Charakteristische chemische Eigenschaften von Aluminium. Chemische Reaktionen von Aluminium. Aluminium und Säuren

Metalle sind eines der am einfachsten zu verarbeitenden Materialien. Sie haben auch ihre eigenen Führer. Beispielsweise sind die grundlegenden Eigenschaften von Aluminium den Menschen schon seit langem bekannt. Sie sind so alltagstauglich, dass sich dieses Metall großer Beliebtheit erfreut. Was sowohl eine einfache Substanz als auch ein Atom sind, werden wir in diesem Artikel betrachten.

Geschichte der Entdeckung von Aluminium

Die Verbindung des jeweiligen Metalls war dem Menschen schon lange bekannt – sie wurde als Mittel verwendet, um die Bestandteile der Mischung aufzuquellen und zu verbinden; dies war auch bei der Herstellung von Lederprodukten notwendig. Die Existenz von Aluminiumoxid in seiner reinen Form wurde in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts bekannt. Es wurde jedoch nicht empfangen.

Der Wissenschaftler H. K. Ørsted war der erste, der das Metall aus seinem Chlorid isolierte. Er war es, der das Salz mit Kaliumamalgam behandelte und aus der Mischung graues Pulver isolierte, bei dem es sich um Aluminium in reiner Form handelte.

Dann wurde klar, dass sich die chemischen Eigenschaften von Aluminium in seiner hohen Aktivität und starken Reduktionsfähigkeit manifestieren. Daher arbeitete lange Zeit niemand sonst mit ihm zusammen.

Doch 1854 gelang es dem Franzosen Deville, durch Elektrolyse der Schmelze Metallbarren zu gewinnen. Diese Methode ist auch heute noch relevant. Besonders die Massenproduktion wertvoller Materialien begann im 20. Jahrhundert, als die Probleme der Erzeugung großer Strommengen in Unternehmen gelöst wurden.

Heutzutage ist dieses Metall eines der beliebtesten und wird im Bauwesen und in der Haushaltsindustrie verwendet.

Allgemeine Eigenschaften des Aluminiumatoms

Wenn wir das betreffende Element anhand seiner Position im Periodensystem charakterisieren, können mehrere Punkte unterschieden werden.

1. Seriennummer - 13.
2. Befindet sich in der dritten kleinen Periode, dritten Gruppe, Hauptuntergruppe.
3. Atommasse - 26,98.
4. Die Anzahl der Valenzelektronen beträgt 3.
5. Die Konfiguration der Außenschicht wird durch die Formel 3s 2 3p 1 ausgedrückt.
6. Der Elementname ist Aluminium.
7. stark zum Ausdruck gebracht.
8. In der Natur gibt es keine Isotope; es existiert nur in einer Form mit der Massenzahl 27.
9. Das chemische Symbol ist AL, in Formeln als „Aluminium“ gelesen.
10. Die Oxidationsstufe ist eins, gleich +3.

Die chemischen Eigenschaften von Aluminium werden vollständig durch die elektronische Struktur seines Atoms bestätigt, da es aufgrund seines großen Atomradius und seiner geringen Elektronenaffinität wie alle aktiven Metalle als starkes Reduktionsmittel wirken kann.

Aluminium als einfacher Stoff: physikalische Eigenschaften

Wenn wir von Aluminium als einem einfachen Stoff sprechen, dann ist es ein silberweiß glänzendes Metall. An der Luft oxidiert es schnell und wird mit einem dichten Oxidfilm bedeckt. Das Gleiche passiert, wenn es konzentrierten Säuren ausgesetzt wird.

Das Vorhandensein einer solchen Eigenschaft macht Produkte aus diesem Metall korrosionsbeständig, was für den Menschen natürlich sehr praktisch ist. Aus diesem Grund wird Aluminium im Bauwesen so häufig verwendet. Sie sind auch deshalb interessant, weil dieses Metall sehr leicht und dennoch langlebig und weich ist. Die Kombination solcher Eigenschaften ist nicht bei jedem Stoff vorhanden.

Es gibt mehrere grundlegende physikalische Eigenschaften, die für Aluminium charakteristisch sind.

1. Hohe Formbarkeit und Duktilität. Aus diesem Metall wird eine leichte, starke und sehr dünne Folie hergestellt, die auch zu Draht gerollt wird.
2. Schmelzpunkt - 660 0 C.
3. Siedepunkt - 2450 0 C.
4. Dichte - 2,7 g/cm3.
5. Das Kristallgitter besteht aus volumetrisch flächenzentriertem Metall.
6. Verbindungsart - Metall.

