Sejarah aluminium, sifat, struktur, memperoleh, menggunakan

Dia aluminium Ia adalah elemen logam yang dimiliki oleh kumpulan 13 (iii a) jadual berkala dan diwakili oleh simbol ke. Ia adalah logam ringan dengan ketumpatan dan kekerasan yang rendah. Berikutan sifat amphoteriknya, ia telah diklasifikasikan oleh beberapa saintis sebagai metalloid.

Ia adalah logam mulur dan sangat lembut, jadi ia disampaikan untuk pembuatan wayar, lembaran aluminium ketebalan sedikit, sebagai tambahan kepada apa -apa jenis objek atau angka; Contohnya, tin terkenal dengan aloi mereka, atau kerajang aluminium dengan makanan atau pencuci mulut yang dibalut.

Kerajang aluminium berkedut, salah satu objek paling mudah dan harian yang dibuat dengan logam ini. Sumber: Pexels.

Lelaki telah menggunakan aluminium (aluminium dan kalium terhidrat) sejak zaman purba dalam bidang perubatan, penyamakan kulit dan sebagai mordan untuk pewarnaan tisu. Oleh itu, mineral mereka selalu dikenali.

Walau bagaimanapun, aluminium sebagai logam diasingkan sangat terlambat, pada tahun 1825, oleh Øersted, yang membawa kepada aktiviti saintifik yang membolehkan penggunaan perindustrian yang sama. Pada masa itu, aluminium adalah logam paling seluruh dunia, selepas besi.

Aluminium terutamanya di bahagian atas kerak bumi, yang membentuk 8% berat badan yang sama. Ia sepadan dengan elemen ketiga yang paling banyak, diatasi oleh oksigen dan silikon dalam silika dan silikat mineralnya.

Bauxite adalah persatuan mineral, antaranya: alumina (aluminium oksida), dan oksida besi logam, titanium dan silikon. Mewakili sumber semula jadi utama untuk eksploitasi perlombongan aluminium.

[TOC]

Sejarah

Alum

Di Mesopotamia, 5000 tahun hingga. C., Mereka sudah membuat seramik menggunakan tanah liat yang mengandungi sebatian aluminium. Sementara itu, 4000, orang Babilon dan orang Mesir menggunakan aluminium dalam beberapa sebatian kimia.

Dokumen bertulis pertama yang berkaitan dengan alumin dibuat oleh Herodotus, ahli sejarah Yunani, pada abad ke -5. C. Aluminium [kal (begitu₄)₂· 12h₂Atau] ia digunakan sebagai mordant dalam pewarnaan kain dan untuk melindungi kayu, yang mana pintu kekuatan, kebakaran direka.

Dengan cara yang sama, plinio "el viejo" pada abad ke -1 merujuk kepada alumen, hari ini yang dikenali sebagai aluminium, sebagai bahan yang digunakan dalam bidang perubatan dan mordant.

Dari abad keenam belas, alum digunakan dalam tan. Ini adalah bahan gelatin yang memberikan konsistensi kepada kertas dan membenarkan penggunaannya secara bertulis.

Pada tahun 1767, ahli kimia Swiss Torbern Bergman mencapai sintesis aluminium. Untuk melakukan ini, dia menghangatkan lunita [Kal₃(SW₄)₂(Oh)₆] dengan asid sulfurik, dan kemudian ditambah ke penyelesaian.

Pengiktirafan dalam alumina

Pada tahun 1782, ahli kimia Perancis Antoine Lavoisier berkata bahawa alumina (ke₂Sama ada₃) Ia adalah unsur oksida. Ini mempunyai pertalian seperti oksigen yang sukar untuk dipisahkan. Oleh itu, Lavoisier diramalkan oleh itu kewujudan aluminium.

Kemudian, pada tahun 1807, ahli kimia Inggeris Sir Humphry Davy menundukkan alumina kepada elektrolisis. Walau bagaimanapun, kaedah yang digunakannya menghasilkan aloi aluminium dengan kalium dan natrium, jadi dia tidak dapat mengasingkan logam.

Davy mengulas bahawa alumina mempunyai pangkalan logam, yang pada mulanya ditetapkan sebagai 'aluminium', berdasarkan perkataan Latin 'alumen', nama yang digunakan untuk aluminium. Seterusnya, Davy menukar nama itu menjadi "aluminium", nama semasa dalam bahasa Inggeris.

