Merkmale der Zusammensetzung, Eigenschaften und Eigenschaften von Aluminium. Chemische und physikalische Eigenschaften von Aluminium. Physikalische Eigenschaften von Aluminiumhydroxid

In der Erdkruste ist viel Aluminium enthalten: 8,6 Gewichtsprozent. Es steht unter allen Metallen an erster Stelle und unter anderen Elementen an dritter Stelle (nach Sauerstoff und Silizium). Es gibt doppelt so viel Aluminium wie Eisen und 350-mal mehr als Kupfer, Zink, Chrom, Zinn und Blei zusammen! Wie er vor mehr als 100 Jahren in seinem klassischen Lehrbuch schrieb Grundlagen der Chemie D. I. Mendelejew: „Aluminium kommt in der Natur am häufigsten vor; Es genügt der Hinweis, dass es Bestandteil von Ton ist, um die universelle Verteilung von Aluminium in der Erdkruste zu verdeutlichen. Aluminium oder Alaunmetall (Alumen) wird auch Ton genannt, weil es in Ton vorkommt.“

Das wichtigste Aluminiummineral ist Bauxit, eine Mischung aus dem basischen Oxid AlO(OH) und dem Hydroxid Al(OH) 3. Die größten Bauxitvorkommen befinden sich in Australien, Brasilien, Guinea und Jamaika; Auch in anderen Ländern wird industrielle Produktion betrieben. Alunit (Alaunstein) (Na,K) 2 SO 4 ·Al 2 (SO 4) 3 ·4Al(OH) 3 und Nephelin (Na,K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 sind ebenfalls reich an Aluminium. Insgesamt sind mehr als 250 Mineralien bekannt, die Aluminium enthalten; Bei den meisten davon handelt es sich um Alumosilikate, aus denen hauptsächlich die Erdkruste gebildet wird. Bei der Verwitterung entsteht Ton, dessen Basis das Mineral Kaolinit Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O ist. Eisenverunreinigungen färben den Ton meist braun, es gibt aber auch weißen Ton – Kaolin, der zur Herstellung verwendet wird Porzellan- und Steingutprodukte.

Gelegentlich findet man ein außergewöhnlich hartes (nach Diamant zweitgrößtes) Mineral Korund – kristallines Oxid Al 2 O 3, das oft durch Verunreinigungen in verschiedenen Farben gefärbt ist. Seine blaue Variante (eine Beimischung von Titan und Eisen) heißt Saphir, die rote Variante (eine Beimischung von Chrom) heißt Rubin. Verschiedene Verunreinigungen können den sogenannten Edelkorund auch in Grün, Gelb, Orange, Lila und anderen Farben und Schattierungen färben.

Bis vor Kurzem glaubte man, dass Aluminium als hochaktives Metall nicht in freier Form in der Natur vorkommen könne, doch 1978 wurde in den Gesteinen der Sibirischen Plattform natives Aluminium entdeckt – nur in Form fadenförmiger Kristalle 0,5 mm lang (bei einer Fadenstärke von mehreren Mikrometern). Natives Aluminium wurde auch in Mondboden entdeckt, der aus den Regionen der Meere der Krise und des Überflusses auf die Erde gebracht wurde. Es wird angenommen, dass Aluminiummetall durch Kondensation aus Gas gebildet werden kann. Es ist bekannt, dass Aluminiumhalogenide – Chlorid, Bromid, Fluorid – beim Erhitzen mehr oder weniger leicht verdampfen können (z. B. sublimiert AlCl 3 bereits bei 180 °C). Bei einem starken Temperaturanstieg zersetzen sich Aluminiumhalogenide und gehen in einen Zustand mit niedrigerer Metallwertigkeit über, beispielsweise AlCl. Wenn eine solche Verbindung bei sinkender Temperatur und in Abwesenheit von Sauerstoff kondensiert, kommt es in der festen Phase zu einer Disproportionierungsreaktion: Einige der Aluminiumatome werden oxidiert und gehen in den üblichen dreiwertigen Zustand über, andere werden reduziert. Einwertiges Aluminium kann nur zu Metall reduziert werden: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 . Diese Annahme wird auch durch die fadenförmige Form nativer Aluminiumkristalle gestützt. Typischerweise entstehen Kristalle dieser Struktur durch schnelles Wachstum aus der Gasphase. Es ist wahrscheinlich, dass auf ähnliche Weise mikroskopisch kleine Aluminiumnuggets im Mondboden entstanden sind.

Der Name Aluminium kommt vom lateinischen alumen (Gattung aluminis). Dies war der Name von Alaun, doppeltem Kaliumaluminiumsulfat KAl(SO 4) 2 · 12H 2 O), das als Beizmittel zum Färben von Stoffen verwendet wurde. Der lateinische Name geht vermutlich auf das griechische „halme“ – Sole, Salzlösung – zurück. Es ist merkwürdig, dass in England Aluminium Aluminium ist und in den USA Aluminium.

Viele populäre Bücher über Chemie enthalten die Legende, dass ein bestimmter Erfinder, dessen Name in der Geschichte nicht überliefert ist, dem Kaiser Tiberius, der Rom im Jahr 14–27 n. Chr. regierte, eine Schale aus einem Metall brachte, das der Farbe von Silber ähnelte, aber Feuerzeug. Diese Schenkung kostete den Meister das Leben: Tiberius befahl seine Hinrichtung und die Zerstörung der Werkstatt, weil er befürchtete, dass das neue Metall den Wert des Silbers in der kaiserlichen Schatzkammer entwerten könnte.

Diese Legende basiert auf einer Geschichte von Plinius dem Älteren, einem römischen Schriftsteller und Gelehrten, Autor Naturgeschichte– Enzyklopädie des naturwissenschaftlichen Wissens der Antike. Laut Plinius wurde das neue Metall aus „toniger Erde“ gewonnen. Aber Ton enthält Aluminium.