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aluminium bestimmen die Einsatz- und Verwendungsgebiete. Wenn wir über alltägliche Aspekte sprechen, dann spielen die Eigenschaften, die wir oben bereits besprochen haben, eine große Rolle. Als leichtes, langlebiges und korrosionsbeständiges Metall wird Aluminium im Flugzeug- und Schiffbau verwendet. Daher ist es sehr wichtig, diese Eigenschaften zu kennen.

Chemische Eigenschaften von Aluminium

Aus chemischer Sicht handelt es sich bei dem betreffenden Metall um ein starkes Reduktionsmittel, das in der Lage ist, eine hohe chemische Aktivität zu zeigen und gleichzeitig ein reiner Stoff ist. Die Hauptsache ist, den Oxidfilm zu entfernen. In diesem Fall nimmt die Aktivität stark zu.

Die chemischen Eigenschaften von Aluminium als einfacher Substanz werden durch seine Fähigkeit bestimmt, mit Folgendem zu reagieren:

• Säuren;
• Alkalien;
• Halogene;
• Schwefel.

Unter normalen Bedingungen interagiert es nicht mit Wasser. In diesem Fall reagiert es von den Halogenen ohne Erhitzen nur mit Jod. Andere Reaktionen erfordern Temperatur.

Zur Veranschaulichung der chemischen Eigenschaften von Aluminium können Beispiele angeführt werden. Reaktionsgleichungen der Interaktion mit:

• Säuren- AL + HCL = AlCL 3 + H 2;
• Alkalien- 2Al + 6H 2 O + 2NaOH = Na + 3H 2;
• Halogene- AL + Hal = ALHal 3 ;
• grau- 2AL + 3S = AL 2 S 3.

Generell ist die wichtigste Eigenschaft des jeweiligen Stoffes seine hohe Fähigkeit, andere Elemente aus ihren Verbindungen wiederherzustellen.

Regenerationsfähigkeit

Die reduzierenden Eigenschaften von Aluminium zeigen sich deutlich in den Wechselwirkungsreaktionen mit Oxiden anderer Metalle. Es extrahiert sie leicht aus der Zusammensetzung der Substanz und lässt sie in einer einfachen Form existieren. Zum Beispiel: Cr 2 O 3 + AL = AL 2 O 3 + Cr.

In der Metallurgie gibt es eine ganze Methode zur Herstellung von Stoffen, die auf ähnlichen Reaktionen basiert. Man nennt es Aluminothermie. Daher wird dieses Element in der chemischen Industrie gezielt zur Herstellung anderer Metalle verwendet.

Verbreitung in der Natur

In Bezug auf die Verbreitung unter anderen Metallelementen steht Aluminium an erster Stelle. Es ist zu 8,8 % in der Erdkruste enthalten. Wenn wir es mit Nichtmetallen vergleichen, wird es nach Sauerstoff und Silizium an dritter Stelle stehen.

Aufgrund seiner hohen chemischen Aktivität kommt es nicht in reiner Form vor, sondern nur als Bestandteil verschiedener Verbindungen. Beispielsweise gibt es viele bekannte Erze, Mineralien und Gesteine, die Aluminium enthalten. Es wird jedoch nur aus Bauxit gewonnen, dessen Gehalt in der Natur nicht sehr hoch ist.

Die häufigsten Substanzen, die das betreffende Metall enthalten:

• Feldspäte;
• Bauxit;
• Granite;
• Kieselsäure;
• Alumosilikate;
• Basalte und andere.

In geringen Mengen kommt Aluminium zwangsläufig in den Zellen lebender Organismen vor. Einige Arten von Bärenmoosen und Meereslebewesen sind in der Lage, dieses Element im Laufe ihres Lebens in ihrem Körper anzusammeln.

Quittung

Aufgrund der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aluminium kann es nur auf eine Weise gewonnen werden: durch Elektrolyse einer Schmelze des entsprechenden Oxids. Allerdings ist dieser Prozess technologisch aufwendig. Der Schmelzpunkt von AL 2 O 3 liegt über 2000 0 C. Aus diesem Grund kann es nicht direkt einer Elektrolyse unterzogen werden. Gehen Sie daher wie folgt vor.

Die Produktausbeute beträgt 99,7 %. Es ist jedoch möglich, noch reineres Metall zu gewinnen, das für technische Zwecke verwendet wird.

Anwendung

Die mechanischen Eigenschaften von Aluminium sind nicht so gut, dass es in reiner Form verwendet werden kann. Daher werden am häufigsten Legierungen auf Basis dieses Stoffes verwendet. Es gibt viele davon, Sie können die grundlegendsten nennen.

1. Duraluminium.
2. Aluminium-Mangan.
3. Aluminium-Magnesium.
4. Aluminium-Kupfer.
5. Silumine.
6. Avial.

Ihr Hauptunterschied sind natürlich Zusatzstoffe von Drittanbietern. Alle basieren auf Aluminium. Andere Metalle machen das Material langlebiger, korrosionsbeständiger, verschleißfester und leichter zu verarbeiten.

