Zgodovina aluminija, lastnosti, struktura, pridobivanje, uporabe

On Aluminij To je kovinski element, ki spada v skupino 13 (iii a) periodične tabele in je predstavljen s simbolom. Je lahka kovina z nizko gostoto in trdoto. Po svojih amfoteričnih lastnostih so ga nekateri znanstveniki razvrstili kot metaloid.

Je duktilna in zelo kovinska kovina, zato jo postrežemo za izdelavo žice, aluminijaste liste majhne debeline, poleg katere koli vrste predmeta ali slike; Na primer, znane pločevinke z zlitinami ali aluminijasto folijo, s katero so zavite hrana ali sladice.

Nagubana aluminijasta folija, eden najpreprostejših in dnevnih predmetov, narejenih s to kovino. Vir: Pexels.

Človek je že od antičnih časov v medicini, usnjarju in kot mordanu za obarvanje tkiv uporabljal aluminij (aluminij in hidriran kalij). Tako so bili njihovi minerali vedno znani.

Vendar pa je aluminij kot kovina zelo pozno, leta 1825, izoliral Øersted, kar je privedlo do znanstvene dejavnosti, ki je omogočila industrijsko uporabo istega. V tistem trenutku je bil aluminij najbolj svetovna kovina, po železu.

Aluminij je predvsem v zgornjem delu zemeljske skorje, ki predstavlja 8% po teži istega. Ustreza tretjemu najpogostejšemu elementu, ki ga v silicijevem silicijevem silicinu premagajo kisik in silicij in silikatni minerali.

Bauksit je povezava mineralov, med katerimi so: alumina (aluminijev oksid) in kovinski železov oksidi, titan in silicij. Predstavlja glavni naravni vir za izkoriščanje aluminija.

[TOC]

Zgodovina

Alum

V Mezopotamiji, od 5000 let. C., Keramiko so že izdelali z glinami, ki vsebujejo aluminijaste spojine. Medtem 4000, Babilonci in Egipčani so v nekaterih kemičnih spojinah uporabljali aluminij.

Prvi pisni dokument, povezan z aluminom, je v 5. stoletju naredil Herodot, grški zgodovinar. C. Aluminij [kal (tako₄)₂· 12h₂Ali] je bil uporabljen kot mordant pri obarvanju tkanin in za zaščito lesa, s katerim so bile zasnovane vrata prednosti, požarov.

Na enak način se Plinio "El Viejo" v 1. stoletju nanaša na alumen, ki je danes znana kot aluminija, kot snov, ki se uporablja v medicini in Mordant.

Od šestnajstega stoletja je bil alum uporabljen v porjavelu. To je bila želatinasta snov, ki je papirju dala doslednost in je dovolila njegovo uporabo v pisanju.

Leta 1767 je švicarski kemik Torbern Bergman dosegel sintezo aluminija. Da bi to naredil, je ogrel lunito [kal₃(SW₄)₂(OH)₆] z žveplovo kislino in nato dodano raztopino.

Prepoznavanje v glinici

Leta 1782 je francoski kemik Antoine Lavoisier dejal, da je glinica (do₂Tudi₃) To je bil element oksid. To ima takšno afiniteto do kisika, ki jo je bilo težko ločiti. Zato je lavoisier napovedal takrat obstoj aluminija.

Kasneje, leta 1807, je angleški kemik Sir Humphry Davy podvrgel elektrolizo. Vendar je metoda, ki jo je uporabil, ustvarila aluminijevo zlitino s kalijem in natrijem, tako da kovine ni mogel izolirati.

Davy je komentiral, da ima Alumina kovinsko bazo, ki je sprva označena kot "aluminij", ki temelji na latinski besedi "alumen", ime, ki se uporablja za aluminij. Kasneje je Davy spremenil ime v "Aluminij", trenutno ime v angleščini.

Leta 1821 je nemškemu kemiku Eilhardu Mitscherlichu uspelo odkriti pravilno formulo glinice:₂Tudi₃.

