht darin, Aluminiumoxid Al 2 O 3 in einer Kryolithschmelze Na 3 AlF 6 aufzulösen und anschließend mit Graphitelektroden zu elektrolysieren. Diese Produktionsmethode benötigt viel Strom und wurde daher erst im 20. Jahrhundert populär.

Zur Herstellung von 1 Tonne Rohaluminium werden 1.920 Tonnen Aluminiumoxid, 0,065 Tonnen Kryolith, 0,035 Tonnen Aluminiumfluorid, 0,600 Tonnen Anodenmasse und 17.000 kWh Gleichstrom benötigt.

Physikalische Eigenschaften

Das Metall ist silberweiß, hell, Dichte – 2,7 g/cm³, Schmelzpunkt für technisches Aluminium – 658 °C, für hochreines Aluminium – 660 °C, spezifische Schmelzwärme – 390 kJ/kg, Siedepunkt - 2500 °C, spezifische Verdampfungswärme - 10,53 MJ/kg, temporärer Widerstand von Gussaluminium - 10-12 kg/mm², verformbar - 18-25 kg/mm², Legierungen - 38-42 kg/mm².

Die Brinell-Härte beträgt 24–32 kgf/mm², hohe Duktilität: technisch – 35 %, rein – 50 %, gerollt in dünne Bleche und sogar Folie.

Aluminium hat eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, 65 % der elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer, und weist ein hohes Lichtreflexionsvermögen auf.

Aluminium bildet mit fast allen Metallen Legierungen.

In der Natur sein

Natürliches Aluminium besteht fast ausschließlich aus einem einzigen stabilen Isotop, 27Al, mit Spuren von 26Al, einem radioaktiven Isotop mit einer Halbwertszeit von 720.000 Jahren, das in der Atmosphäre durch Bombardierung von Kernen entsteht Argon Protonen der kosmischen Strahlung.

In Bezug auf die Häufigkeit in der Natur steht es an erster Stelle unter den Metallen und an dritter Stelle unter den Elementen, gleich hinter Sauerstoff und Silizium. Der Anteil des Aluminiumgehalts in der Erdkruste liegt nach Angaben verschiedener Forscher zwischen 7,45 und 8,14 % der Masse der Erdkruste.

In der Natur kommt Aluminium nur in Verbindungen (Mineralien) vor. Einige von ihnen:

• Bauxit - Al 2 O 3. H 2 O (mit Verunreinigungen SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)
• Nephelinen - KNa 3 4
• Alunite - KAl(SO 4) 2. 2Al(OH) 3
• Aluminiumoxid (Mischungen aus Kaolinen mit Sand SiO 2, Kalkstein CaCO 3, Magnesit MgCO 3)
• Korund - Al 2 O 3
• Feldspat (Orthoklas) – K 2 O×Al 2 O 3 ×6SiO 2
• Kaolinit – Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O
• Alunit – (Na,K) 2 SO 4 ×Al 2 (SO 4) 3 ×4Al(OH) 3
• Beryll - 3BeO. Al 2 O 3 . 6SiO2

Natürliche Gewässer enthalten Aluminium in einer Form mit geringer Toxizität Chemische Komponenten, zum Beispiel Aluminiumfluorid. Die Art des Kations bzw. Anions hängt in erster Linie vom Säuregehalt des wässrigen Mediums ab. Aluminiumkonzentrationen in der Oberfläche Wasserteilchen Russland schwankt zwischen 0,001 und 10 mg/l.

Chemische Eigenschaften

Aluminiumhydroxid

Unter normalen Bedingungen ist Aluminium mit einem dünnen und dauerhaften Oxidfilm bedeckt und reagiert daher nicht mit klassischen Oxidationsmitteln: mit H 2 O (t°); Dadurch unterliegt Aluminium praktisch keiner Korrosion und ist daher in der modernen Industrie sehr gefragt. Wenn jedoch der Oxidfilm zerstört wird (z. B. bei Kontakt mit Lösungen von Ammoniumsalzen NH 4 +, heißen Laugen oder durch Amalgamierung), wirkt Aluminium als aktives reduzierendes Metall.

Reagiert leicht mit einfachen Substanzen:

• mit Sauerstoff: 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
• mit Halogenen: 2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
• reagiert beim Erhitzen mit anderen Nichtmetallen:
  • mit Schwefel unter Bildung von Aluminiumsulfid: 2Al + 3S = Al 2 S 3
  • mit Stickstoff bildet sich Aluminiumnitrid: 2Al + N 2 = 2AlN
  • mit Kohlenstoff unter Bildung von Aluminiumkarbid: 4Al + 3C = Al 4 C 3

Den Anfang machte die Methode, die 1886 fast gleichzeitig von Charles Hall in Frankreich und Paul Héroux in den USA erfunden wurde und auf der Herstellung von Aluminium durch Elektrolyse von in geschmolzenem Kryolith gelöstem Aluminiumoxid beruhte moderne Art und Weise Aluminiumproduktion. Seitdem hat sich die Aluminiumproduktion aufgrund von Verbesserungen in der Elektrotechnik verbessert. Einen bemerkenswerten Beitrag zur Entwicklung der Aluminiumoxidproduktion leisteten die russischen Wissenschaftler K. I. Bayer, D. A. Penyakov, A. N. Kuznetsov, E. I. Zhukovsky, A. A. Yakovkin und andere.