Es gibt mehrere Hauptanwendungsgebiete von Aluminium, sowohl in reiner Form als auch in Form seiner Verbindungen (Legierungen).

Aluminium ist neben Eisen und seinen Legierungen das wichtigste Metall. Es waren diese beiden Vertreter des Periodensystems, die in menschlichen Händen die größte industrielle Anwendung fanden.

Eigenschaften von Aluminiumhydroxid

Hydroxid ist die häufigste Verbindung, die Aluminium bildet. Seine chemischen Eigenschaften sind die gleichen wie die des Metalls selbst – es ist amphoter. Dies bedeutet, dass es eine Doppelnatur aufweisen kann und sowohl mit Säuren als auch mit Laugen reagiert.

Aluminiumhydroxid selbst ist ein weißer, gelatineartiger Niederschlag. Es lässt sich leicht durch Reaktion eines Aluminiumsalzes mit einer Base oder durch Reaktion mit Säuren erhalten; dieses Hydroxid ergibt das übliche entsprechende Salz und Wasser. Erfolgt die Reaktion mit einem Alkali, so entstehen Hydroxokomplexe des Aluminiums, bei denen seine Koordinationszahl 4 beträgt. Beispiel: Na - Natriumtetrahydroxoaluminat.

Aluminium ist ein silberweißes Metall mit hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit. (Die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium ist 1,8-mal höher als die von Kupfer und 9-mal höher als die von Edelstahl.) Es hat eine geringe Dichte – etwa dreimal weniger als die von Eisen, Kupfer und Zink. Und doch ist es ein sehr haltbares Metall.

Drei Elektronen aus der äußeren Hülle eines Aluminiumatoms sind im gesamten Kristallgitter des Aluminiummetalls verteilt. Dieses Gitter hat eine kubisch-flächenzentrierte Struktur, ähnlich dem Gitter aus Zinn und Gold (siehe Abschnitt 3.2). Daher weist Aluminium eine gute Formbarkeit auf.

Chemische Eigenschaften

Aluminium bildet ionische und kovalente Verbindungen. Es zeichnet sich durch eine hohe Ionisierungsenergie aus (Tabelle 15.1). Die Ladungsdichte (Verhältnis von Ladung zu Radius) des Ions ist im Vergleich zu Kationen anderer Metalle derselben Zeit sehr hoch (siehe Tabelle 15.2).

Reis. 15.2. Hydratisiertes Aluminiumion.

Tabelle 15.2. Verhältnis von Ladung zu Radius der Kationen

Da das Ion eine hohe Ladungsdichte aufweist, verfügt es über eine große Polarisationskraft. Dies erklärt, warum das isolierte Ion nur in sehr wenigen Verbindungen, wie wasserfreiem Aluminiumfluorid und Aluminiumoxid, vorkommt und selbst diese Verbindungen einen auffälligen kovalenten Charakter aufweisen. In einer wässrigen Lösung polarisiert das Ion Wassermoleküle, die daraufhin das Kation hydratisieren (siehe Abb. 15.2). Diese Hydratation zeichnet sich durch große Exothermie aus:

Das Standard-Redoxpotential von Aluminium beträgt - 1,66 V:

Daher steht Aluminium recht weit oben in der elektrochemischen Reihe der Elemente (siehe Abschnitt 10.5). Dies legt nahe, dass Aluminium leicht mit Sauerstoff und verdünnten Mineralsäuren reagieren sollte. Wenn Aluminium jedoch mit Sauerstoff reagiert, bildet sich auf seiner Oberfläche eine dünne, nicht poröse Oxidschicht. Diese Schicht schützt Aluminium vor weiteren Wechselwirkungen mit der Umwelt. Die Oxidschicht kann durch Einreiben mit Quecksilber von der Oberfläche von Aluminium entfernt werden. Aluminium kann sich dann direkt mit Sauerstoff und anderen Nichtmetallen wie Schwefel und Stickstoff verbinden. Die Wechselwirkung mit Sauerstoff führt zu einer Reaktion

Eloxieren. Aluminium und leichte Aluminiumlegierungen können zusätzlich geschützt werden, indem die natürliche Oxidschicht durch einen als Eloxieren bezeichneten Prozess verdickt wird. Bei diesem Verfahren wird ein Aluminiumgegenstand als Anode in eine Elektrolysezelle gegeben, in der Chromsäure oder Schwefelsäure als Elektrolyt verwendet wird.

Aluminium reagiert mit heißer verdünnter Salz- und Schwefelsäure unter Bildung von Wasserstoff:

Aufgrund der vorhandenen Oxidschicht verläuft diese Reaktion zunächst langsam. Mit zunehmender Entfernung wird die Reaktion jedoch intensiver.