Izolacija

Istega leta je francoski geolog Pierre Berthier odkril aluminijasti mineral v skalnatem rdečkanskem nahajališču v Franciji, v regiji Les Baux. Berthier je mineral označil za boksit. Ta mineral je trenutno glavni vir aluminija.

Leta 1825 je danski kemik Hans Christian Øersted ustvaril kovinsko bar domnevnega aluminija. Opisal ga je kot "kos kovine, ki je v barvi in ​​svetlosti, ki je nekoliko podoben kositru". Ørsted bi ga lahko dosegel z zmanjšanjem aluminijevega klorida, alcl₃, S kalijevim amalgamom.

Vendar je bilo mišljeno, da raziskovalec ni dobil čistega aluminija, ampak aluminija in kalijevega zlitine.

Leta 1827 je nemške kemike Friedrich Wöehler uspelo proizvesti približno 30 gramov aluminijastega materiala. Nato je Wöehler leta 1845 po 18 letih raziskovalnega dela dosegel proizvodnjo krvnih celic velikosti pokrivanja, z sivkastim in sivkastim sijajem.

Wöehler je celo opisal nekatere lastnosti kovine, kot so barva, specifična gravitacija, duktilnost in stabilnost.

Industrijska proizvodnja

Leta 1855 je francoski kemik Henri Sainte-Claire Deville izboljšal metodo Wöehlerja. Za to je uporabil zmanjšanje aluminijevega klorida ali natrijevega aluminijevega klorida s kovinskim natrijem₃Alf₆) kot tok.

To je omogočilo industrijsko proizvodnjo aluminija v Rouenu v Franciji in med letoma 1855 in 1890 je bila dosežena proizvodnja 200 ton aluminija.

Vam lahko postreže: papir s kratkimi

Leta 1886 sta francoski inženir Paul Herult in ameriški študent Charles Hall neodvisno ustvarila metodo za aluminijasto proizvodnjo. Metoda je sestavljena iz elektrolitskega redukcije aluminijevega oksida v staljenem kreolu z uporabo neprekinjenega toka.

Metoda je bila učinkovita, vendar je imela težavo z visoko potrebo po električni energiji, kar je povečalo proizvodnjo. Herult je to težavo rešil tako.

Hall je bil sprva nameščen v Pittsburgu (EE.Uu.), Toda potem je svojo industrijo preselil v bližini Niagara katarakte.

Končno je leta 1889 Karl Joseph Bayer ustvaril metodo proizvodnje glinice. To je sestavljeno iz segrevanja boksita znotraj zaprte posode z alkalno raztopino. Med postopkom ogrevanja se pridobiva frakcija glinice v fiziološki raztopini.

Fizikalne in kemijske lastnosti

Fizični videz

Kovinska aluminijasta kocka. Vir: Carsten Niehaus [javna domena]

Sillyic siva -gray trdna s kovinskim sijajem (nadrejena slika). Je mehka kovina, vendar se strdi z majhnimi količinami silicija in železa. Poleg tega je značilno, da je zelo duktilna in pokrajšana, saj lahko aluminije debeline sestavljajo do 4 mikrone.

Atomska teža

26.981 u

Atomsko število (z)

13

Tališče

660,32 ° C

Vrelišče

2.470 ° C

Gostota

Temperatura okolice: 2,70 g/ml

Fusion Point (tekočina): 2.375 g/ml

Njegova gostota je v primerjavi z drugimi kovinami znatno nizka. Zaradi tega je aluminij precej lahek.

Fuzijska toplota

10,71 kJ/mol

Toplota za uparjanje

284 kJ/mol

Molarna kalorična sposobnost

24,20 j/(mol · k)

Elektronegativnost

1,61 na lestvici Pauling

Ionizacijska energija

-Najprej: 577,5 kJ/mol

-Drugi: 1.816,7 kJ/mol

-Tretjič: 2.744,8 kJ/mol

Toplotno raztezanje

23,1 µm/(m · k) pri 25 ° C

Toplotna prevodnost

237 w/(m · k)

Aluminij ima toplotno prevodnost trikrat večjo kot jeklo.

