Aluminiumhistoria, egenskaper, struktur, erhållning, användning

han aluminium Det är ett metalliskt element som tillhör grupp 13 (iii a) i den periodiska tabellen och representeras av symbolen för. Det är en lätt metall med låg densitet och hårdhet. Efter dess amfoteriska egenskaper har den klassificerats av vissa forskare som en metalloid.

Det är en duktil och mycket formbar metall, så den serveras för tillverkning av tråd, aluminiumark av liten tjocklek, utöver alla typer av objekt eller figurer; Till exempel de berömda burkar med sina legeringar eller aluminiumfolien som mat eller desserter är lindade.

Rynkad aluminiumfolie, en av de enklaste och dagliga föremålen som är gjorda med denna metall. Källa: Pexels.

Mannen har använt aluminium (en aluminium och hydratiserad kalium) sedan forntiden i medicin, läderbrun och som en mordant för vävnadsfärgning. Således har deras mineraler alltid varit kända.

Aluminium som metall isolerades emellertid mycket sent, 1825, av Øersted, vilket ledde till en vetenskaplig aktivitet som möjliggjorde industriell användning av samma. I det ögonblicket var aluminium den mest globala metallen, efter järn.

Aluminium är främst i den övre delen av jordskorpan och utgör 8 viktprocent av samma. Den motsvarar det tredje vanligaste elementet, som övervinns av syre och kisel i dess kiseldioxid och kiselmineraler.

Bauxit är en förening av mineraler, bland vilka är: aluminiumoxid (aluminiumoxid) och metalliska järnoxider, titan och kisel. Representerar den huvudsakliga naturresursen för exploatering av aluminiumbrytning.

[TOC]

Historia

Alun

I Mesopotamia, 5000 år till. C., De har redan gjort keramik med leror som innehåller aluminiumföreningar. Samtidigt använde 4000, babylonierna och egypterna i vissa kemiska föreningar.

Det första skriftliga dokumentet relaterat till aluminet gjordes av Herodotus, grekisk historiker, på 500 -talet. C. Aluminium [Kal (så₄)₂· 12 timmar₂Eller] det användes som en mordant vid färgning av tyger och för att skydda träet, med vilka dörrarna till styrkorna, för bränderna utformades.

På samma sätt hänvisar Plinio "El Viejo" på 1: a århundradet till alumen, idag känd som aluminium, som ett ämne som används i medicin och mordant.

Från det sextonde århundradet användes alunet i solbränna. Detta var en gelatinös substans som gav konsistensen till papperet och tillät dess användning skriftligen.

1767 uppnådde den schweiziska kemisten Torbern Bergman aluminiumsyntes. För att göra detta värmde han Lunita [Kal₃(SW₄)₂(ÅH)₆] med svavelsyra och läggs sedan till lösningen.

Erkännande i aluminiumoxid

1782 sa den franska kemisten Antoine Lavoisier att aluminiumoxid (till₂ANTINGEN₃) Det var ett elementoxid. Detta har en sådan affinitet för syre som var svår att separera. Därför förutspådde Lavoisier av dåvarande aluminium.

Senare, 1807, utsatte den engelska kemisten Sir Humphry Davy aluminiumoxid för elektrolys. Men metoden han använde genererade en aluminiumlegering med kalium och natrium, så han kunde inte isolera metallen.

Davy kommenterade att aluminiumoxid hade en metallbas, som ursprungligen betecknades som 'aluminium', baserat på det latinska ordet 'alumen', ett namn som används för aluminium. Därefter ändrade Davy namnet till "Aluminium", det nuvarande namnet på engelska.

1821 lyckades den tyska kemisten Eilhard Mitscherlich upptäcka den korrekta formeln för aluminiumoxid:₂ANTINGEN₃.

Isolering

Samma år upptäckte den franska geologen Pierre Berthier ett aluminiummineral i en stenig rödaktig leraavlagring i Frankrike, i Les Baux -regionen. Berthier utsåg mineral som bauxit. Detta mineral är för närvarande den viktigaste källan till aluminium.

1825 producerade den danska kemisten Hans Christian Øersted en metallstång av en påstådd aluminium. Han beskrev det som "en bit metall som i färg och ljusstyrka som ser ut som tenn". Ørsted kunde uppnå det genom att minska aluminiumkloriden, ALCL₃, Med en kaliumamalgam.

Man tänkte dock att forskaren inte fick rent aluminium, utan en aluminium- och kaliumlegering.