Moderne Autoren haben fast immer den Vorbehalt, dass diese ganze Geschichte nichts weiter als ein schönes Märchen ist. Und das ist nicht verwunderlich: Aluminium ist in Gesteinen extrem stark an Sauerstoff gebunden und es muss viel Energie aufgewendet werden, um es freizusetzen. Allerdings sind in letzter Zeit neue Daten über die grundsätzliche Möglichkeit der Gewinnung von metallischem Aluminium in der Antike aufgetaucht. Wie die Spektralanalyse zeigte, sind die Dekorationen auf dem Grab des chinesischen Feldherrn Zhou-Zhu, der zu Beginn des 3. Jahrhunderts starb. AD bestehen aus einer Legierung, die zu 85 % aus Aluminium besteht. Konnten die Alten freies Aluminium erhalten haben? Alle bekannten Methoden (Elektrolyse, Reduktion mit metallischem Natrium oder Kalium) entfallen automatisch. Konnte in der Antike gediegenes Aluminium gefunden werden, beispielsweise in Gold-, Silber- und Kupfernuggets? Dies ist ebenfalls ausgeschlossen: Natives Aluminium ist ein seltenes Mineral, das in unbedeutenden Mengen vorkommt, sodass die alten Handwerker solche Nuggets nicht in der erforderlichen Menge finden und sammeln konnten.

Allerdings ist eine andere Erklärung für Plinius‘ Geschichte möglich. Aluminium lässt sich nicht nur mit Hilfe von Strom und Alkalimetallen aus Erzen gewinnen. Seit der Antike ist ein Reduktionsmittel verfügbar und weit verbreitet: Kohle, mit deren Hilfe die Oxide vieler Metalle beim Erhitzen zu freien Metallen reduziert werden. Ende der 1970er Jahre beschlossen deutsche Chemiker zu testen, ob Aluminium in der Antike durch Reduktion mit Kohle hergestellt werden konnte. Sie erhitzten eine Mischung aus Ton mit Kohlepulver und Speisesalz oder Kali (Kaliumcarbonat) in einem Tontiegel auf Rotglut. Salz wurde aus Meerwasser und Kali aus Pflanzenasche gewonnen, um nur die in der Antike verfügbaren Stoffe und Methoden zu nutzen. Nach einiger Zeit schwamm Schlacke mit Aluminiumkugeln an die Oberfläche des Tiegels! Die Metallausbeute war gering, aber es ist möglich, dass die alten Metallurgen auf diese Weise das „Metall des 20. Jahrhunderts“ gewinnen konnten.

Eigenschaften von Aluminium.

Die Farbe von reinem Aluminium ähnelt Silber; es ist ein sehr leichtes Metall: Seine Dichte beträgt nur 2,7 g/cm 3 . Die einzigen Metalle, die leichter als Aluminium sind, sind Alkali- und Erdalkalimetalle (außer Barium), Beryllium und Magnesium. Auch Aluminium schmilzt leicht – bei 600 °C (dünner Aluminiumdraht lässt sich auf einem normalen Küchenbrenner schmelzen), siedet aber erst bei 2452 °C. Bei der elektrischen Leitfähigkeit liegt Aluminium an vierter Stelle, gleich hinter Silber (es an erster Stelle), Kupfer und Gold, die angesichts der Billigkeit von Aluminium von großer praktischer Bedeutung sind. Die Wärmeleitfähigkeit von Metallen ändert sich in der gleichen Reihenfolge. Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Aluminium lässt sich leicht überprüfen, indem man einen Aluminiumlöffel in heißen Tee taucht. Und noch eine bemerkenswerte Eigenschaft dieses Metalls: Seine glatte, glänzende Oberfläche reflektiert das Licht perfekt: je nach Wellenlänge zwischen 80 und 93 % im sichtbaren Bereich des Spektrums. Im ultravioletten Bereich ist Aluminium in dieser Hinsicht konkurrenzlos und nur im roten Bereich ist es Silber geringfügig unterlegen (im ultravioletten Bereich weist Silber ein sehr geringes Reflexionsvermögen auf).

Reines Aluminium ist ein ziemlich weiches Metall – fast dreimal weicher als Kupfer, sodass sich selbst relativ dicke Aluminiumplatten und -stäbe leicht biegen lassen, aber wenn Aluminium Legierungen bildet (davon gibt es eine große Anzahl), kann sich seine Härte verzehnfachen.

Der charakteristische Oxidationszustand von Aluminium ist +3, aufgrund des Vorhandenseins von ungefülltem Aluminium jedoch 3 R- und 3 D-Orbitale können Aluminiumatome zusätzliche Donor-Akzeptor-Bindungen bilden. Поэтому ион Al 3+ с небольшим радиусом весьма склонен к комплексообразованию, образуя разнообразные катионные и анионные комплексы: AlCl 4 – , AlF 6 3– , 3+ , Al(OH) 4 – , Al(OH) 6 3– , AlH 4 – und viele andere. Auch Komplexe mit organischen Verbindungen sind bekannt.

Die chemische Aktivität von Aluminium ist sehr hoch; in der Reihe der Elektrodenpotentiale steht es unmittelbar hinter Magnesium. Auf den ersten Blick mag eine solche Aussage seltsam erscheinen: Schließlich ist eine Aluminiumpfanne oder ein Aluminiumlöffel an der Luft recht stabil und zerfällt in kochendem Wasser nicht. Aluminium rostet im Gegensatz zu Eisen nicht. Es stellt sich heraus, dass das Metall an der Luft mit einer farblosen, dünnen, aber haltbaren „Panzerung“ aus Oxid bedeckt ist, die das Metall vor Oxidation schützt. Wenn Sie also einen dicken Aluminiumdraht oder eine dicke Aluminiumplatte mit einer Dicke von 0,5–1 mm in die Brennerflamme einführen, schmilzt das Metall, aber das Aluminium fließt nicht, da es in einem Beutel mit seinem Oxid verbleibt. Wenn man Aluminium seines Schutzfilms entzieht oder es lockert (z. B. durch Eintauchen in eine Lösung aus Quecksilbersalzen), offenbart Aluminium sofort sein wahres Wesen: Bereits bei Raumtemperatur beginnt es heftig mit Wasser zu reagieren und dabei Wasserstoff freizusetzen : 2Al + 6H 2 O ® 2Al(OH) 3 + 3H 2 . An der Luft verwandelt sich Aluminium, ohne seinen Schutzfilm, direkt vor unseren Augen in loses Oxidpulver: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . Aluminium ist im fein zerkleinerten Zustand besonders aktiv; Wenn Aluminiumstaub in eine Flamme geblasen wird, verbrennt er sofort. Wenn man Aluminiumstaub mit Natriumperoxid auf einer Keramikplatte mischt und Wasser auf die Mischung tropft, flackert das Aluminium ebenfalls auf und verbrennt mit einer weißen Flamme.