Pada tahun 1821, ahli kimia Jerman Eilhard Mitscherlich berjaya menemui formula alumina yang betul:₂Sama ada₃.

Pengasingan

Pada tahun yang sama, ahli geologi Perancis Pierre Berthier menemui mineral aluminium dalam deposit tanah liat kemerahan berbatu di Perancis, di rantau Les Baux. Mineral yang ditetapkan Berthier sebagai Bauxite. Mineral ini kini merupakan sumber utama aluminium.

Pada tahun 1825, ahli kimia Denmark Hans Christian Øersted menghasilkan bar logam yang dikatakan aluminium. Dia menyifatkannya sebagai "sekeping logam yang berwarna dan kecerahan yang kelihatan seperti timah". Ørsted dapat mencapainya dengan mengurangkan aluminium klorida, ALCL₃, Dengan amalgam kalium.

Walau bagaimanapun, difikirkan bahawa penyelidik tidak memperoleh aluminium tulen, tetapi aloi aluminium dan kalium.

Pada tahun 1827, ahli kimia Jerman Friedrich Wöehler berjaya menghasilkan kira -kira 30 gram bahan aluminium. Kemudian, setelah 18 tahun kerja penyelidikan, Wöehler pada tahun 1845 mencapai pengeluaran sel -sel darah saiz headpiece, dengan bersinar abu -abu dan kelabu.

Wöehler bahkan menggambarkan beberapa sifat logam, seperti warna, graviti tertentu, kemuluran dan kestabilan.

Pengeluaran industri

Pada tahun 1855, ahli kimia Perancis Henri Sainte-Claire DeVille memperbaiki kaedah Wöehler. Untuk melakukan ini, dia menggunakan pengurangan aluminium klorida atau natrium aluminium klorida dengan natrium logam, menggunakan creole (na₃Alf₆) sebagai aliran.

Ini membenarkan pengeluaran perindustrian aluminium di Rouen, Perancis, dan antara 1855 dan 1890 pengeluaran 200 tan aluminium dicapai.

Boleh melayani anda: Kertas shortasol

Pada tahun 1886, jurutera Perancis Paul Herult dan pelajar Amerika Charles Hall, secara bebas mencipta kaedah untuk pengeluaran aluminium. Kaedah ini terdiri daripada pengurangan elektrolitik aluminium oksida dalam creole cair, menggunakan arus berterusan.

Kaedahnya adalah cekap, tetapi mempunyai masalah keperluan elektrik yang tinggi, yang meningkatkan pengeluaran. Herult menyelesaikan masalah ini dengan menubuhkan industrinya di Neuhausen (Switzerland), untuk memanfaatkan katarak Rin sebagai penjana elektrik.

Hall pada mulanya dipasang di Pittsburg (EE.Uu.), Tetapi kemudian dia memindahkan industrinya berhampiran katarak Niagara.

Akhirnya, pada tahun 1889 Karl Joseph Bayer mencipta kaedah pengeluaran alumina. Ini terdiri daripada pemanasan bauksit di dalam bekas tertutup dengan larutan alkali. Semasa proses pemanasan, pecahan alumina dalam larutan garam pulih.

Sifat fizikal dan kimia

Penampilan fizikal

Kubus aluminium logam. Sumber: Carsten Niehaus [Domain Awam]

Sillyic Grey -Gray Solid dengan Luster Metallic (Image Superior). Ia adalah logam lembut, tetapi ia mengeras dengan sedikit silikon dan besi. Di samping.

Berat atom

26,981 u

Nombor atom (z)

13

Takat lebur

660.32 ºC

Takat didih

2.470 ºC

Ketumpatan

Suhu ambien: 2.70 g/ml

Titik Fusion (cecair): 2,375 g/ml

Ketumpatannya jauh lebih rendah berbanding logam lain. Atas sebab itu aluminium agak ringan.