1827 lyckades den tyska kemisten Friedrich Wöehler producera cirka 30 gram aluminiummaterial. Sedan, efter 18 års forskningsarbete, uppnådde Wöehler 1845 produktionen av blodceller på storleken på ett huvudstycke, med en gråaktig och gråaktig glans.

Wöehler beskrev till och med vissa egenskaper hos metall, såsom färg, specifik tyngdkraft, duktilitet och stabilitet.

Industriell produktion

1855 förbättrade den franska kemisten Henri Sainte-Claire Deville Wöehler-metoden. För att göra detta använde han reduktionen av aluminiumklorid eller natriumaluminiumklorid med metalliskt natrium, med hjälp av kreolen (NA₃Alf₆) som ett flöde.

Detta tillät den industriella produktionen av aluminium i Rouen, Frankrike, och mellan 1855 och 1890 uppnåddes produktionen av 200 ton aluminium.

Kan tjäna dig: Shortasol Paper

1886 skapade den franska ingenjören Paul Herult och den amerikanska studenten Charles Hall självständigt en metod för aluminiumproduktion. Metoden består av den elektrolytiska reduktionen av aluminiumoxid i smält kreol, med en kontinuerlig ström.

Metoden var effektiv, men hade problemet med dess höga elbehov, vilket ökade produktionen. Herult löste detta problem genom att etablera sin bransch i Neuhausen (Schweiz), för att dra nytta av Rin Cataracts som elgeneratorer.

Hall installerades ursprungligen i Pittsburg (EE.U U.), Men sedan flyttade han sin bransch nära Niagara -grå starr.

Slutligen, 1889, skapade Karl Joseph Bayer en produktionsmetod för aluminiumoxid. Detta består av att värma bauxiten i en stängd behållare med en alkalisk lösning. Under uppvärmningsprocessen återvinns aluminiumoxidfraktion i saltlösningen.

Fysiska och kemiska egenskaper

Fysiskt utseende

Metallaluminiumkub. Källa: Carsten Niehaus [Public Domain]

Sillyic Grey -Gray Solid med metallisk lyster (överlägsen bild). Det är en mjuk metall, men den härdar med små mängder kisel och järn. Dessutom kännetecknas det av att vara mycket duktil och formbar, eftersom aluminiumark av en tjocklek kan göras upp till 4 mikron.

Atomvikt

26.981 U

Atomantal (z)

13

Smältpunkt

660,32 ºC

Kokpunkt

2.470 ºC

Densitet

Omgivningstemperatur: 2,70 g/ml

Fusionspunkt (vätska): 2 375 g/ml

Dess densitet är betydligt låg jämfört med andra metaller. Av den anledningen är aluminium ganska lätt.

Fusionsvärme

10,71 kJ/mol

Förångningsvärme

284 kJ/mol

Molorisk kapacitet

24.20 J/(mol · k)

Elektronnegativitet

1.61 på Pauling -skalan

Joniseringsenergi

-Först: 577,5 kJ/mol

-Andra: 1.816,7 kJ/mol

-Tredje: 2.744,8 kJ/mol

Termisk expansion

23,1 um/(m · k) vid 25 ° C

Värmeledningsförmåga

237 W/(M · K)

Aluminium har en värmeledningsförmåga tre gånger större än stål.

Elektrisk resistans

26,5 nΩ · m vid 20 ºC

Dess elektriska konduktans är en 2/3 varav koppar presenteras.

Magnetisk ordning

Paramagnetisk

Hårdhet

2,75 på Mohs -skalan

Reaktivitet

Aluminium är korrosionsbeständig eftersom det tunna oxidskiktet utsätts för luften för luften₂ANTINGEN₃ som bildas på dess yta förhindrar att oxidation fortsätter inuti metallen.

I syralösningar reagerar med vatten för att bilda väte; Medan i alkaliska lösningar är aluminatjonen (Al₂^-).

Utspädda syror kan inte lösa upp det, men det gör i närvaro av koncentrerad saltsyra. Emellertid är aluminium koncentrerad salpetersyraresistent, även om den attackeras av hydroxider för att producera väte och aluminatjon.

Sprayaluminium förbränns i närvaro av syre och koldioxid för att bilda aluminium- och aluminiumkarbidoxid. Det kan korroderas av klorid närvarande i en natriumkloridlösning. Av denna anledning rekommenderas inte användningen av aluminium i rören.

Aluminium oxideras med vatten vid temperaturer under 280 ºC.