Die sehr hohe Affinität von Aluminium zu Sauerstoff ermöglicht es ihm, den Oxiden einer Reihe anderer Metalle Sauerstoff zu „entziehen“ und sie zu reduzieren (Aluminothermie-Methode). Das bekannteste Beispiel ist die Thermitmischung, die beim Verbrennen so viel Wärme freisetzt, dass das entstehende Eisen schmilzt: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Diese Reaktion wurde 1856 von N.N. Beketov entdeckt. Auf diese Weise können Fe 2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO und eine Reihe anderer Oxide zu Metallen reduziert werden. Bei der Reduktion von Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3 mit Aluminium reicht die Reaktionswärme nicht aus, um die Reaktionsprodukte über ihren Schmelzpunkt zu erhitzen.

Aluminium löst sich in verdünnten Mineralsäuren leicht unter Bildung von Salzen. Konzentrierte Salpetersäure oxidiert die Aluminiumoberfläche und fördert die Verdickung und Stärkung des Oxidfilms (die sogenannte Passivierung des Metalls). So behandeltes Aluminium reagiert nicht einmal mit Salzsäure. Durch elektrochemische anodische Oxidation (Eloxieren) kann auf der Oberfläche von Aluminium ein dicker Film erzeugt werden, der sich problemlos in verschiedenen Farben lackieren lässt.

Die Verdrängung weniger aktiver Metalle durch Aluminium aus Salzlösungen wird häufig durch einen Schutzfilm auf der Aluminiumoberfläche behindert. Dieser Film wird durch Kupferchlorid schnell zerstört, sodass leicht die Reaktion 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu abläuft, die mit einer starken Erwärmung einhergeht. In starken Alkalilösungen löst sich Aluminium leicht unter Freisetzung von Wasserstoff: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (es werden auch andere anionische Hydroxokomplexe gebildet). Die amphotere Natur von Aluminiumverbindungen zeigt sich auch in der leichten Auflösung ihrer frisch ausgefällten Oxide und Hydroxide in Alkalien. Kristallines Oxid (Korund) ist sehr beständig gegenüber Säuren und Laugen. Beim Schmelzen mit Alkalien entstehen wasserfreie Aluminate: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Magnesiumaluminat Mg(AlO 2) 2 ist ein Halbedelstein aus Spinell, der meist mit Verunreinigungen in den unterschiedlichsten Farben gefärbt ist .

Die Reaktion von Aluminium mit Halogenen erfolgt schnell. Wird ein dünner Aluminiumdraht in ein Reagenzglas mit 1 ml Brom eingeführt, so entzündet sich das Aluminium nach kurzer Zeit und verbrennt mit heller Flamme. Die Reaktion einer Mischung aus Aluminium- und Jodpulvern wird durch einen Wassertropfen eingeleitet (Wasser bildet mit Jod eine Säure, die den Oxidfilm zerstört), woraufhin eine helle Flamme mit Wolken aus violettem Joddampf erscheint. Aluminiumhalogenide reagieren in wässrigen Lösungen aufgrund der Hydrolyse sauer: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl.

Die Reaktion von Aluminium mit Stickstoff erfolgt erst oberhalb von 800 °C unter Bildung von Nitrid AlN, mit Schwefel – bei 200 °C (es entsteht Sulfid Al 2 S 3), mit Phosphor – bei 500 °C (es entsteht Phosphid AlP). Bei der Zugabe von Bor zu geschmolzenem Aluminium entstehen Boride der Zusammensetzung AlB 2 und AlB 12 – feuerfeste, säurebeständige Verbindungen. Hydrid (AlH) x (x = 1,2) entsteht nur im Vakuum bei niedrigen Temperaturen bei der Reaktion von atomarem Wasserstoff mit Aluminiumdampf. AlH 3 Hydrid, stabil in Abwesenheit von Feuchtigkeit bei Raumtemperatur, wird in einer Lösung aus wasserfreiem Ether erhalten: AlCl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl. Bei einem Überschuss an LiH entsteht das salzartige Lithiumaluminiumhydrid LiAlH 4 – ein sehr starkes Reduktionsmittel, das in organischen Synthesen verwendet wird. Es zersetzt sich sofort mit Wasser: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2.

Herstellung von Aluminium.

Die dokumentierte Entdeckung von Aluminium erfolgte im Jahr 1825. Dieses Metall wurde erstmals vom dänischen Physiker Hans Christian Oersted gewonnen, als er es durch die Einwirkung von Kaliumamalgam auf wasserfreies Aluminiumchlorid isolierte (erhalten durch Durchleiten von Chlor durch eine heiße Mischung aus Aluminiumoxid und Kohle). ). Durch die Abdestillation des Quecksilbers erhielt Oersted Aluminium, das jedoch mit Verunreinigungen verunreinigt war. Im Jahr 1827 gewann der deutsche Chemiker Friedrich Wöhler Aluminium in Pulverform durch Reduktion von Hexafluoraluminat mit Kalium:

Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. Später gelang es ihm, Aluminium in Form glänzender Metallkugeln zu gewinnen. Im Jahr 1854 entwickelte der französische Chemiker Henri Etienne Saint-Clair Deville die erste industrielle Methode zur Herstellung von Aluminium – durch Reduktion der Schmelze von Tetrachloraluminat mit Natrium: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Allerdings war Aluminium weiterhin ein äußerst seltenes und teures Metall; es war nicht viel billiger als Gold und 1500-mal teurer als Eisen (heute nur noch dreimal). Für den Sohn des französischen Kaisers Napoleon III. wurde in den 1850er Jahren eine Rassel aus Gold, Aluminium und Edelsteinen hergestellt. Als auf der Weltausstellung in Paris 1855 ein großer, nach einem neuen Verfahren hergestellter Aluminiumbarren ausgestellt wurde, betrachtete man ihn wie ein Juwel. Der obere Teil (in Form einer Pyramide) des Washington Monuments in der US-Hauptstadt wurde aus edlem Aluminium gefertigt. Damals war Aluminium nicht viel billiger als Silber: In den USA beispielsweise wurde es 1856 zu einem Preis von 12 Dollar pro Pfund (454 g) verkauft, Silber für 15 Dollar. Im 1. Band des berühmten Im 1890 veröffentlichten Brockhaus Encyclopedic Dictionary sagte Efron, dass „Aluminium immer noch hauptsächlich für die Herstellung von ... Luxusgütern verwendet wird.“ Zu diesem Zeitpunkt wurden weltweit nur 2,5 Tonnen Metall pro Jahr gefördert. Erst gegen Ende des 19. Jahrhunderts, als ein elektrolytisches Verfahren zur Herstellung von Aluminium entwickelt wurde, begann sich die jährliche Produktion auf Tausende Tonnen zu belaufen, und im 20. Jahrhundert. – Millionen Tonnen. Dadurch wurde Aluminium von einem Halbedelmetall zu einem weit verbreiteten Metall.