Konzentrierte und verdünnte Salpetersäure sowie konzentrierte Schwefelsäure machen Aluminium passiv. Das bedeutet, dass es nicht mit den genannten Säuren reagiert. Diese Passivität wird durch die Bildung einer dünnen Oxidschicht auf der Oberfläche von Aluminium erklärt.

Lösungen von Natriumhydroxid und anderen Alkalien reagieren mit Aluminium unter Bildung von Tetrahydroxoaluminat(III)-Ionen und Wasserstoff:

Wird die Oxidschicht von der Oberfläche entfernt, kann Aluminium bei Redoxreaktionen als Reduktionsmittel wirken (siehe Abschnitt 10.2). Es verdrängt in der elektrochemischen Spannungsreihe darunter liegende Metalle aus ihren Lösungen. Zum Beispiel

Ein klares Beispiel für die Reduktionsfähigkeit von Aluminium ist die aluminothermische Reaktion. Dies ist der Name der Reaktion zwischen Aluminiumpulver und

Oxid Unter Laborbedingungen wird es normalerweise mit einem Magnesiumstreifen als Zünder initiiert. Diese Reaktion verläuft sehr heftig und es wird eine Energiemenge freigesetzt, die ausreicht, um das entstehende Eisen zu schmelzen:

Die aluminothermische Reaktion wird zum aluminothermischen Schweißen genutzt; Beispielsweise werden Schienen auf diese Weise verbunden.

Aluminiumoxid Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid, wie es oft genannt wird, ist eine Verbindung mit sowohl ionischen als auch kovalenten Eigenschaften. Es hat einen Schmelzpunkt und ist im geschmolzenen Zustand ein Elektrolyt. Aus diesem Grund wird es oft als ionische Verbindung angesehen. Im festen Zustand weist Aluminiumoxid jedoch eine kristalline Gerüststruktur auf.

Korund. Wasserfreie Formen von Aluminiumoxid werden unter natürlichen Bedingungen von Mineralien der Korundgruppe gebildet. Korund ist eine sehr harte kristalline Form von Aluminiumoxid. Es wird als Schleifmittel verwendet, da seine Härte die von Diamant übertrifft. Große und transparente, oft farbige Korundkristalle werden als Edelsteine ​​geschätzt. Reiner Korund ist farblos, das Vorhandensein geringer Mengen an Metalloxidverunreinigungen verleiht dem Edelkorund jedoch seine charakteristische Farbe. Beispielsweise ist die Farbe von Rubin auf das Vorhandensein von Ionen im Korund zurückzuführen, und die Farbe von Saphiren ist auf das Vorhandensein von Kobaltionen zurückzuführen. Die violette Farbe von Amethyst ist auf das Vorhandensein von Manganverunreinigungen zurückzuführen. Durch die Verschmelzung von Aluminiumoxid mit Oxiden verschiedener Metalle können künstliche Edelsteine ​​gewonnen werden (siehe auch Tabellen 14.6 und 14.7).

Aluminiumoxid ist wasserunlöslich und hat amphotere Eigenschaften, da es sowohl mit verdünnten Säuren als auch mit verdünnten Laugen reagiert. Die Reaktion mit Säuren wird durch die allgemeine Gleichung beschrieben:

Die Reaktion mit Alkalien führt zur Bildung von -Ionen:

Aluminiumhalogenide. Die Struktur und die chemische Bindung in Aluminiumhalogeniden werden im Abschnitt beschrieben. 16.2.

Aluminiumchlorid kann hergestellt werden, indem man trockenes Chlor oder trockenen Chlorwasserstoff über erhitztes Aluminium leitet. Zum Beispiel

Mit Ausnahme von Aluminiumfluorid werden alle anderen Aluminiumhalogenide durch Wasser hydrolysiert:

Aus diesem Grund „rauchen“ Aluminiumhalogenide bei Kontakt mit feuchter Luft.

Aluminiumionen. Wir haben oben bereits darauf hingewiesen, dass das Ion in Wasser hydratisiert ist. Beim Lösen von Aluminiumsalzen in Wasser stellt sich folgendes Gleichgewicht ein:

Bei dieser Reaktion fungiert Wasser als Base, weil es ein Proton aufnimmt, und das hydratisierte Aluminiumion fungiert als Säure, weil es ein Proton abgibt. Aus diesem Grund haben Aluminiumsalze saure Eigenschaften. Wenn drin