Die erste Aluminiumhütte Russlands wurde 1932 in Wolchow gebaut. Die metallurgische Industrie der UdSSR produzierte 1939 47,7 Tausend Tonnen Aluminium, weitere 2,2 Tausend Tonnen wurden importiert.

In Russland ist Russian Aluminium OJSC de facto der Monopolist in der Aluminiumproduktion, auf den etwa 13 % des Weltaluminiummarkts und 16 % des Aluminiumoxidmarkts entfallen.

Die weltweiten Bauxitreserven sind praktisch unbegrenzt, das heißt, sie entsprechen nicht der Dynamik der Nachfrage. Die vorhandenen Kapazitäten können bis zu 44,3 Millionen Tonnen produzieren Primäraluminium Im Jahr. Es sollte auch berücksichtigt werden, dass einige Anwendungen von Aluminium in Zukunft möglicherweise auf die Verwendung von beispielsweise Verbundwerkstoffen umgestellt werden.

Anwendung

Ein Stück Aluminium und eine amerikanische Münze.

Weit verbreitet als Baumaterial. Die Hauptvorteile von Aluminium in dieser Qualität sind Leichtigkeit, Formbarkeit zum Stanzen, Korrosionsbeständigkeit (an der Luft wird Aluminium sofort mit einem haltbaren Film aus Al 2 O 3 bedeckt, der eine weitere Oxidation verhindert), hohe Wärmeleitfähigkeit und Ungiftigkeit seiner Verbindungen. Insbesondere diese Eigenschaften haben dazu geführt, dass Aluminium bei der Herstellung von Kochgeschirr, Aluminiumfolie usw. äußerst beliebt ist Nahrungsmittelindustrie und zum Verpacken.

Der Hauptnachteil von Aluminium als Strukturwerkstoff ist seine geringe Festigkeit, daher wird es meist mit einer geringen Menge Kupfer und Magnesium legiert – Duraluminiumlegierung.

Die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium ist nur 1,7-mal geringer als die von Kupfer, während Aluminium etwa 2-mal günstiger ist. Daher wird es in der Elektrotechnik häufig zur Herstellung von Drähten, deren Abschirmung und sogar in der Mikroelektronik zur Herstellung von Leitern in Chips verwendet. Die geringere elektrische Leitfähigkeit von Aluminium (37 1/Ohm) im Vergleich zu Kupfer (63 1/Ohm) wird durch eine Vergrößerung des Querschnitts der Aluminiumleiter ausgeglichen. Der Nachteil von Aluminium als Elektrowerkstoff ist seine starke Oxidschicht, die das Löten erschwert.

• Aufgrund seiner komplexen Eigenschaften wird es häufig in Heizgeräten eingesetzt.
• Aluminium und seine Legierungen behalten ihre Festigkeit auch bei extrem niedrigen Temperaturen. Aus diesem Grund wird es häufig in der Kryotechnik eingesetzt.
• Hohes Reflexionsvermögen, kombiniert mit geringen Kosten und einfacher Abscheidung machen Aluminium zu einem idealen Material für die Herstellung von Spiegeln.
• Bei der Herstellung von Baustoffen als Gasbildner.
• Das Aluminieren verleiht Stahl und anderen Legierungen, wie Kolbenventilen von Verbrennungsmotoren, Turbinenschaufeln, Ölplattformen und Wärmetauschergeräten, Korrosions- und Zunderbeständigkeit und ersetzt auch das Verzinken.
• Aluminiumsulfid wird zur Herstellung von Schwefelwasserstoff verwendet.
• Es wird daran geforscht, geschäumtes Aluminium als besonders festen und leichten Werkstoff zu entwickeln.

Als Reduktionsmittel

• Als Bestandteil von Thermit, Mischungen für die Aluminothermie
• Aluminium wird zur Gewinnung seltener Metalle aus ihren Oxiden oder Halogeniden verwendet.

Aluminiumlegierungen

Als Konstruktionswerkstoff wird üblicherweise nicht reines Aluminium, sondern verschiedene darauf basierende Legierungen verwendet.

— Aluminium-Magnesium-Legierungen haben eine hohe Korrosionsbeständigkeit und sind gut schweißbar; Sie werden beispielsweise zur Herstellung der Rümpfe von Hochgeschwindigkeitsschiffen verwendet.