Die moderne Methode zur Herstellung von Aluminium wurde 1886 von einem jungen amerikanischen Forscher, Charles Martin Hall, entdeckt. Schon als Kind interessierte er sich für Chemie. Nachdem er das alte Chemielehrbuch seines Vaters gefunden hatte, begann er fleißig darin zu studieren und Experimente durchzuführen. Einmal wurde er sogar von seiner Mutter gescholten, weil sie die Tischdecke beschädigt hatte. Und zehn Jahre später machte er eine herausragende Entdeckung, die ihn auf der ganzen Welt berühmt machte.

Als Schüler im Alter von 16 Jahren hörte Hall von seinem Lehrer F. F. Jewett, dass jemand, der eine kostengünstige Methode zur Herstellung von Aluminium entwickeln könnte, nicht nur der Menschheit einen großen Dienst erweisen, sondern auch ein riesiges Vermögen machen würde. Jewett wusste, was er sagte: Er hatte zuvor in Deutschland eine Ausbildung gemacht, mit Wöhler zusammengearbeitet und mit ihm die Probleme der Aluminiumproduktion besprochen. Jewett brachte auch eine Probe des seltenen Metalls mit nach Amerika, die er seinen Schülern zeigte. Plötzlich erklärte Hall öffentlich: „Ich werde dieses Metall bekommen!“

Sechs Jahre harter Arbeit gingen weiter. Hall versuchte mit verschiedenen Methoden Aluminium zu gewinnen, jedoch ohne Erfolg. Schließlich versuchte er, dieses Metall durch Elektrolyse zu gewinnen. Kraftwerke gab es damals noch nicht, Strom musste mit großen, selbstgebauten Batterien aus Kohle, Zink, Salpeter- und Schwefelsäure erzeugt werden. Hall arbeitete in einer Scheune, wo er ein kleines Labor einrichtete. Dabei half ihm seine Schwester Julia, die sich sehr für die Experimente ihres Bruders interessierte. Sie bewahrte alle seine Briefe und Arbeitstagebücher auf, die es ermöglichen, die Geschichte der Entdeckung Tag für Tag im wahrsten Sinne des Wortes nachzuvollziehen. Hier ein Auszug aus ihren Memoiren:

„Charles war immer gut gelaunt und konnte selbst an den schlimmsten Tagen über das Schicksal unglücklicher Erfinder lachen. In Zeiten des Scheiterns fand er Trost an unserem alten Klavier. In seinem Heimlabor arbeitete er stundenlang ohne Pause; und wenn er die Anlage für eine Weile verlassen konnte, stürmte er durch unser langes Haus, um ein wenig zu spielen ... Ich wusste, dass er, da er mit so viel Charme und Gefühl spielte, ständig über seine Arbeit nachdachte. Und die Musik hat ihm dabei geholfen.“

Am schwierigsten war es, einen Elektrolyten auszuwählen und das Aluminium vor Oxidation zu schützen. Nach sechs Monaten anstrengender Arbeit erschienen schließlich mehrere kleine Silberkugeln im Tiegel. Hall rannte sofort zu seinem ehemaligen Lehrer, um ihm von seinem Erfolg zu erzählen. „Professor, ich habe es verstanden!“, rief er und streckte seine Hand aus: In seiner Handfläche lagen ein Dutzend kleiner Aluminiumkugeln. Dies geschah am 23. Februar 1886. Und genau zwei Monate später, am 23. April desselben Jahres, meldete der Franzose Paul Héroux ein Patent für eine ähnliche Erfindung an, die er unabhängig und fast gleichzeitig machte (auffallend sind auch zwei weitere Zufälle: sowohl Hall als auch Héroux wurden 1863 geboren und starben 1914).

Jetzt werden die ersten von Hall hergestellten Aluminiumkugeln als nationale Reliquie bei der American Aluminium Company in Pittsburgh aufbewahrt, und an seinem College gibt es ein aus Aluminium gegossenes Denkmal für Hall. Anschließend schrieb Jewett: „Meine wichtigste Entdeckung war die Entdeckung des Menschen. Es war Charles M. Hall, der im Alter von 21 Jahren eine Methode zur Reduktion von Aluminium aus Erzen entdeckte und so Aluminium zu dem wunderbaren Metall machte, das heute auf der ganzen Welt weit verbreitet ist.“ Jewetts Prophezeiung wurde wahr: Hall erlangte große Anerkennung und wurde Ehrenmitglied vieler wissenschaftlicher Gesellschaften. Doch sein Privatleben war erfolglos: Die Braut wollte sich nicht damit abfinden, dass ihr Verlobter seine ganze Zeit im Labor verbringt, und löste die Verlobung. Hall fand Trost an seiner Heimathochschule, wo er den Rest seines Lebens arbeitete. Wie Charles‘ Bruder schrieb: „Das College war seine Frau, seine Kinder und alles andere – sein ganzes Leben lang.“ Hall vermachte dem College den Großteil seines Erbes – 5 Millionen US-Dollar. Hall starb im Alter von 51 Jahren an Leukämie.

Halls Methode ermöglichte die großtechnische Produktion von relativ kostengünstigem Aluminium mithilfe von Elektrizität. Wenn von 1855 bis 1890 nur 200 Tonnen Aluminium gewonnen wurden, dann wurden im nächsten Jahrzehnt nach der Hall-Methode weltweit bereits 28.000 Tonnen dieses Metalls gewonnen! Bis 1930 erreichte die weltweite jährliche Aluminiumproduktion 300.000 Tonnen. Mittlerweile werden jährlich mehr als 15 Millionen Tonnen Aluminium produziert. In speziellen Bädern bei einer Temperatur von 960–970 °C wird eine Lösung von Aluminiumoxid (technisch Al 2 O 3) in geschmolzenem Kryolith Na 3 AlF 6, das teilweise in Form eines Minerals abgebaut und teilweise speziell synthetisiert wird, ausgesetzt zur Elektrolyse. Am Boden des Bades (Kathode) sammelt sich flüssiges Aluminium, an den Kohlenstoffanoden wird Sauerstoff freigesetzt, der nach und nach verbrennt. Bei niedriger Spannung (ca. 4,5 V) verbrauchen Elektrolyseure enorme Ströme – bis zu 250.000 A! Ein Elektrolyseur produziert etwa eine Tonne Aluminium pro Tag. Die Produktion erfordert viel Strom: Für die Produktion von 1 Tonne Metall werden 15.000 Kilowattstunden Strom benötigt. Diese Menge Strom verbraucht ein großes Gebäude mit 150 Wohnungen einen ganzen Monat lang. Die Aluminiumproduktion ist umweltschädlich, da die Luft mit flüchtigen Fluorverbindungen belastet ist.