Električna upornost

26,5 nΩ · m pri 20 ° C

Njegova električna prevodnost je 2/3, od tega predstavlja baker.

Magnetni vrstni red

Paramagnet

Trdota

275 na lestvici MOHS

Reaktivnost

Aluminij je odporen proti koroziji, ker je tanka plast oksida v zraku izpostavljena zraku₂Tudi₃ ki nastane na njegovi površini, preprečuje, da bi oksidacija nadaljevala znotraj kovine.

V kislih raztopinah reagira z vodo, da tvori vodik; medtem ko v alkalnih raztopinah aluminatni ion (al₂^-).

Razredčene kisline ga ne morejo raztopiti, vendar v prisotnosti koncentrirane klorovodikove kisline. Vendar pa je aluminij koncentrirano odpornost na dušikovo kislino, čeprav ga hidroksidi napadajo, da proizvajajo vodik in aluminatni ion.

Razpršilni aluminij se ožiči v prisotnosti kisika in ogljikovega dioksida, ki tvori aluminijev in aluminijev karbidni oksid. Korodira ga lahko s kloridom, ki je prisoten v raztopini natrijevega klorida. Zaradi tega uporaba aluminija v cevi ni priporočljiva.

Aluminij oksidira z vodo pri temperaturah pod 280 ° C.

2 do (s) +6 h₂O (g) => 2al (OH)₃(s) +3h₂(g)+toplota

Elektronska struktura in konfiguracija

Aluminij, ker je kovinski element (z metaloidnimi barvili za nekatere), njihovi atomi, ki se medsebojno medsebojno medsebojno medsebojno povezujejo. To neusmiljeno silo urejajo njeni valenčni elektroni, ki jih kozarec razprši v vseh njenih dimenzijah.

Takšni valenčni elektroni so naslednji, v skladu z elektronsko konfiguracijo aluminija:

[NE] 3S² 3P¹

Zato je aluminij trivalentna kovina, saj ima tri elektrone Valencije; dva v 3S orbitali in ena v 3p. Te orbitale se prekrivajo tako.

Skupina je polna, medtem ko ima P bend veliko prostih delovnih mest za več elektronov. Zato je aluminij dober električni prevodnik.

Aluminijasta kovinska povezava, polmer njegovih atomov in njegove elektronske značilnosti opredeljujejo FCC (obraz Cenred kubic za svojo kratico v angleščini). Takšen FCC kristal je očitno edini znani alotrop aluminija, zato se zagotovo upirajo visokim pritiskom, ki delujejo na njem.

Oksidacijske številke

Elektronska konfiguracija aluminija takoj kaže, da je sposobna izgubiti do tri elektrone; to pomeni, da ima veliko nagnjenost k oblikovanju kationa³⁺. Kadar se obstoj tega kationa predpostavi v spojini, ki izhaja iz aluminija, se reče, da ima to število +3 oksidacije; Kot je dobro znano, je to najpogostejše za aluminij.

Vendar pa obstajajo druge možne oksidacijske številke, čeprav redke, za to kovino; kot je: -2 (do^2-), -1 (do^-), +1 (do⁺) in +2 (do²⁺).

Vam lahko služi: litijev oksid

V al₂Tudi₃, Na primer, aluminij ima +3 oksidacijsko številko (at₂³⁺Tudi₃^2-); medtem ko v Ali in Allo, +1 (do⁺F^-) in +2 (do²⁺Tudi^2-). Vendar je v normalnih pogojih ali situacijah A (III) ali +3 daleč najpogostejše oksidacijsko število; od, al³⁺ je izolektronski do plemenitega neonskega plina.

Zato je v šolskih besedilih vedno domnevno in pravilno, da ima aluminij +3 kot edino število ali status oksidacije.