— Aluminium-Mangan-Legierungen ähneln in vielerlei Hinsicht Aluminium-Magnesium-Legierungen.

— Aluminium-Kupfer-Legierungen (insbesondere Duraluminium) können einer Wärmebehandlung unterzogen werden, wodurch ihre Festigkeit erheblich erhöht wird. Leider können wärmebehandelte Materialien nicht geschweißt werden, daher werden Flugzeugteile immer noch mit Nieten verbunden. Eine Legierung mit einem höheren Kupfergehalt ist farblich dem Gold sehr ähnlich und wird manchmal verwendet, um Letzteres zu imitieren.

— Zum Gießen eignen sich am besten Aluminium-Silizium-Legierungen (Silumine). Aus ihnen werden häufig Fälle verschiedener Mechanismen gegossen.

— Komplexe Legierungen auf Aluminiumbasis: Avial.

— Aluminium geht bei einer Temperatur von 1,2 Kelvin in den supraleitenden Zustand über.

Aluminium als Zusatz zu anderen Legierungen

Aluminium ist ein wichtiger Bestandteil vieler Legierungen. Beispielsweise sind in Aluminiumbronzen die Hauptbestandteile Kupfer und Aluminium. In Magnesiumlegierungen wird am häufigsten Aluminium als Zusatzstoff verwendet. Für die Herstellung von Spiralen in Elektroheizgeräten wird (neben anderen Legierungen) Fechral (Fe, Cr, Al) verwendet.

Schmuck

Als Aluminium noch sehr teuer war, wurden daraus verschiedenste Schmuckstücke hergestellt. Die Mode für sie verging sofort, als neue Technologien für ihre Herstellung auf den Markt kamen, was die Kosten um ein Vielfaches senkte. Heutzutage wird Aluminium manchmal bei der Herstellung von Modeschmuck verwendet.

Glasherstellung

Bei der Glasherstellung werden Fluorid, Phosphat und Aluminiumoxid verwendet.

Lebensmittelindustrie

Aluminium ist registriert als Lebensmittelzusatzstoffe E173.

Aluminium und seine Verbindungen in der Raketentechnik

Aluminium und seine Verbindungen werden als hocheffizienter Treibstoff in Raketentreibstoffen mit zwei Treibstoffen und als brennbare Komponente in Feststoffraketentreibstoffen verwendet. Als Raketentreibstoff sind folgende Aluminiumverbindungen von größtem praktischem Interesse:

— Aluminium: Treibstoff in Raketentreibstoffen. Wird in Form von Pulver und Suspensionen in Kohlenwasserstoffen usw. verwendet.
— Aluminiumhydrid
— Aluminiumboranat
— Trimethylaluminium
— Triethylaluminium
— Tripropylaluminium

Theoretische Eigenschaften von Brennstoffen, die aus Aluminiumhydrid mit verschiedenen Oxidationsmitteln gebildet werden.

Aluminium in der Weltkultur

Der Dichter Andrei Voznesensky schrieb 1959 das Gedicht „Herbst“, in dem er Aluminium als künstlerisches Bild verwendete:
...Und hinter dem Fenster im jungen Frost
Es gibt Felder aus Aluminium...

Viktor Tsoi schrieb das Lied „Aluminum Cucumbers“ mit dem Refrain:
Aluminiumgurken pflanzen
Auf einem Planenfeld
Ich pflanze Aluminiumgurken
Auf einem Planenfeld

Toxizität

Es hat eine leicht toxische Wirkung, viele wasserlösliche anorganische Aluminiumverbindungen bleiben jedoch im gelösten Zustand lange Zeit und bieten kann schädliche Auswirkungen auf Menschen und Warmblüter durch Wasser trinken. Am giftigsten sind Chloride, Nitrate, Acetate, Sulfate usw. Für den Menschen haben die folgenden Dosen von Aluminiumverbindungen (mg/kg Körpergewicht) bei Einnahme eine toxische Wirkung: Aluminiumacetat - 0,2-0,4; Aluminiumhydroxid – 3,7–7,3; Aluminiumalaun - 2,9. Betrifft hauptsächlich nervöses System(sammelt sich in Nervengewebe, was zu schweren Störungen des Zentralnervensystems führt). Allerdings wird die Neurotoxizität von Aluminium bereits seit Mitte der 1960er Jahre untersucht, da die Anreicherung des Metalls im menschlichen Körper durch seinen Ausscheidungsmechanismus verhindert wird. Unter normalen Bedingungen können bis zu 15 mg des Elements pro Tag mit dem Urin ausgeschieden werden. Dementsprechend ist der größte negative Effekt bei Menschen mit Beeinträchtigungen zu beobachten Ausscheidungsfunktion Niere