2 till (s) +6 h₂O (g) => 2al (OH)₃(S) +3H₂(g)+värme

Elektronisk struktur och konfiguration

Aluminium för att vara ett metalliskt element (med metalloidfärgämnen för vissa), deras atomer att interagera med varandra tack vare den metalliska bindningen. Denna icke -riktande kraft styrs av dess valenselektroner, som sprids av glaset i alla dess dimensioner.

Sådana valenselektroner är följande, enligt den elektroniska konfigurationen av aluminium:

[NE] 3S² 3p¹

Därför är aluminium en trivalent metall, eftersom den har tre elektroner av Valencia; två i 3s -orbitalen och en i 3p. Dessa orbitaler överlappar varandra för att komma från molekylära orbitaler 3s och 3p, så tillsammans att de slutar bilda körband.

S -bandet är fullt, medan P -bandet har mycket ledig plats för fler elektroner. Det är därför aluminium är en bra elektricitetsledare.

Den metalliska länken i aluminium, dess atoms radie och dess elektroniska egenskaper definierar en FCC (Face Cenred Cubic, för dess akronym på engelska). Sådan FCC -kristall är tydligen den enda kända alotropen i aluminium, så motstår säkert de höga tryck som fungerar på den.

Oxidationsnummer

Den elektroniska konfigurationen av aluminium indikerar omedelbart att den kan förlora upp till tre elektroner; det vill säga det har en hög tendens att bilda katjonen till³⁺. När förekomsten av denna katjon antas i en förening härrörande från aluminium, sägs det att detta har +3 oxidationsnummer; Som välkänt är detta det vanligaste för aluminium.

Det finns emellertid andra möjliga oxidationsnummer, även om det är sällsynt, för denna metall; som: -2 (till^2-), -1 (till^-), +1 (till⁺) och +2 (till²⁺).

Kan tjäna dig: litiumoxid

I AL₂ANTINGEN₃, Till exempel har aluminium +3 oxidationsnummer (vid₂³⁺ANTINGEN₃^2-); Medan i Ali och Allo, +1 (till⁺F^-) och +2 (till²⁺ANTINGEN^2-), respektive. Under normala förhållanden eller situationer är emellertid A (III) eller +3 det överlägset vanligaste oxidationsnumret; sedan, al³⁺ är isolektronisk till ädla neongas.

Det är därför i skoltexter alltid antas, och med rätta, att aluminium har +3 som det enda antalet eller oxidationsstatus.

Var är det och få

Aluminium är koncentrerad i jordskorpans yttre remsa, som är dess tredje element, endast överträffad av syre och kisel. Aluminium representerar 8 viktprocent av jordskorpan.

Det finns i stolliga stenar, främst: aluminosilikater, fältspar, fältspatoider och micas. Även i rödaktiga leror, som sådana är fallet med bauxiten.

- Bauxitas

Bauxitas gruva. Källa: Användare: Vargaa [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/4.0)]

Bauxiter är en blandning av mineraler som innehåller hydratiserad aluminiumoxid och föroreningar; såsom järn- och titanoxider och kiseldioxid, med följande viktprocent:

-Till₂ANTINGEN₃ 35-60%

-Tro₂ANTINGEN₃ 10-30%

-Sio₂ 4-10%

-Farbror₂ 2-5%

-H₂O Konstitution 12-30%.

Alumina finns i bauxiten hydratiserad med två varianter:

-Monohydrater (Al₂ANTINGEN₃· H₂O), som presenterar två kristallografiska former, boemite och diasporo

-Trihydrater (Al₂ANTINGEN₃· 3 timmar₂O), representerad av Gibbsita.

Bauxita är den viktigaste källan till aluminium och levererar det mesta av aluminium som erhålls genom gruvutnyttjande.

- Aluminiumavlagring

Av förändring

Främst bauxiterna bildades av 40-50% av AL₂ANTINGEN₃, 20% tro₂ANTINGEN₃ och 3-10% SIO₂.

Hydrotermisk

Alunit.

Magmatisk

Aluminösa stenar som har mineraler som sienitas, nephlines och anortiter (20% av Al₂ANTINGEN₃).

Metamorfisk

Aluminiumsilikater (Andalucita, Sillimanita och Cianita).

Avgränsande

Caolinavlagringar och olika leror (32% av Al₂ANTINGEN₃).

- Bauxitutnyttjande

Bauxiten utnyttjas i en öppen himmel. När klipporna eller lerorna som innehåller det samlas in, krossas de i boll- och staplar, tills du får 2 mm diameter partiklar. I dessa processer förblir det behandlade materialet fuktat.