3s 2 3p 1 Chemische Eigenschaften Kovalenter Radius 238 Uhr Ionenradius 51 (+15 Uhr) Uhr Elektronegativität
(nach Pauling) 1,61 Elektrodenpotential -1,66 V Oxidationsstufen 3 Thermodynamische Eigenschaften einer einfachen Substanz Dichte 2,6989 /cm³ Molare Wärmekapazität 24,35 J/(mol) Wärmeleitfähigkeit 237 W/( ·) Schmelztemperatur 933,5 Schmelzhitze 10,75 kJ/mol Siedetemperatur 2792 Verdampfungswärme 284,1 kJ/mol Molares Volumen 10,0 cm³/mol Kristallgitter einer einfachen Substanz Gitterstruktur kubisch flächenzentriert Gitterparameter 4,050 c/a-Verhältnis — Debye-Temperatur 394

Aluminium- ein Element der Hauptuntergruppe der dritten Gruppe der dritten Periode des Periodensystems der chemischen Elemente von D. I. Mendeleev, 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 silberweißes Metall, das sich leicht formen, gießen und bearbeiten lässt. Aluminium weist eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit auf, da sich schnell starke Oxidfilme bilden, die die Oberfläche vor weiteren Wechselwirkungen schützen.

Einigen biologischen Studien zufolge wurde die Aufnahme von Aluminium in den menschlichen Körper als Faktor bei der Entstehung der Alzheimer-Krankheit angesehen, doch diese Studien wurden später kritisiert und die Schlussfolgerung über den Zusammenhang zwischen dem einen und dem anderen wurde widerlegt.

Geschichte

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

Quittung

Die moderne Produktionsmethode 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 Form von wenig toxischen chemischen Verbindungen, beispielsweise Aluminiumfluorid. Die Art des Kations bzw. Anions hängt in erster Linie vom Säuregehalt des wässrigen Mediums ab. Die Aluminiumkonzentrationen in Oberflächengewässern in Russland liegen 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°); O 2, HNO 3 (ohne Erhitzen). 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 bildet sich Aluminiumkarbid: 4Al + 3C = Al 4 C 3

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 basiert, legte den Grundstein für die moderne Methode der Aluminiumherstellung. 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. Bestehende Anlagen können bis zu 44,3 Millionen Tonnen Primäraluminium pro Jahr produzieren. 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 Aluminium bei der Herstellung von Kochgeschirr, Aluminiumfolie in der Lebensmittelindustrie und für Verpackungen äußerst beliebt gemacht.

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 als Lebensmittelzusatzstoff E173 registriert.

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.

Oxidationsmittel	Spezifischer Schub (P1, Sek.)	Verbrennungstemperatur °C	Kraftstoffdichte, g/cm³	Geschwindigkeitserhöhung, ΔV id, 25, m/s	Gewichtsinhalt Kraftstoff,%
Fluor	348,4	5009	1,504	5328	25
Tetrafluorhydrazin	327,4	4758	1,193	4434	19
ClF 3	287,7	4402	1,764	4762	20
ClF5	303,7	4604	1,691	4922	20
Perchlorylfluorid	293,7	3788	1,589	4617	47
Sauerstofffluorid	326,5	4067	1,511	5004	38,5
Sauerstoff	310,8	4028	1,312	4428	56
Wasserstoffperoxid	318,4	3561	1,466	4806	52
N2O4	300,5	3906	1,467	4537	47
Salpetersäure	301,3	3720	1,496	4595	49

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, allerdings bleiben viele wasserlösliche anorganische Aluminiumverbindungen lange Zeit in gelöstem Zustand und können über das Trinkwasser schädliche Auswirkungen auf Menschen und Warmblüter haben. 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. Wirkt sich hauptsächlich auf das Nervensystem aus (akkumuliert sich im Nervengewebe und führt zu schweren Störungen des Zentralnervensystems). 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 wird der größte negative Effekt bei Menschen mit eingeschränkter Nierenausscheidungsfunktion beobachtet.

Weitere Informationen

— Aluminiumhydroxid
— Enzyklopädie über Aluminium
— Aluminiumverbindungen
— Internationales Aluminiuminstitut

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. Im alchemistischen Wörterbuch von Ruland wird das Wort Alumen mit verschiedenen Definitionen 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 , der Autor des berühmten „Dictionary of Simple Pharmaceutical Products“ (1716), liefert 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 löste der dänische Physiker Oersted das Problem mit einer chemischen Methode. 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 Aluminiummetall auf effizientere Weise – durch 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. Mendeleev verwendet in der ersten Ausgabe von „Grundlagen der Chemie“ (1871) die Namen Aluminium und Ton. In späteren Ausgaben erscheint das Wort Ton nicht mehr.

Um 1807 gab Davy, der versuchte, Aluminiumoxid elektrolysieren zu lassen, dem Metall, das es enthalten sollte, den Namen Alumium. Aluminium wurde erstmals 1825 von Hans Oersted durch Einwirkung von Kaliumamalgam auf Aluminiumchlorid und anschließende Destillation von Quecksilber gewonnen. Im Jahr 1827 isolierte Wöhler Aluminiummetall auf effizientere Weise – durch Erhitzen von wasserfreiem Aluminiumchlorid mit Kaliummetall.