Kje je in dobimo

Aluminij je koncentriran v zunanjem traku Zemljine skorje, ki je njegov tretji element, ki ga presegajo le kisik in silicij. Aluminij predstavlja 8% zaradi teže Zemljine skorje.

Najdemo ga v magnetnih kamninah, predvsem: aluminosilikati, feldspars, feldspatoidi in micas. Tudi v rdečkastih glinah je kot tak primer boksita.

- Bauxitas

Mine Bauxitas. Vir: Uporabnik: Vargaa [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/4.0)]

Biksiti so mešanica mineralov, ki vsebuje hidrirano glinico in nečistoče; kot so železni in titanovi oksidi ter kremen z naslednjimi odstotki teže:

-Do₂Tudi₃ 35-60%

-Vera₂Tudi₃ 10-30%

-Sio₂ 4-10%

-Stric₂ 2-5%

-H₂O Ustava 12-30%.

Alumina najdemo v boksitu, hidrirani z dvema različicama:

-Monohidrati (al₂Tudi₃· H₂O), ki predstavljata dve kristalografski obliki, boemite in diasporo

-Trihidrate (al₂Tudi₃· 3H₂O), ki jo predstavlja Gibbsita.

Bauxita je glavni vir aluminija in dobave večine aluminija, pridobljenih z rudarskim izkoriščanjem.

- Aluminijaste nahajališča

Sprememb

Predvsem boksiji, ki jih tvori 40-50% Al₂Tudi₃, 20% vera₂Tudi₃ in 3-10% SIO₂.

Hidrotermalni

Alunit.

Magmatično

Aluminozne kamnine, ki imajo minerale, kot so sienitas, nephlines in anortite (20% Al₂Tudi₃).

Metamorfno

Aluminijasti silikati (Andalucita, Sillimanita in Cianita).

Detrit

Caolin nahajališča in različne gline (32% Al₂Tudi₃).

- Izkoriščanje boksita

Boksit se izkorišča na odprtem nebu. Ko se zbirajo kamnine ali gline, ki ga vsebujejo, so zdrobljene in zmlete v kroglični in palici, dokler ne dobite delcev premera 2 mm. V teh procesih obdelani material ostane navlažen.

Pri pridobivanju glinice sledi postopek, ki ga je ustvaril Bayer, leta 1989. Ozemljitveni boksit se prebavi z dodajanjem natrijevega hidroksida, ki tvori natrijev aluminat, ki je solubiliziran; Medtem ko železo, kontaminanti iz titana in silicija ostanejo v suspenziji.

Oprostitev onesnaževal in alumina trihidrata se obori iz natrijevega aluminata za hlajenje in redčenje. Nato je opisana alumina trihidrata, ki povzroča brezvodno in vodno glinico.

- Aluminska elektroliza

Za pridobitev aluminija je alumina podvržena elektrolizi, običajno po metodi, ki jo ustvari Hall-Hrult (1886). Postopek je sestavljen za zmanjšanje staljene glinice v kreole.

Kisik se veže na ogljikovo anodo in se sprošča kot ogljikov dioksid. Medtem se osvobojeni aluminij odlaga na dnu elektrolitske celice, kjer se nabira.

Zlitine

Aluminijeve zlitine so običajno identificirane s štirimi številkami.

1xxx

Koda 1xxx ustreza aluminiju z 99% čistosti.

2xxx

2xxx koda ustreza aluminijevi zlitini z bakrom. So močne zlitine, ki so bile uporabljene v vesoljskih vozilih, vendar jih je korozijo pokvarila. Te zlitine so znane kot duraluminoso.

3xxx

Koda 3xxx zajema zlitine, v katere se doda mangan aluminij in majhno količino magnezija. So zelo odporni na obrabo, pri čemer 3003 zlitine pri izdelavi kuhinjskih pripomočkov in 3004 v pijačah pijač.