Weitere Informationen

— Aluminiumhydroxid
— Enzyklopädie über Aluminium
— Aluminiumverbindungen
— Internationales Institut Aluminium

Aluminium, Aluminium, Al (13)

Aluminiumhaltige Bindemittel sind seit der Antike bekannt. Unter Alaun (lateinisch Alumen oder Alumin, deutsch Alaun), das insbesondere von Plinius erwähnt wird, verstand man jedoch in der Antike und im Mittelalter verschiedene Stoffe. In Rulands alchemistischem Wörterbuch das Wort Alumen mit dem Zusatz verschiedene Definitionen wird in 34 Bedeutungen angegeben. Insbesondere bedeutete es Antimon, Alumen alafuri – alkalisches Salz, Alumen Alcori – Nitrum oder Alkalialaun, Alumen creptum – Zahnstein (Weinstein) von gutem Wein, Alumen fascioli – Alkali, Alumen odig – Ammoniak, Alumen scoriole – Gips usw. Lemery , Autor des berühmten „Dictionary of Simple Pharmaceutical Products“ (1716), bietet auch eine große Liste von Alaunsorten.

Bis ins 18. Jahrhundert Aluminiumverbindungen (Alaun und Oxid) konnten nicht von anderen Verbindungen mit ähnlichem Aussehen unterschieden werden. Lemery beschreibt den Alaun wie folgt: „Im Jahr 1754. Marggraf isolierte aus einer Alaunlösung (durch Einwirkung von Alkali) einen Niederschlag von Aluminiumoxid, den er „Alaunerde“ (Alaunerde) nannte, und stellte seinen Unterschied zu anderen Erden fest. Bald erhielt Alaunerde den Namen Aluminiumoxid (Alumina oder Alumine). Im Jahr 1782 äußerte Lavoisier die Idee, dass Aluminium ein Oxid eines unbekannten Elements sei. In seiner Tabelle der einfachen Körper ordnete Lavoisier Aluminium den „einfachen, salzbildenden, erdigen“ Körpern zu. Hier sind Synonyme für den Namen Aluminiumoxid: Argil, Alaun. Erde, Fundament aus Alaun. Das Wort Argilla oder Argilla stammt, wie Lemery in seinem Wörterbuch ausführt, aus dem Griechischen. Töpferton. Dalton gibt in seinem „New System of Chemical Philosophy“ ein besonderes Zeichen für Aluminium und gibt eine komplexe Strukturformel (!) für Alaun an.

Nach der Entdeckung von Alkalimetallen mithilfe galvanischer Elektrizität versuchten Davy und Berzelius erfolglos, auf die gleiche Weise metallisches Aluminium aus Aluminiumoxid zu isolieren. Erst 1825 wurde das Problem vom dänischen Physiker Oersted gelöst chemisch. Er leitete Chlor durch eine heiße Mischung aus Aluminiumoxid und Kohle, und das resultierende wasserfreie Aluminiumchlorid wurde mit Kaliumamalgam erhitzt. Nach dem Verdampfen von Quecksilber, schreibt Oersted, wurde ein Metall erhalten, das im Aussehen Zinn ähnelte. Schließlich isolierte Wöhler 1827 metallisches Aluminium mehr effektiver Weg- Erhitzen von wasserfreiem Aluminiumchlorid mit Kaliummetall.

Um 1807 gab Davy, der versuchte, die Elektrolyse von Aluminiumoxid durchzuführen, dem Metall, das es enthalten sollte, den Namen Aluminium (Alumium) oder Aluminium (Aluminium). Der letztgenannte Name hat sich seitdem in den USA durchgesetzt, während in England und anderen Ländern der Name Aluminium übernommen wurde, der später von demselben Davy vorgeschlagen wurde. Es ist ganz klar, dass alle diese Namen vom lateinischen Wort Alaun (Alumen) stammen, über dessen Herkunft es aufgrund der Aussagen verschiedener Autoren, die bis in die Antike zurückreichen, unterschiedliche Meinungen gibt.

A. M. Vasiliev weist auf den unklaren Ursprung dieses Wortes hin und zitiert die Meinung eines gewissen Isidor (offensichtlich Isidor von Sevilla, eines Bischofs, der zwischen 560 und 636 lebte, eines Enzyklopädisten, der sich insbesondere mit etymologischen Forschungen beschäftigte): „Alumen ist wird als Lumen bezeichnet und gibt an, wie es den Farben Lumen (Licht, Helligkeit) verleiht, wenn es beim Färben hinzugefügt wird.“ Allerdings beweist diese Erklärung, obwohl sie sehr alt ist, nicht, dass das Wort Alamen genau solche Ursprünge hat. Hier ist nur eine zufällige Tautologie wahrscheinlich. Lemery (1716) weist wiederum darauf hin, dass das Wort Alumen mit dem Griechischen (halmi) verwandt ist und Salzgehalt, Salzlake, Salzlake usw. bedeutet.