In der Natur sein und empfangen:

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 Aluminiumgehalt 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.
Korund: Al 2 O 3 – gehört zur Klasse der einfachen Oxide und bildet manchmal transparente Edelkristalle – Saphir und unter Zusatz von Chrom Rubin. Sammelt sich in Placern an.
Bauxit: Al 2 O 3 *nH 2 O – sedimentäre Aluminiumerze. Enthalten eine schädliche Verunreinigung – SiO 2. Bauxit dient als wichtiger Rohstoff für die Herstellung von Aluminium sowie Farben und Schleifmitteln.
Kaolinit: Al 2 O 3 *2SiO 2 *2H 2 O ist ein Mineral der Unterklasse der Schichtsilikate, der Hauptbestandteil von weißem, feuerfestem und Porzellanton.
Die moderne Methode zur Herstellung von Aluminium wurde unabhängig voneinander vom Amerikaner Charles Hall und dem Franzosen Paul Héroult entwickelt. Es besteht darin, Aluminiumoxid Al 2 O 3 in einer Kryolithschmelze Na 3 AlF 3 aufzulösen und anschließend mit Graphitelektroden zu elektrolysieren. Diese Produktionsmethode benötigt viel Strom und wurde daher erst im 20. Jahrhundert populär. Um 1 Tonne Aluminium herzustellen, werden 1,9 Tonnen Aluminiumoxid und 18.000 kWh Strom benötigt.

Physikalische Eigenschaften:

Das Metall ist silberweiß, hell, Dichte 2,7 g/cm 3, Schmelzpunkt 660°C, Siedepunkt 2500°C. Hohe Duktilität, zu dünnen Blechen und sogar Folien gerollt. Aluminium hat eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit und ist stark reflektierend. Aluminium bildet mit fast allen Metallen Legierungen.

Chemische Eigenschaften:

Unter normalen Bedingungen ist Aluminium mit einem dünnen und dauerhaften Oxidfilm bedeckt und reagiert daher nicht mit klassischen Oxidationsmitteln: mit H 2 O (t°); O 2, HNO 3 (ohne Erhitzen). 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 Stoffen: Sauerstoff, Halogene: 2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
Aluminium reagiert beim Erhitzen mit anderen Nichtmetallen:
2Al + 3S = Al 2 S 3 2Al + N 2 = 2AlN
Aluminium kann Wasserstoff nur lösen, reagiert aber nicht mit ihm.
Bei komplexen Stoffen: Aluminium reagiert mit Alkalien (zu Tetrahydroxyaluminaten):
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2
Löst sich leicht in verdünnter und konzentrierter Schwefelsäure:
2Al + 3H 2 SO 4 (dil) = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 2Al + 6H 2 SO 4 (konz) = Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Aluminium reduziert Metalle aus ihren Oxiden (Aluminothermie): 8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe

Die wichtigsten Verbindungen:

Aluminium Oxid, Al 2 O 3: eine feste, feuerfeste weiße Substanz. Kristallines Al 2 O 3 ist chemisch passiv, amorph ist aktiver. Reagiert langsam mit Säuren und Laugen in Lösung und weist amphotere Eigenschaften auf:
Al 2 O 3 + 6HCl (konz.) = 2AlCl 3 + ZH 2 O Al 2 O 3 + 2NaOH (konz.) + 3H 2 O = 2Na
(In der Alkalischmelze entsteht NaAlO 2).
Aluminiumhydroxid, Al(OH) 3: weiß, amorph (gelartig) oder kristallin. In Wasser praktisch unlöslich. Beim Erhitzen zersetzt es sich schrittweise. Es weist amphotere, gleichermaßen ausgeprägte saure und basische Eigenschaften auf. Beim Schmelzen mit NaOH entsteht NaAlO 2. Um den Al(OH) 3 -Niederschlag zu erhalten, wird normalerweise kein Alkali verwendet (aufgrund des einfachen Übergangs des Niederschlags in Lösung), sondern man wirkt auf Aluminiumsalze mit einer Ammoniaklösung ein – Al(OH) 3 entsteht bei Raumtemperatur
Aluminiumsalze. Aluminiumsalze und starke Säuren sind gut wasserlöslich und unterliegen einer erheblichen Kationenhydrolyse, wodurch eine stark saure Umgebung entsteht, in der sich Metalle wie Magnesium und Zink lösen: Al 3+ + H 2 O = AlOH 2+ + H +
AlF 3 Fluorid und AlPO 4 Orthophosphat sind in Wasser unlöslich und Salze sehr schwacher Säuren, beispielsweise H 2 CO 3, entstehen durch Fällung aus einer wässrigen Lösung überhaupt nicht.
Bekannt sind Doppelaluminiumsalze - Alaun Zusammensetzung MAl(SO 4) 2 *12H 2 O (M=Na +, K +, Rb +, Cs +, TI +, NH 4 +), das häufigste davon ist Kaliumalaun KAl(SO 4) 2 *12H 2 O .
Als Entstehungsprozess wird die Auflösung amphoterer Hydroxide in alkalischen Lösungen angesehen Hydroxosalze(Hydroxykomplexe). Die Existenz der Hydroxokomplexe [Al(OH) 4 (H 2 O) 2] -, [Al(OH) 6] 3-, [Al(OH) 5 (H 2 O)] 2- wurde experimentell nachgewiesen; Von diesen ist das erste das haltbarste. Die Koordinationszahl von Aluminium in diesen Komplexen beträgt 6, d.h. Aluminium ist sechsfach koordiniert.
Binäre Aluminiumverbindungen Verbindungen mit überwiegend kovalenten Bindungen, zum Beispiel Al 2 S 3 Sulfid und Al 4 C 3 Carbid, werden durch Wasser vollständig zersetzt:
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