Anwendung von Aluminium.

Sogar D. I. Mendeleev schrieb, dass „metallisches Aluminium aufgrund seiner großen Leichtigkeit und Festigkeit sowie der geringen Schwankung in der Luft für einige Produkte sehr gut geeignet ist.“ Aluminium ist eines der häufigsten und günstigsten Metalle. Es ist aus dem modernen Leben kaum mehr wegzudenken. Kein Wunder, dass Aluminium als das Metall des 20. Jahrhunderts bezeichnet wird. Es lässt sich gut verarbeiten: Schmieden, Stanzen, Walzen, Ziehen, Pressen. Reines Aluminium ist ein ziemlich weiches Metall; Es wird zur Herstellung von Elektrokabeln, Strukturteilen, Lebensmittelfolie, Küchenutensilien und „silberner“ Farbe verwendet. Dieses schöne und leichte Metall wird häufig in der Bau- und Luftfahrttechnik verwendet. Aluminium reflektiert Licht sehr gut. Daher wird es zur Herstellung von Spiegeln mithilfe der Methode der Metallabscheidung im Vakuum verwendet.

Im Flugzeug- und Maschinenbau sowie bei der Herstellung von Gebäudestrukturen werden deutlich härtere Aluminiumlegierungen verwendet. Eine der bekanntesten ist eine Legierung aus Aluminium mit Kupfer und Magnesium (Duraluminium oder einfach „Duraluminium“; der Name stammt von der deutschen Stadt Düren). Nach dem Aushärten erhält diese Legierung eine besondere Härte und wird etwa siebenmal fester als reines Aluminium. Gleichzeitig ist es fast dreimal leichter als Eisen. Es wird durch Legieren von Aluminium mit geringen Zusätzen von Kupfer, Magnesium, Mangan, Silizium und Eisen gewonnen. Weit verbreitet sind Silumine – Gusslegierungen aus Aluminium und Silizium. Es werden auch hochfeste, kryogene (frostbeständige) und hitzebeständige Legierungen hergestellt. Schutz- und Dekorbeschichtungen lassen sich problemlos auf Produkte aus Aluminiumlegierungen auftragen. Die Leichtigkeit und Festigkeit von Aluminiumlegierungen kommen vor allem in der Luftfahrttechnik zum Einsatz. Hubschrauberrotoren bestehen beispielsweise aus einer Legierung aus Aluminium, Magnesium und Silizium. Relativ günstige Aluminiumbronze (bis zu 11 % Al) hat gute mechanische Eigenschaften, sie ist in Meerwasser und sogar in verdünnter Salzsäure stabil. Von 1926 bis 1957 wurden in der UdSSR Münzen im Wert von 1, 2, 3 und 5 Kopeken aus Aluminiumbronze geprägt.

Derzeit wird ein Viertel des gesamten Aluminiums für den Baubedarf verwendet, die gleiche Menge wird in der Verkehrstechnik verbraucht, etwa 17 % werden für Verpackungsmaterialien und Dosen und 10 % für die Elektrotechnik ausgegeben.

Viele brennbare und explosive Gemische enthalten auch Aluminium. Alumotol, eine gegossene Mischung aus Trinitrotoluol und Aluminiumpulver, ist einer der stärksten Industriesprengstoffe. Ammonal ist ein explosiver Stoff, der aus Ammoniumnitrat, Trinitrotoluol und Aluminiumpulver besteht. Brandzusammensetzungen enthalten Aluminium und ein Oxidationsmittel - Nitrat, Perchlorat. Die pyrotechnischen Zusammensetzungen von Zvezdochka enthalten auch Aluminiumpulver.

Eine Mischung aus Aluminiumpulver und Metalloxiden (Thermit) wird zur Herstellung bestimmter Metalle und Legierungen, zum Schweißen von Schienen und in Brandmunition verwendet.

Aluminium hat auch als Raketentreibstoff praktische Verwendung gefunden. Um 1 kg Aluminium vollständig zu verbrennen, wird fast viermal weniger Sauerstoff benötigt als für 1 kg Kerosin. Darüber hinaus kann Aluminium nicht nur durch freien Sauerstoff oxidiert werden, sondern auch durch gebundenen Sauerstoff, der Bestandteil von Wasser oder Kohlendioxid ist. Beim „Verbrennen“ von Aluminium in Wasser werden 8800 kJ pro 1 kg Produkt freigesetzt; das ist 1,8-mal weniger als bei der Verbrennung von Metall in reinem Sauerstoff, aber 1,3-mal mehr als bei der Verbrennung an Luft. Dies bedeutet, dass anstelle gefährlicher und teurer Verbindungen einfaches Wasser als Oxidationsmittel für diesen Kraftstoff verwendet werden kann. Die Idee, Aluminium als Brennstoff zu verwenden, wurde bereits 1924 vom einheimischen Wissenschaftler und Erfinder F.A. Tsander vorgeschlagen. Nach seinem Plan ist es möglich, Aluminiumelemente eines Raumfahrzeugs als zusätzlichen Treibstoff zu nutzen. Dieses mutige Projekt wurde noch nicht in die Praxis umgesetzt, aber die meisten derzeit bekannten Feststoffraketentreibstoffe enthalten metallisches Aluminium in Form von feinem Pulver. Die Zugabe von 15 % Aluminium zum Kraftstoff kann die Temperatur der Verbrennungsprodukte um tausend Grad erhöhen (von 2200 auf 3200 K); Auch die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsprodukte aus der Triebwerksdüse nimmt merklich zu – der wichtigste Energieindikator, der die Effizienz des Raketentreibstoffs bestimmt. In dieser Hinsicht können nur Lithium, Beryllium und Magnesium mit Aluminium konkurrieren, diese sind jedoch alle deutlich teurer als Aluminium.