Haba Fusion

10.71 kJ/mol

Haba pengewapan

284 kJ/mol

Kapasiti kalori molar

24.20 J/(mol · k)

Elektronegativiti

1.61 pada skala Pauling

Tenaga pengionan

-Pertama: 577.5 kJ/mol

-Kedua: 1.816.7 kJ/mol

-Ketiga: 2.744.8 kJ/mol

Pengembangan haba

23.1 μm/(m · k) pada 25 ° C

Kekonduksian terma

237 w/(m · k)

Aluminium mempunyai konduktansi haba tiga kali lebih besar daripada keluli.

Resistiviti elektrik

26.5 nΩ · m pada 20 ºC

Konduktansi elektriknya adalah 2/3 di mana tembaga membentangkan.

Urutan magnet

Paramagnetic

Kekerasan

2,75 pada skala Mohs

Reaktiviti

Aluminium adalah tahan kakisan kerana apabila lapisan oksida nipis terdedah ke udara ke udara₂Sama ada₃ yang terbentuk di permukaannya menghalang pengoksidaan daripada meneruskan di dalam logam.

Dalam penyelesaian asid bertindak balas dengan air untuk membentuk hidrogen; Semasa dalam penyelesaian alkali ion aluminat (al₂^-).

Asid yang dicairkan tidak dapat membubarkannya, tetapi dengan kehadiran asid hidroklorik pekat. Walau bagaimanapun, aluminium tertumpu tahan asid nitrik, walaupun diserang oleh hidroksida untuk menghasilkan ion hidrogen dan aluminat.

Aluminium semburan dibakar dengan kehadiran oksigen dan karbon dioksida, untuk membentuk aluminium dan aluminium karbida oksida. Ia boleh dikurung oleh klorida yang terdapat dalam larutan natrium klorida. Atas sebab ini, penggunaan aluminium dalam paip tidak disyorkan.

Aluminium dioksidakan oleh air pada suhu di bawah 280 ºC.

2 hingga (s) +6 jam₂O (g) => 2al (oh)₃(s) +3h₂(g)+panas

Struktur dan konfigurasi elektronik

Aluminium kerana menjadi elemen logam (dengan pewarna metalloid untuk beberapa), atom mereka berinteraksi antara satu sama lain terima kasih kepada ikatan logam. Daya bukan arah ini ditadbir oleh elektron valensinya, yang disebarkan oleh kaca dalam semua dimensinya.

Elektron valensi sedemikian adalah seperti berikut, mengikut konfigurasi elektronik aluminium:

[Ne] 3s² 3p¹

Oleh itu, aluminium adalah logam trivalen, kerana ia mempunyai tiga elektron Valencia; dua dalam orbital 3s, dan satu di 3p. Orbital ini bertindih untuk berasal dari orbital molekul 3s dan 3p, jadi bersama -sama bahawa mereka akhirnya membentuk band memandu.

Band S penuh, sementara band P mempunyai banyak kekosongan untuk lebih banyak elektron. Itulah sebabnya aluminium adalah konduktor elektrik yang baik.

Pautan logam aluminium, jejari atomnya, dan ciri -ciri elektroniknya menentukan FCC (wajah cenred cubic, untuk akronim dalam bahasa Inggeris). Kristal FCC seperti itu, nampaknya, satu -satunya aluminium aluminium yang diketahui, jadi pasti menahan tekanan tinggi yang beroperasi di atasnya.

Nombor pengoksidaan

Konfigurasi elektronik aluminium segera menunjukkan bahawa ia mampu kehilangan sehingga tiga elektron; iaitu, ia mempunyai kecenderungan yang tinggi untuk membentuk kation³⁺. Apabila kewujudan kation ini diandaikan dalam sebatian yang diperolehi dari aluminium, dikatakan bahawa ini mempunyai nombor pengoksidaan +3; Seperti yang diketahui, ini adalah yang paling biasa untuk aluminium.

Walau bagaimanapun, terdapat nombor pengoksidaan lain yang mungkin, walaupun jarang, untuk logam ini; seperti: -2 (ke^2-), -1 (ke^-), +1 (ke⁺) dan +2 (ke²⁺).

Boleh melayani anda: lithium oksida

Dalam al₂Sama ada₃, Sebagai contoh, aluminium mempunyai nombor pengoksidaan +3 (AT₂³⁺Sama ada₃^2-); Semasa di Ali dan Allo, +1 (ke⁺F^-) dan +2 (ke²⁺Sama ada^2-), masing -masing. Walau bagaimanapun, di bawah keadaan atau situasi normal, a (iii) atau +3 adalah nombor pengoksidaan yang paling banyak; Sejak, al³⁺ adalah isolektronik untuk gas neon mulia.