Anwendung:

Weit verbreitet als Baumaterial. Die Hauptvorteile von Aluminium in dieser Qualität sind Leichtigkeit, Formbarkeit beim Stanzen, Korrosionsbeständigkeit und hohe Wärmeleitfähigkeit. Aluminium ist ein wichtiger Bestandteil vieler Legierungen (Kupfer – Aluminiumbronze, Magnesium usw.)
Es wird in der Elektrotechnik zur Herstellung von Drähten und deren Abschirmung verwendet.
Aluminium wird sowohl in thermischen Anlagen als auch in der Kryotechnik häufig verwendet.
Hohes Reflexionsvermögen, kombiniert mit geringen Kosten und einfacher Abscheidung machen Aluminium zu einem idealen Material für die Herstellung von Spiegeln.
Aluminium und seine Verbindungen werden in der Raketentechnik als Raketentreibstoff eingesetzt. Bei der Herstellung von Baustoffen als Gasbildner.

Allayarov Damir
HF Staatliche Universität Tjumen, 561 Gruppe.

Aluminium ist ein amphoteres Metall. Die elektronische Konfiguration des Aluminiumatoms ist 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. Somit verfügt es über drei Valenzelektronen auf seiner äußeren Elektronenschicht: 2 auf der 3s- und 1 auf der 3p-Unterebene. Aufgrund dieser Struktur ist es durch Reaktionen gekennzeichnet, bei denen das Aluminiumatom drei Elektronen von der äußeren Ebene verliert und eine Oxidationsstufe von +3 annimmt. Aluminium ist ein hochreaktives Metall und weist sehr stark reduzierende Eigenschaften auf.

Wechselwirkung von Aluminium mit einfachen Stoffen

mit Sauerstoff

Wenn absolut reines Aluminium mit Luft in Kontakt kommt, interagieren die in der Oberflächenschicht befindlichen Aluminiumatome sofort mit dem Luftsauerstoff und bilden einen dünnen, mehrere Dutzend Atomschichten dicken, haltbaren Oxidfilm der Zusammensetzung Al 2 O 3, der Aluminium schützt weitere Oxidation. Außerdem ist es selbst bei sehr hohen Temperaturen unmöglich, große Aluminiumproben zu oxidieren. Allerdings brennt feines Aluminiumpulver recht leicht in einer Brennerflamme:

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3

mit Halogenen

Aluminium reagiert sehr heftig mit allen Halogenen. So erfolgt die Reaktion zwischen gemischten Aluminium- und Jodpulvern bereits bei Raumtemperatur nach Zugabe eines Tropfens Wasser als Katalysator. Gleichung für die Wechselwirkung von Jod mit Aluminium:

2Al + 3I 2 =2AlI 3

Aluminium reagiert auch ohne Erhitzen mit Brom, einer dunkelbraunen Flüssigkeit. Geben Sie einfach eine Probe Aluminium zu flüssigem Brom: Sofort setzt eine heftige Reaktion ein, bei der große Mengen Wärme und Licht freigesetzt werden:

2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3

Die Reaktion zwischen Aluminium und Chlor findet statt, wenn erhitzte Aluminiumfolie oder feines Aluminiumpulver in einen mit Chlor gefüllten Kolben gegeben wird. Aluminium verbrennt in Chlor effektiv nach der Gleichung:

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3

mit Schwefel

Beim Erhitzen auf 150–200 °C oder nach dem Zünden einer Mischung aus pulverförmigem Aluminium und Schwefel beginnt zwischen ihnen eine intensive exotherme Reaktion unter Freisetzung von Licht:

— Sulfid Aluminium

mit Stickstoff

Wenn Aluminium mit Stickstoff bei einer Temperatur von etwa 800 °C reagiert, entsteht Aluminiumnitrid:

mit Kohlenstoff

Bei einer Temperatur von etwa 2000 °C reagiert Aluminium mit Kohlenstoff und bildet Aluminiumcarbid (Methanid), das Kohlenstoff in der Oxidationsstufe -4 enthält, wie in Methan.