Russische Namen für Aluminium in den ersten Jahrzehnten des 19. Jahrhunderts. Recht unterschiedlich. Jeder der Autoren von Büchern über Chemie dieser Zeit war offensichtlich bestrebt, einen eigenen Titel vorzuschlagen. So nennt Zakharov Aluminium Aluminiumoxid (1810), Giese - Aluminiumoxid (1813), Strakhov - Alaun (1825), Iovsky - Ton, Shcheglov - Aluminiumoxid (1830). Im Dvigubsky-Lager (1822 - 1830) wird Aluminiumoxid als Aluminiumoxid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxid (z. B. Phosphorsäure-Aluminiumoxid) und das Metall als Aluminium und Aluminium (1824) bezeichnet. Hess verwendet in der ersten Ausgabe von „Foundations of Pure Chemistry“ (1831) den Namen Aluminiumoxid (Aluminium) und in der fünften Ausgabe (1840) Ton. Er bildet jedoch Namen für Salze, die auf dem Begriff Aluminiumoxid basieren, beispielsweise Aluminiumoxidsulfat. Mendelejew verwendet in der ersten Ausgabe von „Grundlagen der Chemie“ (1871) die Namen Aluminium und Ton. In späteren Ausgaben erscheint das Wort Ton nicht mehr.

Physikalische Eigenschaften von Aluminium

Aluminium ist ein weiches, leichtes, silberweißes Metall mit hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit. Schmelzpunkt 660°C.

In Bezug auf die Häufigkeit in der Erdkruste steht Aluminium nach Sauerstoff und Silizium an dritter Stelle aller Atome und an erster Stelle unter den Metallen.

Zu den Vorteilen von Aluminium und seinen Legierungen gehören seine geringe Dichte (2,7 g/cm3), relativ hohe Festigkeitseigenschaften, gute thermische und elektrische Leitfähigkeit, Herstellbarkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit. Die Kombination dieser Eigenschaften ermöglicht es uns, Aluminium als einen der wichtigsten technischen Werkstoffe einzustufen.

Aluminium und seine Legierungen werden je nach Herstellungsverfahren in geschmiedete, druckverarbeitete und gegossene Aluminiumlegierungen unterteilt, die in Form von Formgussteilen verwendet werden; über den Einsatz von Wärmebehandlungen – nicht thermisch gehärtete und thermisch gehärtete sowie Legierungssysteme.

Quittung

Aluminium wurde erstmals 1825 von Hans Oersted hergestellt. Die moderne Produktionsmethode wurde unabhängig vom Amerikaner Charles Hall und dem Franzosen Paul Héroult entwickelt. Dabei wird Aluminiumoxid Al2O3 in einer Kryolithschmelze Na3AlF6 aufgelöst und anschließend mit Graphitelektroden elektrolysiert. Diese Produktionsmethode benötigt viel Strom und wurde daher erst im 20. Jahrhundert populär.

Anwendung

Aluminium wird häufig verwendet als Baumaterial. Die Hauptvorteile von Aluminium in dieser Qualität sind Leichtigkeit, Formbarkeit beim Stanzen, Korrosionsbeständigkeit (an der Luft wird Aluminium sofort mit einem haltbaren Al2O3-Film bedeckt, der seine weitere Oxidation verhindert), hohe Wärmeleitfähigkeit und Ungiftigkeit seiner Verbindungen. Insbesondere diese Eigenschaften haben Aluminium bei der Herstellung von Kochgeschirr, Aluminiumfolie in der Lebensmittelindustrie und für Verpackungen äußerst beliebt gemacht.

Der Hauptnachteil von Aluminium als Strukturmaterial ist seine geringe Festigkeit, weshalb es normalerweise mit einer kleinen Menge Kupfer und Magnesium legiert wird (die Legierung wird Duraluminium genannt).

Die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium ist mit der von Kupfer vergleichbar, wobei Aluminium günstiger ist. Daher wird es in der Elektrotechnik häufig zur Herstellung von Drähten, deren Abschirmung und sogar in der Mikroelektronik zur Herstellung von Leitern in Chips verwendet. Zwar hat Aluminium als Elektrowerkstoff eine unangenehme Eigenschaft – aufgrund seines starken Oxidfilms ist es schwer zu löten.

Aufgrund seiner komplexen Eigenschaften wird es häufig in thermischen Geräten eingesetzt.

Die Einführung von Aluminiumlegierungen im Bauwesen reduziert den Metallverbrauch und erhöht die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit von Strukturen im Betrieb extreme Bedingungen (niedrige Temperatur, Erdbeben usw.).