Itulah sebabnya dalam teks sekolah ia selalu diandaikan, dan betul, aluminium mempunyai +3 sebagai satu -satunya nombor atau status pengoksidaan.

Di mana dan dapatkan

Aluminium tertumpu di jalur luar kerak bumi, menjadi elemen ketiga, hanya dilampaui oleh oksigen dan silikon. Aluminium mewakili 8% berat kerak bumi.

Ia ditemui di batu -batu igneus, terutamanya: aluminosilicates, feldspars, feldspatoids dan micas. Juga dalam tanah liat kemerah -merahan, oleh itu adalah kes bauksit.

- Bauxitas

Mine Bauxitas. Sumber: Pengguna: Vargaa [cc by-sa 4.0 (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/4.0)]

Bauxite adalah campuran mineral yang mengandungi alumina dan kekotoran yang terhidrasi; seperti besi dan titanium oksida, dan silika, dengan peratusan berat berikut:

-Kepada₂Sama ada₃ 35-60%

-Iman₂Sama ada₃ 10-30%

-SIO₂ 4-10%

-Paman₂ 2-5%

-H₂O Perlembagaan 12-30%.

Alumina terdapat dalam bauksit yang terhidrasi dengan dua varian:

-Monohydrates (Al₂Sama ada₃· H₂O), yang membentangkan dua bentuk kristalografi, boemite dan diasporo

-Trihydrates (Al₂Sama ada₃· 3h₂O), diwakili oleh Gibbsita.

Bauxita adalah sumber utama aluminium dan membekalkan kebanyakan aluminium yang diperolehi oleh eksploitasi perlombongan.

- Deposit aluminium

Perubahan

Terutamanya bauksit yang dibentuk oleh 40-50% daripada Al₂Sama ada₃, Kepercayaan 20%₂Sama ada₃ dan SIO 3-10%₂.

Hydrothermal

Alunite.

Magmatic

Batu -batu aluminus yang mempunyai mineral seperti sienitas, nephlines dan anortit (20% daripada al₂Sama ada₃).

Metamorfik

Silicates aluminium (Andalucita, Sillimanita dan Cianita).

Detritic

Deposit caolin dan pelbagai tanah liat (32% daripada al₂Sama ada₃).

- Eksploitasi Bauxite

Bauxite dieksploitasi di langit terbuka. Sebaik sahaja batu atau tanah liat yang mengandungi ia dikumpulkan, mereka dihancurkan dan tanah di kilang bola dan bar, sehingga anda mendapat zarah diameter 2 mm. Dalam proses ini, bahan yang dirawat tetap dibasahkan.

Dalam mendapatkan alumina, proses yang dibuat oleh Bayer diikuti pada tahun 1989. Bauxite tanah dicerna dengan penambahan natrium hidroksida, membentuk natrium aluminat yang solubilized; sementara bahan pencemar besi, titanium dan silikon kekal dalam penggantungan.

Pencemar memilih dan alumina trihydrate dicetuskan dari natrium aluminat untuk penyejukan dan pencairan. Seterusnya, alumina trihydrate digambarkan menyebabkan alumina anhydrous dan air.

- Elektrolisis alumine

Untuk mendapatkan aluminium, alumina tertakluk kepada elektrolisis, biasanya mengikuti kaedah yang dicipta oleh Hall-Hrult (1886). Proses ini terdiri daripada mengurangkan alumina cair di creole.

Oksigen mengikat ke anod karbon dan dilepaskan sebagai karbon dioksida. Sementara itu, aluminium yang dibebaskan disimpan di bahagian bawah sel elektrolitik di mana ia berkumpul.

Aloi

Aloi aluminium biasanya dikenal pasti dengan empat nombor.

1xxx

Kod 1xxx sepadan dengan aluminium dengan kesucian 99%.

2xxx

Kod 2xxx sepadan dengan aloi aluminium dengan tembaga. Mereka adalah aloi yang kuat yang digunakan dalam kenderaan aeroangkasa, tetapi mereka retak oleh kakisan. Aloi ini dikenali sebagai duraluminoso.