4xxx

Koda 4xxx predstavlja zlitine, pri katerih se silicij doda aluminiju, kar zmanjšuje talilno točko merilnika. Ta zlitina se uporablja pri izdelavi varilnih žic. 4043 zlitine se uporablja pri avtomobilskem varjenju in strukturnih elementih.

5xxx

5xxx koda zajema zlitine, v katerih se v glavnem doda aluminij.

So močne in odporne zlitine na korozijo morske vode, ki se uporabljajo za izdelavo zabojnikov in različnih morskih aplikacij. 5182 Zlitina se uporablja za izdelavo osvežilnih plošč.

6xxx

6xxx koda zajema zlitine, v katerih se doda silicij in magnezij do aluminija. Te zlitine so oblikovane, privarljive in korozijske odporne. Najpogostejša zlitina te serije se uporablja v arhitekturi, kolesarskih okvirih in v izdelavi iPhone 6.

7xxx

Koda 7xxx označuje zlitine, v katerih je cink dodan aluminiju. Te zlitine, imenovane tudi Ergal, so odporne na lomljenje in so velike trdote, pri čemer uporabljajo 7050 in 7075 zlitin pri gradnji letal.

Tveganja

Neposredna izpostavljenost

Stik z aluminijem v prahu lahko povzroči draženje kože in oči. Visoka in dolgotrajna izpostavljenost aluminiju lahko povzroči simptome, podobne gripi, glavobolu, vročini in mrzlici; Poleg tega se lahko pojavijo bolečine in pektoralno zatiranje.

Vam lahko služi: obsežne lastnosti snovi

Fina aluminijasta izpostavljenost prahu lahko povzroči pljučne brazgotine (pljučna fibroza), s simptomi kašlja in skrajšanjem dihanja. OSHA je vzpostavila mejo 5 mg/m³ Za izpostavljenost aluminijevemu prahu v 8 -urnem dnevu na dan.

Vrednost biološke tolerance za poklicno izpostavljenost aluminiju je bila določena v 50 µg/g kreatinina v urinu. Zmanjševalna učinkovitost pri nevropsiholoških testih je predstavljena, ko koncentracija aluminija v urinu presega 100 µg/g kreatinina.

Rak na dojki

Aluminij se uporablja kot aluminijev hidroklorid pri protitranspirantnih deodorantih, ki je bil povezan z pojavom raka dojke. Vendar to razmerje med drugim ni jasno ugotovljeno, ker je absorpcija kože aluminijevega hidroklorida le 0,01%.

Nevrotoksični učinki

Aluminij je nevrotoksičen in pri ljudeh s poklicno izpostavljenostjo je bil povezan z nevrološkimi boleznimi, ki vključujejo Alzheimerjevo bolezen.

Možgani Alzheimerjeve bolnikov imajo visoko koncentracijo aluminija; Vendar ni znano, ali je vzrok bolezni ali posledica nje.

Določena je prisotnost nevrotoksičnih učinkov pri dializnih bolnikih. V tem postopku smo uporabili aluminijeve soli kot fosfatno vezivo, ki je povzročila visoke koncentracije aluminija (> 100 µg/L plazme).

Prizadeti bolniki so imeli dezorientacijo, težave s spominom in v naprednih fazah, demenca. Aluminijasta nevrotoksičnost je razložena, ker je težko odpraviti možgane in vplivati ​​na njegovo delovanje.

Vnos aluminija

Aluminij je prisoten v številnih živilih, zlasti čaju, začimbah in na splošno. Evropska uprava za varnost hrane (EFSA) je vzpostavila mejo tolerance za vnos aluminija v hrani 1 mg/kg dnevne teže.

Leta 2008 je EFSA ocenila, da se je dnevni vnos aluminija v hrani gibal med 3 in 10 mg na dan, zato se sklepa, da ne predstavlja tveganja za zdravje; kot tudi uporaba aluminijastih pripomočkov za kuhanje hrane.