Aluminium wird häufig in verschiedenen Transportarten verwendet. An moderne Bühne Aufgrund der Entwicklung der Luftfahrt sind Aluminiumlegierungen die wichtigsten Strukturmaterialien im Flugzeugbau. Aluminium und seine Legierungen werden zunehmend im Schiffbau eingesetzt. Aluminiumlegierungen werden zur Herstellung von Schiffsrümpfen, Decksaufbauten, Kommunikationsmitteln usw. verwendet verschiedene Sorten Schiffsausrüstung.

Es wird daran geforscht, geschäumtes Aluminium als besonders festen und leichten Werkstoff zu entwickeln.

Kostbares Aluminium

Derzeit ist Aluminium eines der beliebtesten und am weitesten verbreiteten Metalle. Seit seiner Entdeckung Mitte des 19. Jahrhunderts gilt es aufgrund seiner erstaunlichen Eigenschaften als eines der wertvollsten: weiß wie Silber, leicht und makellos Umfeld. Seine Kosten waren höher als der Goldpreis. Es ist nicht verwunderlich, dass Aluminium vor allem bei der Herstellung von Schmuck und teuren Dekorationselementen verwendet wird.

Auf der Weltausstellung 1855 in Paris war Aluminium die Hauptattraktion. Aluminiumprodukte wurden in einer Vitrine neben den französischen Kronendiamanten platziert. Nach und nach entstand eine gewisse Mode für Aluminium. Es galt als edles, wenig erforschtes Metall, das ausschließlich zur Herstellung von Kunstwerken verwendet wurde.

Aluminium wurde am häufigsten von Juwelieren verwendet. Mit einer speziellen Oberflächenbehandlung erreichten Juweliere das Beste helle Farbe Metall, weshalb es oft mit Silber gleichgesetzt wurde. Aber im Vergleich zu Silber hatte Aluminium einen weicheren Glanz, was es bei Juwelieren noch beliebter machte.

Als chemische und physikalische Eigenschaften von Aluminium Anfangs waren sie kaum erforscht; die Juweliere selbst erfanden neue Techniken zur Verarbeitung. Aluminium ist technisch einfach zu verarbeiten; mit diesem weichen Metall können Sie beliebige Muster drucken, Designs auftragen und die gewünschte Form des Produkts erstellen. Aluminium wurde vergoldet, poliert und mattiert.

Doch im Laufe der Zeit begann der Preis für Aluminium zu sinken. Betrugen die Kosten für ein Kilogramm Aluminium zwischen 1854 und 1856 dreitausend alte Franken, so wurden Mitte der 1860er Jahre etwa hundert alte Franken pro Kilogramm dieses Metalls angegeben. Aufgrund seiner geringen Kosten geriet Aluminium später aus der Mode.

Derzeit sind die allerersten Aluminiumprodukte sehr selten. Die meisten von ihnen überlebten den Wertverlust des Metalls nicht und wurden durch Silber, Gold und andere Edelmetalle und Legierungen ersetzt. IN In letzter Zeit Erneut ist das Interesse der Fachwelt an Aluminium gestiegen. Dieses Metall war Gegenstand einer separaten Ausstellung, die im Jahr 2000 vom Carnegie Museum in Pittsburgh organisiert wurde. Befindet sich in Frankreich Institut für Aluminiumgeschichte, der insbesondere den ersten Schmuck aus diesem Metall erforscht.

In der Sowjetunion wurden Gastronomiegeräte, Wasserkocher usw. aus Aluminium hergestellt. Und nicht nur. Der erste sowjetische Satellit bestand aus einer Aluminiumlegierung. Ein weiterer Abnehmer von Aluminium ist die Elektroindustrie: Daraus werden Drähte für Hochspannungsleitungen, Wicklungen von Motoren und Transformatoren, Kabel, Lampensockel, Kondensatoren und viele andere Produkte hergestellt. Darüber hinaus wird Aluminiumpulver verwendet Sprengstoffe und fester Treibstoff für Raketen, der seine Fähigkeit nutzt, sich schnell zu entzünden: Wenn Aluminium nicht mit einem dünnen Oxidfilm bedeckt wäre, könnte es in der Luft aufflammen.

Die neueste Erfindung ist Aluminiumschaum, der sogenannte. „Metallschaum“, dem eine große Zukunft vorausgesagt wird.

Dieses leichte Metall mit einer silbrig-weißen Tönung modernes Leben fast überall zu finden. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aluminium ermöglichen eine breite Anwendung in der Industrie. Die bekanntesten Vorkommen liegen in Afrika, Südamerika, in der Karibikregion. In Russland befinden sich Bauxitabbaustätten im Ural. Weltweit führend in der Aluminiumproduktion sind China, Russland, Kanada und die USA.

Al-Bergbau

In der Natur kommt dieses silbrige Metall aufgrund seiner hohen chemischen Aktivität nur in Form von Verbindungen vor. Die bekanntesten aluminiumhaltigen geologischen Gesteine ​​sind Bauxit, Tonerde, Korund und Feldspat. Bauxit und Tonerde sind von industrieller Bedeutung; es sind die Vorkommen dieser Erze, die es ermöglichen, Aluminium in seiner reinen Form zu gewinnen.