3xxx

Kod 3xxx merangkumi aloi di mana aluminium mangan dan sedikit magnesium ditambah. Mereka sangat tahan memakai, menggunakan aloi 3003 dalam penghuraian peralatan dapur, dan minuman 3004 minuman.

4xxx

Kod 4xxx mewakili aloi di mana silikon ditambah kepada aluminium, yang mengurangkan titik lebur meter. Aloi ini digunakan dalam penjelasan wayar kimpalan. 4043 aloi digunakan dalam kimpalan kereta dan elemen struktur.

5xxx

Kod 5xxx merangkumi aloi di mana aluminium ditambah terutamanya.

Mereka adalah aloi yang kuat dan tahan terhadap kakisan air laut, digunakan untuk membuat bekas tekanan dan pelbagai aplikasi marin. 5182 aloi digunakan untuk membuat tin penyegaran.

6xxx

Kod 6xxx merangkumi aloi di mana silikon dan magnesium ke aluminium ditambah. Aloi ini boleh dibentuk, boleh dikimpal dan tahan kakisan. Aloi yang paling biasa dalam siri ini digunakan dalam seni bina, bingkai basikal dan dalam penjelasan iPhone 6.

7xxx

Kod 7xxx menunjukkan kepada aloi di mana zink ditambah ke aluminium. Aloi ini, juga dipanggil Ergal, tahan terhadap kerosakan dan kekerasan yang besar, menggunakan aloi 7050 dan 7075 dalam pembinaan kapal terbang.

Risiko

Pendedahan langsung

Hubungi dengan aluminium serbuk boleh menyebabkan kerengsaan kulit dan mata. Pendedahan yang tinggi dan berpanjangan kepada aluminium boleh menyebabkan gejala yang serupa dengan selesema, sakit kepala, demam dan menggigil; Di samping itu, kesakitan dan penindasan deras boleh berlaku.

Dapat melayani anda: sifat perkara yang luas

Pendedahan habuk aluminium halus boleh menyebabkan parut paru -paru (fibrosis pulmonari), dengan gejala batuk dan pemendekan pernafasan. OSHA menubuhkan had 5 mg/m³ Untuk terdedah kepada habuk aluminium pada hari 8 hari sehari.

Nilai toleransi biologi untuk pendedahan pekerjaan kepada aluminium telah ditubuhkan dalam 50 μg/g kreatinin dalam air kencing. Prestasi menurun dalam ujian neuropsikologi ditunjukkan apabila kepekatan aluminium dalam air kencing melebihi 100 μg/g kreatinin.

Kanser payudara

Aluminium digunakan sebagai aluminium hidroklorida dalam deodoran antitranspirant, yang berkaitan dengan penampilan kanser payudara. Walau bagaimanapun, hubungan ini belum ditubuhkan dengan jelas, antara lain, kerana penyerapan kulit aluminium hidroklorida hanya 0.01%.

Kesan neurotoksik

Aluminium adalah neurotoksik dan pada orang yang mempunyai pendedahan pekerjaan yang berkaitan dengan penyakit neurologi, termasuk penyakit Alzheimer.

Otak pesakit Alzheimer mempunyai kepekatan aluminium yang tinggi; Tetapi tidak diketahui jika ia adalah punca penyakit atau akibatnya.

Kehadiran kesan neurotoksik pada pesakit dialisis telah ditentukan. Dalam prosedur ini, garam aluminium digunakan sebagai pengikat fosfat, yang menghasilkan kepekatan aluminium darah tinggi (> 100 μg/L plasma).

Pesakit yang terjejas mengalami kekeliruan, masalah ingatan dan tahap lanjutan, demensia. Neurotoksisiti aluminium dijelaskan kerana sukar untuk menghapuskan otak dan mempengaruhi operasinya.

Pengambilan aluminium

Aluminium hadir dalam pelbagai makanan, terutamanya teh, rempah dan secara umum, sayur -sayuran. Pihak Berkuasa Keselamatan Makanan Eropah (EFSA) menubuhkan had toleransi untuk pengambilan aluminium dalam makanan 1 mg/kg berat badan harian.