Auch Aluminiumverbindungen werden häufig verwendet. Aluminiumoxid ist ein feuerfestes und abrasives (Schmirgel-)Material, ein Rohstoff für die Herstellung von Keramik. Es wird auch zur Herstellung von Lasermaterialien, Uhrenlagern und Schmucksteinen (künstliche Rubine) verwendet. Kalziniertes Aluminiumoxid ist ein Adsorptionsmittel zur Reinigung von Gasen und Flüssigkeiten und ein Katalysator für eine Reihe organischer Reaktionen. Wasserfreies Aluminiumchlorid ist ein Katalysator in der organischen Synthese (Friedel-Crafts-Reaktion), der Ausgangsstoff für die Herstellung von hochreinem Aluminium. Aluminiumsulfat wird zur Wasserreinigung verwendet; Reaktion mit dem darin enthaltenen Calciumbicarbonat:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca(HCO 3) 2 ® 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O bildet Oxid-Hydroxid-Flocken, die sich absetzen, einfangen und auch an der Oberfläche sorbieren suspendierte Verunreinigungen und sogar Mikroorganismen im Wasser. Darüber hinaus wird Aluminiumsulfat als Beizmittel zum Färben von Stoffen, zum Gerben von Leder, zum Konservieren von Holz und zum Leimen von Papier verwendet. Calciumaluminat ist Bestandteil zementhaltiger Materialien, darunter Portlandzement. Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) YAlO 3 ist ein Lasermaterial. Aluminiumnitrid ist ein feuerfestes Material für Elektroöfen. Synthetische Zeolithe (sie gehören zu den Alumosilikaten) sind Adsorbentien in der Chromatographie und Katalysatoren. Organoaluminiumverbindungen (z. B. Triethylaluminium) sind Bestandteile von Ziegler-Natta-Katalysatoren, die zur Synthese von Polymeren, darunter hochwertigem Synthesekautschuk, verwendet werden.

Ilja Leenson

Literatur:

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Aluminium wurde erstmals erst zu Beginn des 19. Jahrhunderts hergestellt. Dies wurde vom Physiker Hans Oersted durchgeführt. Er führte sein Experiment mit Kaliumamalgam, Aluminiumchlorid und durch.

Der Name dieses silbrigen Materials stammt übrigens vom lateinischen Wort „Alaun“, denn aus ihnen wird dieses Element abgebaut.

Alaun ist ein natürliches Mineral auf Metallbasis, das in seiner Zusammensetzung Schwefelsäuresalze kombiniert.

Früher galt es als Edelmetall und war eine Größenordnung teurer als Gold. Dies wurde dadurch erklärt, dass das Metall nur schwer von Verunreinigungen zu trennen war. Daher konnten sich nur reiche und einflussreiche Menschen Aluminiumschmuck leisten.

Doch 1886 entwickelte Charles Hall eine Methode zur Gewinnung von Aluminium im industriellen Maßstab, die die Kosten dieses Metalls drastisch senkte und seine Verwendung in der metallurgischen Produktion ermöglichte. Die industrielle Methode beinhaltete die Elektrolyse von geschmolzenem Kryolith, in dem Aluminiumoxid gelöst war.

Aluminium ist ein sehr beliebtes Metall, da viele Dinge, die Menschen im täglichen Leben verwenden, daraus hergestellt werden.

Anwendung von Aluminium

Aufgrund seiner Formbarkeit und Leichtigkeit sowie seiner Korrosionsbeständigkeit ist Aluminium ein wertvolles Metall in der modernen Industrie. Nicht nur Küchengeräte werden aus Aluminium hergestellt, auch im Automobil- und Flugzeugbau wird es häufig eingesetzt.

Aluminium ist außerdem eines der kostengünstigsten und wirtschaftlichsten Materialien, da es durch das Einschmelzen unerwünschter Aluminiumgegenstände wie Dosen endlos verwendet werden kann.

Aluminiummetall ist sicher, seine Verbindungen können jedoch für Mensch und Tier giftig sein (insbesondere Aluminiumchlorid, -acetat und -sulfat).

Physikalische Eigenschaften von Aluminium

Aluminium ist ein relativ leichtes, silberfarbenes Metall, das mit den meisten Metallen, insbesondere Kupfer und Silizium, Legierungen bilden kann. Außerdem ist es sehr plastisch und lässt sich leicht zu einer dünnen Platte oder Folie verarbeiten. Der Schmelzpunkt von Aluminium beträgt 660 °C und der Siedepunkt beträgt 2470 °C.

Chemische Eigenschaften von Aluminium

Bei Raumtemperatur ist das Metall mit einem dauerhaften Film aus Aluminiumoxid Al₂O₃ überzogen, der es vor Korrosion schützt.

Aluminium reagiert aufgrund des es schützenden Oxidfilms praktisch nicht mit Oxidationsmitteln. Es kann jedoch leicht zerstört werden, sodass das Metall aktive restaurative Eigenschaften aufweist. Der Aluminiumoxidfilm kann mit einer Lösung oder Schmelze von Laugen, Säuren oder mit Hilfe von Quecksilberchlorid zerstört werden.

Aufgrund seiner reduzierenden Eigenschaften findet Aluminium in der Industrie Anwendung bei der Herstellung anderer Metalle. Dieser Vorgang wird Aluminothermie genannt. Dieses Merkmal von Aluminium ist seine Wechselwirkung mit Oxiden anderer Metalle.

Betrachten Sie zum Beispiel die Reaktion mit Chromoxid:

Cr₂O₃ + Al = Al₂O₃ + Cr.

Aluminium reagiert gut mit einfachen Substanzen. Beispielsweise kann Aluminium mit Halogenen (außer Fluor) Aluminiumiodid, -chlorid oder -bromid bilden:

2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃

Mit anderen Nichtmetallen wie Fluor, Schwefel, Stickstoff, Kohlenstoff usw. Aluminium kann nur beim Erhitzen reagieren.

Silbermetall reagiert auch mit komplexen Chemikalien. Beispielsweise bildet es mit Alkalien Aluminate, also komplexe Verbindungen, die in der Papier- und Textilindustrie aktiv eingesetzt werden. Darüber hinaus reagiert es als Aluminiumhydroxid

Al(OH)₃ + NaOH = Na),

und metallisches Aluminium oder Aluminiumoxid:

2Al + 2NaOH + 6Н₂О = 2Na + ЗН₂.

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2Na

Aluminium reagiert recht ruhig mit aggressiven Säuren (z. B. Schwefel- und Salzsäure), ohne dass es zu einer Entzündung kommt.