Eigenschaften

Die physikalischen Eigenschaften von Aluminium machen es einfach, Rohlinge dieses Metalls zu Draht zu ziehen und ihn zu dünnen Blechen zu walzen. Dieses Metall ist nicht haltbar; um diesen Indikator beim Schmelzen zu erhöhen, wird es mit verschiedenen Zusätzen legiert: Kupfer, Silizium, Magnesium, Mangan, Zink. Für industrielle Zwecke ist eine weitere physikalische Eigenschaft von Aluminium wichtig – seine Fähigkeit, an der Luft schnell zu oxidieren. Die Oberfläche eines Aluminiumprodukts ist unter natürlichen Bedingungen normalerweise mit einem dünnen Oxidfilm bedeckt, der das Metall wirksam schützt und dessen Korrosion verhindert. Wenn dieser Film zerstört wird, oxidiert das Silbermetall schnell und seine Temperatur steigt merklich an.

Innenstruktur aus Aluminium

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aluminium hängen weitgehend davon ab Interne Struktur. Das Kristallgitter dieses Elements ist eine Art flächenzentrierter Würfel.

Dieser Gittertyp ist vielen Metallen inhärent, beispielsweise Kupfer, Brom, Silber, Gold, Kobalt und anderen. Hohe Wärmeleitfähigkeit und die Fähigkeit, Elektrizität zu leiten, haben dieses Metall zu einem der beliebtesten der Welt gemacht. Die übrigen physikalischen Eigenschaften von Aluminium, deren Tabelle unten aufgeführt ist, offenbaren seine Eigenschaften vollständig und zeigen den Umfang ihrer Anwendung.

Aluminiumlegierung

Die physikalischen Eigenschaften von Kupfer und Aluminium sind so, dass bei Zugabe einer bestimmten Menge Kupfer zu einer Aluminiumlegierung das Kristallgitter verzerrt wird und die Festigkeit der Legierung selbst zunimmt. Das Legieren von Leichtmetalllegierungen basiert auf dieser Eigenschaft von Al, ihre Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber aggressiven Umgebungen zu erhöhen.

Die Erklärung für den Härtungsprozess liegt im Verhalten der Kupferatome im Aluminiumkristallgitter. Cu-Partikel neigen dazu, aus dem Al-Kristallgitter herauszufallen und sich in seinen speziellen Bereichen zu gruppieren.

Wo sich Kupferatome zusammenballen, entsteht ein Kristallgitter gemischter Typ CuAl 2, in dem Partikel aus Silbermetall gleichzeitig in der Zusammensetzung sowohl des allgemeinen Kristallgitters von Aluminium als auch der Zusammensetzung des gemischten CuAl 2-Gitters enthalten sind. Die Kräfte der inneren Bindungen in einem verzerrten Gitter sind viel größer als in a regelmäßiges Gitter. Dies bedeutet, dass die Festigkeit der neu gebildeten Substanz viel höher ist.

Chemische Eigenschaften

Die Wechselwirkung von Aluminium mit verdünnter Schwefel- und Salzsäure ist bekannt. Beim Erhitzen löst sich dieses Metall leicht darin auf. Kalte konzentrierte oder stark verdünnte Salpetersäure löst dieses Element nicht auf. Wässrige Lösungen Alkalien wirken sich aktiv auf die Substanz aus und bilden bei der Reaktion Aluminate – Salze, die Aluminiumionen enthalten. Zum Beispiel:

Al 2 O 3 +3H2O+2NaOH=2Na

Die resultierende Verbindung wird Natriumtetrahydroxoaluminat genannt.

Ein dünner Film auf der Oberfläche von Aluminiumprodukten schützt dieses Metall nicht nur vor Luft, sondern auch vor Wasser. Wenn diese dünne Barriere entfernt wird, wechselwirkt das Element heftig mit Wasser und setzt daraus Wasserstoff frei.

2AL+6H 2 O= 2 AL (OH) 3 +3H 2

Die resultierende Substanz wird Aluminiumhydroxid genannt.

AL (OH) 3 reagiert mit Alkali unter Bildung von Hydroxoaluminatkristallen:

Al(OH) 2 +NaOH=2Na

Wenn dies chemische Gleichung Wenn wir die vorherige Formel hinzufügen, erhalten wir die Formel zum Auflösen eines Elements in einer alkalischen Lösung.

Al(OH) 3 +2NaOH+6H 2 O=2Na +3H 2

Aluminiumverbrennung

Die physikalischen Eigenschaften von Aluminium ermöglichen die Reaktion mit Sauerstoff. Wird das Pulver dieser Metall- oder Aluminiumfolie erhitzt, flackert es auf und verbrennt mit einer weißen, blendenden Flamme. Am Ende der Reaktion entsteht Aluminiumoxid Al 2 O 3.