Vid erhållning av aluminiumoxid följs processen som skapats av Bayer 1989. Markbauxiten smälts genom tillsats av natriumhydroxid, och bildar natriumaluminatet som solubiliseras; Medan järn-, titan- och kiselföroreningar förblir i suspension.

Föroreningar OPT och Trihydrate Alumina fälls ut från natriumaluminat för kylning och utspädning. Därefter beskrivs trihydrat aluminiumoxid för att orsaka vattenfri och vatten aluminiumoxid.

- Aluminelektrolys

För att erhålla aluminium utsätts aluminiumoxid för elektrolys, vanligtvis efter metoden som skapats av Hall-Hruult (1886). Processen består av att minska aluminiumoxid smält i kreol.

Syre binder till kolanoden och frigörs som koldioxid. Samtidigt avsätts det befriade aluminiumet längst ner i den elektrolytiska cellen där den ackumuleras.

Legeringar

Aluminiumlegeringar identifieras vanligtvis med fyra siffror.

1xxx

1xxxkoden motsvarar aluminium med 99% renhet.

2xxx

2xxx -koden motsvarar aluminiumlegeringen med koppar. De är starka legeringar som användes i flyg- och rymdfordon, men de knäcktes av korrosion. Dessa legeringar är kända som duraluminoso.

3xxx

3xxx -koden täcker legeringar där mangan aluminium och en liten mängd magnesium läggs till. De är mycket motståndskraftiga mot slitage med 3003 -legeringen i utarbetandet av köksredskap och 3004 i drycker av drycker.

4xxx

4xxxkoden representerar legeringarna där kisel tillsätts till aluminium, vilket minskar mätarsmältpunkten. Denna legering används i utarbetandet av svetsledningar. 4043 legering används i bilsvetsning och strukturella element.

5xxx

5xxx -koden täcker legeringarna där aluminium huvudsakligen tillsätts.

De är starka och resistenta legeringar mot korrosion av havsvatten, som används för att göra tryckbehållare och olika marina applikationer. 5182 legering används för att göra förfriskningsburkar.

6xxx

6xxx -koden omfattar legeringarna där kisel och magnesium till aluminium tillsätts. Dessa legeringar är formbara, svetsbara och korrosionsbeständiga. Den vanligaste legeringen av denna serie används i arkitektur, cykelramar och i utarbetandet av iPhone 6.

7xxx

7xxx -koden indikerar för de legeringar där zink läggs till i aluminium. Dessa legeringar, även kallade ergal, är resistenta mot brott och är av stor hårdhet, med 7050 och 7075 legeringar i byggandet av flygplan.

Risker

Direktexponering

Kontakt med pulveriserat aluminium kan orsaka irritation på huden och ögonen. En hög och långvarig exponering för aluminium kan orsaka symtom som liknar influensa, huvudvärk, feber och frossa; Dessutom kan smärta och bröstförtryck uppstå.

Kan tjäna dig: materiens omfattande egenskaper

Fin exponering för aluminium kan orsaka lungärr (lungfibros), med hostsymtom och andningskortning. OSHA etablerade en gräns på 5 mg/m³ För exponering för aluminiumdamm på en 8 -timmars dag dagligen.

Det biologiska toleransvärdet för yrkesmässig exponering för aluminium har fastställts i 50 ug/g kreatinin i urin. En minskande prestanda i neuropsykologiska tester presenteras när aluminiumkoncentrationen i urinen överstiger 100 ug/g kreatinin.

Bröstcancer

Aluminium används som aluminiumhydroklorid i antitranspirant deodoranter, efter att ha varit relaterade till utseendet på bröstcancer. Detta förhållande har emellertid inte tydligt fastställts, bland annat, eftersom hudsabsorptionen av aluminiumhydroklorid endast är 0,01%.

Neurotoxiska effekter

Aluminium är neurotoxiskt och hos personer med yrkesmässig exponering har det varit relaterat till neurologiska sjukdomar, som inkluderar Alzheimers sjukdom.

Hjärnan hos Alzheimers patienter har en hög aluminiumkoncentration; Men det är okänt om det är orsaken till sjukdomen eller en följd av den.

Närvaron av neurotoxiska effekter hos dialyspatienter har fastställts. I denna procedur användes aluminiumsalter som fosfatbindemedel, som producerade höga blodaluminiumkoncentrationer (> 100 ug/L plasma).