Wenn Sie ein Stück Metall in Salzsäure tauchen, verläuft die Reaktion langsam – der Oxidfilm löst sich zunächst auf –, beschleunigt sich dann aber. Aluminium wird zwei Minuten lang in Salzsäure gelöst, um Quecksilber freizusetzen, und dann gut abgespült. Das Ergebnis ist ein Amalgam, eine Legierung aus Quecksilber und Aluminium:

3HgCI₂ + 2Al = 2AlCI₃ + 3Hg

Außerdem klebt es nicht an der Metalloberfläche. Wenn man nun das gereinigte Metall in Wasser eintaucht, kann man eine langsame Reaktion beobachten, die mit der Freisetzung von Wasserstoff und der Bildung von Aluminiumhydroxid einhergeht:

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂.

Es ist das häufigste Metall in der Erdkruste. Es gehört zur Gruppe der Leichtmetalle, hat eine niedrige Dichte und einen niedrigen Schmelzpunkt. Gleichzeitig sind Plastizität und elektrische Leitfähigkeit auf einem hohen Niveau, was dies gewährleistet. Lassen Sie uns also herausfinden, wie hoch der spezifische Schmelzpunkt von Aluminium und seinen Legierungen ist (im Vergleich zu und), die thermische und elektrische Leitfähigkeit, die Dichte und andere Eigenschaften sowie die Merkmale der Struktur von Aluminiumlegierungen und ihrer chemischen Zusammensetzung .

Zunächst sind die Struktur und die chemische Zusammensetzung von Aluminium Gegenstand unserer Betrachtung. Die Zugfestigkeit von reinem Aluminium ist äußerst gering und beträgt bis zu 90 MPa. Wird seiner Zusammensetzung in geringem Anteil Mangan oder Magnesium zugesetzt, kann die Festigkeit auf 700 MPa ansteigen. Der Einsatz einer speziellen Wärmebehandlung führt zum gleichen Ergebnis.

Das Metall mit der höchsten Reinheit (99,99 % Aluminium) kann für Spezial- und Laborzwecke verwendet werden, in anderen Fällen mit technischer Reinheit. Die häufigsten Verunreinigungen darin können Silizium und Eisen sein, die in Aluminium praktisch unlöslich sind. Durch ihre Zugabe nimmt die Duktilität ab und die Festigkeit des Endmetalls steigt.

Die Struktur von Aluminium wird durch Elementarzellen dargestellt, die wiederum aus vier Atomen bestehen. Theoretisch beträgt die Dichte dieses Metalls 2698 kg/m3.

Lassen Sie uns nun über die Eigenschaften von Aluminiummetall sprechen.

In diesem Video erfahren Sie mehr über die Struktur von Aluminium:

Eigenschaften und Eigenschaften

Zu den Eigenschaften des Metalls gehören seine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, hohe Duktilität und Beständigkeit gegenüber niedrigen Temperaturen. Darüber hinaus ist seine Haupteigenschaft seine geringe Dichte (ca. 2,7 g/cm 3 ).

Die mechanischen, technologischen sowie physikalischen und chemischen Eigenschaften dieses Metalls hängen direkt von den in seiner Zusammensetzung enthaltenen Verunreinigungen ab. Zu seinen natürlichen Bestandteilen gehören und.

Haupteinstellungen

• Die Dichte von Aluminium beträgt 2,7 * 10 3 kg/m 3 ;
• Spezifisches Gewicht - 2,7 G/cm3;
• Aluminiumschmelzpunkt 659 °C;
• Siedepunkt 2000°C;
• Der lineare Ausdehnungskoeffizient beträgt - 22,9 * 10 6 (1/Grad).

Nun werden die Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium berücksichtigt.

Dieses Video vergleicht die Schmelzpunkte von Aluminium und anderen häufig verwendeten Metallen:

Elektrische Leitfähigkeit

Ein wichtiger Indikator für Aluminium ist seine elektrische Leitfähigkeit, die nach Gold, Silber und Gold an zweiter Stelle steht. Der hohe elektrische Leitfähigkeitskoeffizient in Kombination mit der geringen Dichte macht das Material in der Kabel- und Drahtindustrie äußerst wettbewerbsfähig.

Neben den Hauptverunreinigungen wird dieser Indikator auch durch Mangan und Chrom beeinflusst. Wenn Aluminium für die Herstellung von Stromleitern vorgesehen ist, sollte die Gesamtmenge an Verunreinigungen 0,01 % nicht überschreiten.

• Der Indikator für die elektrische Leitfähigkeit kann je nach Zustand des Aluminiums variieren. Der Prozess des Langzeitglühens erhöht diesen Indikator, während das Kalthärten ihn im Gegenteil verringert.
• Der spezifische Widerstand bei einer Temperatur von 20 0 C liegt je nach Metallart im Bereich von 0,0277–0,029 μOhm*m.

Wärmeleitfähigkeit

Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des Metalls beträgt etwa 0,50 cal/cm*s*C und steigt mit dem Grad seiner Reinheit.

Dieser Wert ist geringer als der von Silber, aber höher als der anderer Metalle. Dank ihm wird Aluminium aktiv bei der Herstellung von Wärmetauschern und Heizkörpern eingesetzt.

Korrosionsbeständigkeit

Das Metall selbst ist ein chemisch aktiver Stoff, weshalb es in der Aluminothermie eingesetzt wird. Bei Kontakt mit Luft bildet sich darauf ein dünner Aluminiumoxidfilm, der chemisch inert und hochfest ist. Sein Hauptzweck besteht darin, das Metall vor dem anschließenden Oxidationsprozess sowie vor den Auswirkungen von Korrosion zu schützen.

• Wenn das Aluminium von hoher Reinheit ist, ist dieser Film porenfrei, deckt die Oberfläche vollständig ab und sorgt für eine zuverlässige Haftung. Dadurch ist das Metall nicht nur gegen Wasser und Luft, sondern auch gegen Laugen und anorganische Säuren beständig.
• An Stellen, an denen sich Verunreinigungen befinden, kann die Schutzschicht der Folie beschädigt werden. Solche Stellen werden anfällig für Korrosion. Daher kann es zu Lochfraß an der Oberfläche kommen. Enthält die Sorte 99,7 % Aluminium und weniger als 0,25 % Eisen, beträgt die Korrosionsrate 1,1, bei einem Aluminiumgehalt von 99,0 % steigt dieser Wert auf 31.
• Das enthaltene Eisen verringert zwar auch die Alkalibeständigkeit des Metalls, verändert jedoch nicht die Beständigkeit gegenüber Schwefel- und Salpetersäure.

Wechselwirkung mit verschiedenen Substanzen

Wenn Aluminium eine Temperatur von 100 0 C hat, kann es mit Chlor interagieren. Unabhängig vom Grad der Erhitzung löst Aluminium Wasserstoff, reagiert jedoch nicht mit ihm. Deshalb ist es der Hauptbestandteil der im Metall vorhandenen Gase.