Aluminiumoxid

Das dabei entstehende Aluminiumoxid trägt den geologischen Namen Aluminiumoxid. Unter natürlichen Bedingungen kommt es in Form von Korund vor – harten transparenten Kristallen. Korund hat im Maßstab eine hohe Härte Feststoffe sein Index ist 9. Korund selbst ist farblos, aber verschiedene Verunreinigungen können es rot färben blaue Farbe So werden Edelsteine ​​gewonnen, die im Schmuck Rubine und Saphire genannt werden.

Die physikalischen Eigenschaften von Aluminiumoxid ermöglichen die Züchtung dieser Edelsteine ​​unter künstlichen Bedingungen. Industrieedelsteine ​​werden nicht nur für Schmuck verwendet, sondern auch im Präzisionsinstrumentenbau, bei der Uhrenherstellung und anderen Dingen. Künstliche Rubinkristalle werden auch häufig in Lasergeräten verwendet.

Eine feinkörnige Korundsorte mit vielen Verunreinigungen, aufgetragen auf eine spezielle Oberfläche, ist allgemein als Schmirgel bekannt. Die physikalischen Eigenschaften von Aluminiumoxid erklären die hohen abrasiven Eigenschaften von Korund sowie seine Härte und Reibungsbeständigkeit.

Aluminiumhydroxid

Al 2 (OH) 3 ist ein typisches amphoteres Hydroxid. In Verbindung mit einer Säure bildet dieser Stoff ein Salz, das positiv geladene Aluminiumionen enthält; in Alkalien bildet es Aluminate. Der amphotere Charakter eines Stoffes zeigt sich darin, dass er sich sowohl als Säure als auch als Alkali verhalten kann. Diese Verbindung kann sowohl in gelartiger als auch in fester Form vorliegen.

Es ist in Wasser praktisch unlöslich, reagiert jedoch mit den meisten aktiven Säuren und Laugen. Die physikalischen Eigenschaften von Aluminiumhydroxid werden in der Medizin genutzt, es ist ein beliebtes und beliebtes Produkt sicheres Mittel Reduziert den Säuregehalt im Körper und wird bei Gastritis, Duodenitis und Geschwüren eingesetzt. In der Industrie wird Al 2 (OH) 3 als Adsorptionsmittel verwendet; es reinigt Wasser perfekt und scheidet darin gelöste schädliche Elemente aus.

Industrielle Nutzung

Aluminium wurde 1825 entdeckt. Anfangs wurde dieses Metall höher bewertet als Gold und Silber. Dies wurde durch die Schwierigkeit erklärt, es aus dem Erz zu gewinnen. Die physikalischen Eigenschaften von Aluminium und seine Fähigkeit, schnell einen Schutzfilm auf seiner Oberfläche zu bilden, erschwerten die Untersuchung dieses Elements. Erst Ende des 19. Jahrhunderts wurde eine praktische Methode zum Schmelzen eines reinen Elements entdeckt, die für den industriellen Einsatz geeignet war.

Leichtigkeit und Korrosionsbeständigkeit sind die einzigartigen physikalischen Eigenschaften von Aluminium. Legierungen dieses silbrigen Metalls werden in der Raketentechnik, im Automobil-, Schiffs-, Flugzeug- und Instrumentenbau sowie bei der Herstellung von Besteck und Tafelgeschirr verwendet.

Als reines Metall wird Al bei der Herstellung von Teilen für chemische Anlagen, elektrischen Leitungen und Kondensatoren verwendet. Die physikalischen Eigenschaften von Aluminium bewirken, dass seine elektrische Leitfähigkeit nicht so hoch ist wie die von Kupfer, dieser Nachteil wird jedoch durch die Leichtigkeit des betreffenden Metalls ausgeglichen, was es ermöglicht, Aluminiumdrähte dicker herzustellen. Bei gleicher elektrischer Leitfähigkeit wiegt ein Aluminiumdraht also halb so viel wie ein Kupferdraht.

Nicht weniger wichtig ist die Verwendung von Al im Aluminisierungsprozess. Dies ist die Bezeichnung für die Reaktion, bei der die Oberfläche eines Gusseisen- oder Stahlprodukts mit Aluminium gesättigt wird, um das Grundmetall beim Erhitzen vor Korrosion zu schützen.

Derzeit sind die bekannten Reserven an Aluminiumerzen durchaus mit dem Bedarf der Menschen an diesem silbrigen Metall vergleichbar. Die physikalischen Eigenschaften von Aluminium können die Forscher immer noch überraschen und der Anwendungsbereich dieses Metalls ist viel größer, als man sich vorstellen kann.