Påverkade patienter hade desorientering, minnesproblem och i avancerade stadier, demens. Aluminium neurotoxicitet förklaras eftersom det är svårt att eliminera hjärnan och påverka dess drift.

Aluminiumintag

Aluminium finns i många livsmedel, särskilt te, kryddor och i allmänhet grönsaker. European Food Safety Authority (EFSA) inrättade en toleransgräns för aluminiumintag i maten på 1 mg/kg daglig viktvikt.

2008 uppskattade EFSA att dagligt aluminiumintag i livsmedel varierade mellan 3 och 10 mg per dag, så det dras slutsatsen att det inte representerar en hälsorisk; liksom användningen av aluminiumredskap för att laga mat.

Ansökningar

- Som metall

Elektrisk

Aluminium är en bra elektrisk ledare, så den använder i legeringar i elektriska transmissionslinjer, motorer, generatorer, transformatorer och kondensatorer.

Konstruktion

Aluminium används i utarbetandet av dörrar och fönster, partitioner, trådbundna, beläggningar, termiska isolatorer, tak etc.

Transportmedel

Aluminium används vid tillverkning av bildelar, flygplan, lastbilar, cyklar, motorcyklar, båtar, rymdskepp, järnvägsbilar etc.

Behållare

Aluminiumburkar för olika matvarianter. Källa: Pxhere.

Med aluminiumburkar tillverkas för drycker, ölfat, brickor etc.

Hem

Aluminiumskedar. Källa: Pexels.

Aluminium tjänar till att göra köksredskap: krukor, kokkärl, pailas och inpackningspapper; Förutom möbler, lampor etc.

Reflekterande kraft

Aluminium återspeglar effektivt strålningsenergi; Från ultraviolett ljus till infraröd strålning. Den reflekterande kraften i aluminium till det synliga ljuset är cirka 80%, vilket gör det möjligt att använda som en skärm i lamporna.

Dessutom behåller aluminium sitt reflekterande drag även i form av fint damm, så det kan användas vid utarbetande av silverfärger.

- Aluminiumföreningar

Aluminiumoxid

Det används för att tillverka metallisk aluminium, isolatorer och tändstift. När aluminiumoxid värms upp utvecklar den en porös struktur som absorberar vatten, använder gaser och fungerar som en plats för verkan av katalysatorer i flera kemiska reaktioner.

Aluminiumsulfat

Det används i pappersstillverkning och som ytfyllning. Aluminiumsulfat tjänar till att bilda aluminium- och kaliumaluminium [Kal (så₄)₂· 12 timmar₂ANTINGEN]. Detta är det mest använda aluminium och med många tillämpningar; såsom tillverkning av läkemedel, målningar och mordant för tygfärgning.

Aluminiumklorid

Det är den mest använda katalysatorn i Friedel-hantverksreaktioner. Dessa är syntetiska organiska reaktioner som används vid framställning av aromatiska ketoner och antakinon. Hydratiserad aluminiumklorid används som en aktuell och deodorant antitranspirant.

Aluminiumhydroxid

Det används för att vattentäta vävnaderna och produktionen av aluminater.

Referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi. (Fjärde upplagan). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Aluminium. Hämtad från: i.Wikipedia.org
3. Nationellt centrum för bioteknikinformation. (2019). Aluminium. Pubchemdatabas. CID = 5359268. Återhämtat sig från: pubchem.Ncbi.Nlm.Nih.Gov/sammansättning/aluminium
4. Redaktörerna för Enyclopaedia Britannica. (13 januari 2019). Aluminium. Encyclopædia Britannica. Återhämtat sig från: Britannica.com
5. Rusal uc. (s.F.). Studenthistoria. Hämtad från: aluminiumleader.com
6. Oviedo universitet. (2019). Aluminiummetallurgi. [Pdf]. Återhämtat sig från: unioviedo.är
7. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (6 februari 2019). Aluminium- eller aluminiumallys. Återhämtat sig från: tankco.com
8. Klotz, K., Weistehöfer, W., Neff, f., Hartwig, a., Van thriel, c., & Drexler, h. (2017). Hälsoeffekterna av exponering av aluminium. Deutsches Arzteblatt International, 114(39), 653-659. Doi: 10.3238/arztebl.2017.0653
9. Annars. (2019). Aluminiumlegeringar. Hämtad från: Scientedirect.com
10. Natalia g. M. (16 januari 2012). Tillgänglighet av aluminium i mat. Återhämtat sig från: konsument.är