Pada tahun 2008, EFSA menganggarkan bahawa pengambilan aluminium harian dalam makanan berkisar antara 3 dan 10 mg sehari, jadi disimpulkan bahawa ia tidak mewakili risiko kesihatan; serta penggunaan peralatan aluminium untuk memasak makanan.

Aplikasi

- Sebagai logam

Elektrik

Aluminium adalah konduktor elektrik yang baik, jadi ia menggunakan aloi dalam talian penghantaran elektrik, enjin, penjana, transformer dan kapasitor.

Pembinaan

Aluminium digunakan dalam penjelasan pintu dan tingkap, partition, berwayar, salutan, penebat haba, siling, dll.

Cara pengangkutan

Aluminium digunakan dalam pembuatan bahagian kereta, kapal terbang, trak, basikal, motosikal, bot, kapal angkasa, kereta kereta api, dll.

Bekas

Tin aluminium untuk pelbagai jenis makanan. Sumber: Pxhere.

Dengan tin aluminium dibuat untuk minuman, tong bir, dulang, dll.

Rumah

Sudu Aluminium. Sumber: Pexels.

Aluminium berfungsi untuk membuat perkakas dapur: periuk, kuali, pailas dan kertas pembalut; Selain perabot, lampu, dll.

Kuasa reflektif

Aluminium dengan cekap mencerminkan tenaga berseri; Dari cahaya ultraviolet hingga sinaran inframerah. Kuasa reflektif aluminium ke cahaya yang kelihatan sekitar 80%, yang membolehkan penggunaannya sebagai skrin dalam lampu.

Di samping itu, aluminium mengekalkan ciri reflektifnya walaupun dalam bentuk habuk halus, sehingga dapat digunakan dalam penjelasan cat perak.

- Sebatian aluminium

Alumina

Ia digunakan untuk membuat aluminium logam, penebat dan palam pencucuh. Apabila alumina dipanaskan, ia mengembangkan struktur berliang yang menyerap air, menggunakan gas dan berfungsi sebagai tempat duduk untuk tindakan pemangkin beberapa reaksi kimia.

Aluminium sulfat

Ia digunakan dalam pembuatan kertas dan sebagai pengisian permukaan. Aluminium sulfat berfungsi untuk membentuk aluminium dan kalium aluminium [kal (begitu₄)₂· 12h₂Sama ada]. Ini adalah aluminium yang paling banyak digunakan dan dengan banyak aplikasi; seperti pembuatan ubat, lukisan dan mordant untuk pewarnaan kain.

Aluminium chloride

Ia adalah pemangkin yang paling banyak digunakan dalam reaksi Friedel-Craft. Ini adalah tindak balas organik sintetik yang digunakan dalam penyediaan keton aromatik dan antraquinone. Aluminium klorida terhidrat digunakan sebagai antitranspirant topikal dan deodoran.

Aluminium hidroksida

Ia digunakan untuk kalis air tisu dan pengeluaran aluminat.

Rujukan

1. Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi Keempat). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Aluminium. Diperoleh dari: dalam.Wikipedia.org
3. Pusat Kebangsaan Maklumat Bioteknologi. (2019). Aluminium. Pangkalan data PUBCHEM. CID = 5359268. Pulih dari: pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gov/kompaun/aluminium
4. Editor enyclopaedia Britannica. (13 Januari 2019). Aluminium. Encyclopædia Britannica. Pulih dari: Britannica.com
5. Rusal UC. (s.F.). Sejarah Pelajar. Diperolehi daripada: aluminiumleader.com
6. Universiti Oviedo. (2019). Metalurgi aluminium. [Pdf]. Pulih dari: unioviedo.adalah
7. Helmestine, Anne Marie, Ph.D. (6 Februari 2019). Sekutu aluminium atau aluminium. Pulih dari: Thoughtco.com
8. Klotz, k., Weistehöfer, w., Neff, f., Hartwig, a., Van Thriel, C., & Drexler, h. (2017). Kesan kesihatan pendedahan aluminium. Deutsches Arzteblatt International, 114(39), 653-659. Doi: 10.3238/Arztebl.2017.0653
9. Elsevier. (2019). Aloi aluminium. Diperoleh dari: Scientedirect.com
10. Natalia g. M. (16 Januari 2012). Ketersediaan aluminium dalam makanan. Pulih dari: pengguna.adalah