Im Allgemeinen ist Aluminium in den folgenden Umgebungen stabil:

• Süß- und Meerwasser;
• Magnesium-, Natrium- und Ammoniumsalze;
• Schwefelsäure;
• Schwache Lösungen von Chrom und Phosphor;
• Ammoniaklösung;
• Essigsäure, Äpfelsäure und andere Säuren.

Aluminium ist nicht beständig:

• Schwefelsäurelösung;
• Salzsäure;
• Ätzalkalien und ihre Lösungen;
• Oxalsäure.

Lesen Sie weiter unten über die Toxizität und Umweltfreundlichkeit von Aluminium.

Die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer und Aluminium sowie weitere Vergleiche zwischen den beiden Metallen sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Vergleich der Eigenschaften von Aluminium und Kupfer

Toxizität

Obwohl Aluminium sehr häufig vorkommt, wird es von keinem Lebewesen im Stoffwechsel verwendet. Es hat eine leicht toxische Wirkung, viele seiner wasserlöslichen anorganischen Verbindungen können jedoch lange Zeit in diesem Zustand verbleiben und sich negativ auf lebende Organismen auswirken. Die giftigsten Stoffe sind Acetate, Chloride und Nitrate.

Laut Norm darf Trinkwasser 0,2-0,5 mg pro 1 Liter enthalten.

Dieses Video enthält noch mehr nützliche Informationen über die Eigenschaften von Aluminium:

Chemisch gesehen ist Aluminium ein ziemlich aktives Metall. An der Luft wird seine Oberfläche sofort mit einem dichten Film aus Al2O3-Oxid bedeckt, der den weiteren Zugang von Sauerstoff zum Metall verhindert und zum Abbruch der Reaktion führt, was die hohen Korrosionsschutzeigenschaften von Aluminium bestimmt. Ein schützender Oberflächenfilm auf Aluminium bildet sich auch, wenn es in konzentrierte Salpetersäure eingelegt wird.
Aluminium reagiert aktiv mit anderen Säuren:
6HCl + 2Al = 2AlCl3 + 3H2,
3H2SO4 + 2Al = Al2(SO4)3 + 3H2.
Aluminium reagiert mit Alkalilösungen. Zunächst löst sich der schützende Oxidfilm auf:
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na.
Dann treten die Reaktionen auf:
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2,
NaOH + Al(OH)3 = Na,
oder insgesamt:
2Al + 6H2O + 2NaOH = Na + 3H2,
und als Ergebnis werden Aluminate gebildet: Na – Natriumaluminat (Natriumtetrahydroxoaluminat), K – Kaliumaluminat (Kaliumtetrahydroxoaluminat) oder andere. Da das Aluminiumatom in diesen Verbindungen durch eine Koordinationszahl von 6 und nicht 4 gekennzeichnet ist, ist die Die tatsächlichen Formeln dieser Tetrahydroxoverbindungen lauten wie folgt: Na und K.
Beim Erhitzen reagiert Aluminium mit Halogenen:
2Al + 3Cl2 = 2AlCl3,
2Al + 3 Br2 = 2AlBr3.
Interessanterweise beginnt die Reaktion zwischen Aluminium- und Jodpulvern bei Raumtemperatur, wenn der Ausgangsmischung einige Tropfen Wasser zugesetzt werden, das in diesem Fall die Rolle eines Katalysators spielt:
2Al + 3I2 = 2AlI3.
Die Wechselwirkung von Aluminium mit Schwefel beim Erhitzen führt zur Bildung von Aluminiumsulfid:
2Al + 3S = Al2S3,
das leicht durch Wasser zersetzt wird:
Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S.
Aluminium interagiert nicht direkt mit Wasserstoff, jedoch ist es auf indirektem Weg, beispielsweise mithilfe von Organoaluminiumverbindungen, möglich, festes Polymeraluminiumhydrid (AlH3)x zu synthetisieren – ein sehr starkes Reduktionsmittel.
In Pulverform kann Aluminium an der Luft verbrannt werden, wobei ein weißes, feuerfestes Pulver aus Aluminiumoxid Al2O3 entsteht.
Die hohe Bindungsstärke in Al2O3 bestimmt die hohe Bildungswärme aus einfachen Stoffen und die Fähigkeit von Aluminium, viele Metalle aus ihren Oxiden zu reduzieren, zum Beispiel:
3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe und sogar
3CaO + 2Al = Al2O3 + 3Ca.
Diese Methode zur Herstellung von Metallen wird Aluminothermie genannt.
Amphoteres Oxid Al2O3 entspricht amphoterem Hydroxid – einer amorphen Polymerverbindung, die keine konstante Zusammensetzung aufweist. Die Zusammensetzung von Aluminiumhydroxid kann durch die Formel xAl2O3 yH2O ausgedrückt werden; beim Chemieunterricht in der Schule wird die Formel von Aluminiumhydroxid am häufigsten als Al(OH)3 angegeben.
Im Labor kann Aluminiumhydroxid durch Austauschreaktionen in Form eines gelatinösen Niederschlags gewonnen werden:
Al2(SO4)3 + 6NaOH = 2Al(OH)3Ї + 3Na2SO4,
oder durch Zugabe von Soda zur Aluminiumsalzlösung:
2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Al(OH)3Ї + 6NaCl + 3CO2,
sowie Zugabe einer Ammoniaklösung zu einer Aluminiumsalzlösung:
AlCl3 + 3NH3·H2O = Al(OH)3Ї + 3H2O + 3NH4Cl.

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 Héroux 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 als verwendet 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 Bauwerken beim Betrieb unter extremen Bedingungen (niedrige Temperaturen, Erdbeben usw.).

Aluminium wird häufig in verschiedenen Transportarten verwendet. Im gegenwärtigen Entwicklungsstadium 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 und verschiedenen Arten von Schiffsausrüstung verwendet.

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 umweltfreundlich. 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. Durch eine spezielle Oberflächenbehandlung erzielten Juweliere die hellste Farbe des Metalls, 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 mit 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 letzter Zeit ist in der Fachwelt wieder ein verstärktes Interesse an Aluminium zu verzeichnen. 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 in Sprengstoffen und Festbrennstoffen für Raketen verwendet und nutzt seine Fähigkeit, sich schnell zu entzünden: Wäre Aluminium nicht mit einem dünnen Oxidfilm bedeckt, könnte es an der Luft in Flammen aufgehen.

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