Wechselwirkung von Aluminium mit komplexen Substanzen

mit Wasser

Wie oben erwähnt verhindert ein stabiler und dauerhafter Oxidfilm aus Al 2 O 3, dass Aluminium an der Luft oxidiert. Derselbe schützende Oxidfilm macht Aluminium gegenüber Wasser inert. Beim Entfernen des schützenden Oxidfilms von der Oberfläche durch Methoden wie die Behandlung mit wässrigen Lösungen von Alkali, Ammoniumchlorid oder Quecksilbersalzen (Amalgiation) beginnt Aluminium heftig mit Wasser zu reagieren, um Aluminiumhydroxid und Wasserstoffgas zu bilden:

mit Metalloxiden

Nach dem Zünden einer Mischung aus Aluminium mit Oxiden weniger aktiver Metalle (rechts von Aluminium in der Aktivitätsreihe) beginnt eine äußerst heftige, stark exotherme Reaktion. So entsteht bei der Wechselwirkung von Aluminium mit Eisen(III)-oxid eine Temperatur von 2500-3000 o C. Als Ergebnis dieser Reaktion entsteht hochreines geschmolzenes Eisen:

2AI + Fe 2 O 3 = 2Fe + Al 2 O 3

Man nennt diese Methode die Gewinnung von Metallen aus ihren Oxiden durch Reduktion mit Aluminium Aluminothermie oder Aluminothermie.

mit nicht oxidierenden Säuren

Die Wechselwirkung von Aluminium mit nichtoxidierenden Säuren, d.h. führt mit fast allen Säuren, außer konzentrierter Schwefel- und Salpetersäure, zur Bildung eines Aluminiumsalzes der entsprechenden Säure und Wasserstoffgas:

a) 2Al + 3H 2 SO 4 (verdünnt) = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2

2Al 0 + 6H + = 2Al 3+ + 3H 2 0 ;

b) 2AI + 6HCl = 2AICl3 + 3H2

mit oxidierenden Säuren

-konzentrierte Schwefelsäure

Die Wechselwirkung von Aluminium mit konzentrierter Schwefelsäure findet unter normalen Bedingungen und bei niedrigen Temperaturen aufgrund eines als Passivierung bezeichneten Effekts nicht statt. Beim Erhitzen ist die Reaktion möglich und führt zur Bildung von Aluminiumsulfat, Wasser und Schwefelwasserstoff, der durch die Reduktion von Schwefel, der Bestandteil der Schwefelsäure ist, entsteht:

Eine solch tiefe Reduktion von Schwefel von der Oxidationsstufe +6 (in H 2 SO 4) zur Oxidationsstufe -2 (in H 2 S) erfolgt aufgrund der sehr hohen Reduktionsfähigkeit von Aluminium.

- konzentrierte Salpetersäure

Unter normalen Bedingungen passiviert konzentrierte Salpetersäure auch Aluminium, was die Lagerung in Aluminiumbehältern ermöglicht. Ebenso wie bei konzentrierter Schwefelsäure wird bei starker Erhitzung die Wechselwirkung von Aluminium mit konzentrierter Salpetersäure möglich, wobei überwiegend die Reaktion abläuft:

- Salpetersäure verdünnen

Die Wechselwirkung von Aluminium mit verdünnter Salpetersäure im Vergleich zu konzentrierter Salpetersäure führt zu Produkten einer tieferen Stickstoffreduktion. Anstelle von NO können je nach Verdünnungsgrad auch N 2 O und NH 4 NO 3 entstehen:

8Al + 30HNO 3(verd.) = 8Al(NO 3) 3 +3N 2 O + 15H 2 O

8Al + 30HNO 3 (rein verdünnt) = 8Al(NO 3) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9H 2 O

mit Alkalien

Aluminium reagiert sowohl mit wässrigen Alkalilösungen:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2

und mit reinen Alkalien beim Schmelzen:

In beiden Fällen beginnt die Reaktion mit der Auflösung des Schutzfilms aus Aluminiumoxid:

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

Al 2 O 3 + 2NaOH = 2NaAlO 2 + H 2 O

Im Falle einer wässrigen Lösung beginnt das von der schützenden Oxidschicht befreite Aluminium mit Wasser gemäß der Gleichung zu reagieren:

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

Das resultierende amphotere Aluminiumhydroxid reagiert mit einer wässrigen Natriumhydroxidlösung unter Bildung von löslichem Natriumtetrahydroxoaluminat:

Al(OH) 3 + NaOH = Na