Prijave

- Kot kovina

Električni

Aluminij je dober električni prevodnik, zato ga uporablja v zlitinah v električnih daljnovodih, motorjih, generatorjih, transformatorjih in kondenzatorjih.

Gradnja

Aluminij se uporablja pri izdelavi vrat in oken, particij, žičnih, premazov, termičnih izolatorjev, stropov itd.

Prevozna sredstva

Aluminij se uporablja pri proizvodnji avtomobilskih delov, letal, tovornjakov, koles, motociklov, čolnov, vesoljskih plovil, železniških avtomobilov itd.

Posode

Aluminijaste pločevinke za različne sorte hrane. Vir: pxhere.

Z aluminijastimi pločevinami so narejene za pijačo, pivske sod, pladnje itd.

Doma

Aluminijaste žlice. Vir: Pexels.

Aluminij služi za izdelavo kuhinjskih pripomočkov: lonci, ponve, pailas in ovojni papir; Poleg pohištva, svetilk itd.

Odsevna moč

Aluminij učinkovito odraža sevalno energijo; Od ultravijolične svetlobe do infrardečega sevanja. Odsevna moč aluminija do vidne svetlobe je približno 80%, kar omogoča njegovo uporabo kot zaslon v svetilkah.

Poleg tega aluminij ohranja svojo odsevno značilnost tudi v obliki drobnega prahu, tako da ga je mogoče uporabiti pri izdelavi srebrnih barv.

- Aluminijaste spojine

Alumina

Uporablja se za izdelavo kovinskega aluminija, izolatorjev in svečk. Ko se alumina segreje, razvije porozno strukturo, ki absorbira vodo, pri čemer uporablja pline in služi kot sedež za delovanje katalizatorjev več kemičnih reakcij.

Aluminijast sulfat

Uporablja se v proizvodnji papirja in kot površinski nadev. Aluminijev sulfat služi za tvorbo aluminija in kalijevega aluminija [kal (tako₄)₂· 12h₂Vse. To je najbolj uporabljen aluminij in s številnimi aplikacijami; na primer izdelava zdravil, slik in mordant za obarvanje tkanin.

Aluminijev klorid

Je najbolj uporabljen katalizator v reakcijah Friedel-Crafts. To so sintetične organske reakcije, ki se uporabljajo pri pripravi aromatičnih ketonov in antrakinona. Hidrirani aluminijev klorid se uporablja kot aktualni in deodorantni protitranspirant.

Aluminijast hidroksid

Uporablja se za vodoodporno tkivo in proizvodnjo aluminatov.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja). MC Graw Hill.
2. Wikipedija. (2019). Aluminij. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org
3. Nacionalni center za informacije o biotehnologiji. (2019). Aluminij. Baza podatkov Pubchem. Cid = 5359268. Okrevano od: pubchem.NCBI.NLM.ameriški nacionalni inštitut za zdravje.Gov/spojina/aluminij
4. Uredniki Enyclopeedia Britannica. (13. januar 2019). Aluminij. Encyclopædia Britannica. Okrevano od: Britannica.com
5. Rusal uc. (s.F.). Zgodovina študentov. Pridobljeno iz: aluminiumLeader.com
6. Univerza Oviedo. (2019). Aluminijasta metalurgija. [PDF]. Okreval od: unioviedo.je
7. Čelada, Anne Marie, ph.D. (6. februar 2019). Aluminijasti ali aluminijasti zavezniki. Okreval od: Thoughtco.com
8. Klotz, k., Weistehöfer, w., Neff, f., Hartwig, a., Van Thriel, c., & Drexler, h. (2017). Učinki na zdravje aluminijaste izpostavljenosti. Deutsches Arzteblatt International, 114(39), 653–659. Doi: 10.3238/arztebl.2017.0653
9. Elsevier. (2019). Aluminijeve zlitine. Pridobljeno iz: SCINCEDIRECT.com
10. Natalia g. M. (16. januar 2012). Razpoložljivost aluminija v hrani. Okrevano od: potrošnika.je