Aluminiu
De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Aluminiul este un element chimic, notat cu simbolul Al. Numărul atomic al aluminiului are valoarea 13, iar masa atomică este 26.97. Este un element chimic comun, ocupând poziţia a treia, după oxigen şi siliciu, ca răspândire terestră, existând în procent de 7.4%.[1] Compuşii aluminiului constituie 8.13% din scoarţa terestră,[2] fiind întâlniţi în substanţele minerale, precum şi în lumea vegetală şi animală.[3]
În stare naturală este întâlnit sub forma mineralelor, dintre care amintim silicaţii,[4] silicoaluminaţii (feldspat, mică, argile), criolitul (fluoaluminat de sodiu), bauxita, corindonul.
După fier, acesta a devenit metalul cu cea mai largă întrebuinţare.[5] Aluminiul a fost remarcat pentru faptul că este un metal uşor, cu o densitate de 2.7 g-cm3. Aceasta calitate îl face să fie utilizat în cantităţi mari în industria navală şi aeronautică. Capacitatea mare de reflexie este folosită în construirea oglinzilor metalice.
Este un bun conducător electric şi termic, fiind folosit în industria electrochimică sub formă de sârmă, înlocuind conductoarele electrice din cupru, care sunt mai scumpe.
Este un metal ductil şi maleabil, fiind posibilă obţinerea unei foiţe subţiri de 0.005 mm grosime. Totodată, această proprietate este utilizată în industria alimentară, aluminiul fiind folosit la ambalarea produselor alimentare sau în industria farmaceutică.
O altă proprietate importantă a acestui metal este rezistenţa la coroziune, care se datorează formării unui strat protector de oxid. Rezistă la acţiunea chimică a acidului azotic diluat sau concentrat, iar acest lucru se reflectă în fabricarea canistrelor transportoare de acid azotic din aluminiu.
Prezintă o afinitate mare pentru oxigen, fiind utilizat în obţinerea altor metale precum Cr, Mn, Co, V din oxizi.
Cuprins |
[modifică] Istoric
Termenul "alumen," care este tradus în "alaun," apare în lucrarea lui Pliniu cel Bătrân, Naturalis Historia, capitolul 15 al cărţii 35, furnizând detalii despre acest metal. Deşi diferite substanţe erau deosebite prin numele de alumen, toate erau caracterizate de un anumit grad de astringenţă, fiind utilizate în medicină sau ca vopseluri.
În anul 1760, un anumit oxid metalic care prezenta stabilitate şi nu putea fi redus a fost extras din alaun şi numit alumină de către chimistul francez L.G.Morveau. În 1807 Sir Humphry Davy a concluzionat că reducerea compuşilor chimici stabili ar trebui să se facă electrolitic cu ajutorul unei noi celule voltaice, reuşind obţinerea sodiului, potasiului, bariului, stronţiului şi al calciului în formă metalică. Pentru această demonstraţie remarcabilă a puterii electrochimice, Davy a obţinut un premiu de 50.000 de franci din partea lui Napoleon. Deşi eşuase în încercările sale de a obţine acest element, denumindu-l aluminiu, era evident că restul metalelor obţinute de el prezentau un caracter reducător mai puternic decât al carbonului şi al hidrogenului. În 1808 reuşeşte să obţină pentru prima dată bor elementar prin reducerea oxidului boric cu potasiu obţinut prin electroliză. Pierre Berthier descoperă în anul 1821 lângă Baux-de-Provence o mină în care exista un mineral ce conţinea mai mult de 50% de oxid de aluminiu. Mineralul va fi numit bauxită.
Cercetarea aluminiului metalic a fost continuată de către chimistul danez Hans Christian Oersted, care descrie în 1825 Societăţii Filosofiei Naturale o metodă de reducere a clorurii de aluminiu la o formă metalică cu ajutorul unui amalgam mercuric al potasiului. Mercurul din amalgam era treptat îndepărtat prin distilare, produsul rezultat fiind o pulbere gri, care a fost descrisă ca aluminiu, deşi era posibil să fi conţinut o cantitate mare de oxid.
În 1827, Wohler îmbunătăţise metoda de reducere propusă de Oersted prin utilizarea unui proces gazos în care triclorura de aluminiu volatilizată reacţiona cu potasiul metalic. Potasiul era un metal rar şi foarte reactiv, iar triclorura de aluminiu, datorită higroscopicităţii sale era un material cu care se lucra greu. Experimentele iniţiale ale lui Wohler produceau cantităţi mici de pudră de aluminiu, însă nu constau baza producerii aluminiului în masă. Munca sa timpurie asupra aluminiului a fost abandonată până în anul 1854, când a modificat procesul astfel încât a produs globule mici şi strălucitoare, care erau suficient de pure pentru confirmarea densităţii reduse a aluminiului şi pentru stabilirea ductilităţii şi a caracteristicilor chimice.
Chimistul francez Henri Etienne Sainte-Claire Deville a îmbunătăţit de asemenea metoda lui Wohler în 1846, descriindu-le în anul 1859, printre care afişase şi propunerea folosirii sodiului în locul potasiului costisitor.
Aluminiul a fost ales drept material pentru vârful Monumentului Washington în 1884, când o uncie (30 g) de aluminiu costa cât salariul zilnic al unui colaborator la acel proiect; aluminiul era la fel de valoros ca şi argintul. În anul 1886, Charles Martin Hall, student la colegiul Oberlin, a obţinut cantităţi mici de aluminiu prin electroliza oxidului de aluminiu dizolvat în criolit topit, folosind electrozi de cărbune.
Cu toate că procesele de extragere au suferit îmbunătăţiri, preturile scădeau încontinuu, iar în 1889 se descoperise un procedeu simplu de extragere al aluminiului. Invenţia dinamului de către Siemens în anul 1866 a uşurat producerea procesului de electroliză pentru extragerea metalului. Procesul Hall-Heroult din 1886 şi procesul Bayer din 1887 marchează începutul aplicaţiilor multiple ale aluminiului. Utilizarea acestui metal ca material de construcţie a devenit atât de răspândită, încât a fost folosit în Sydney, Australia unde a fost folosit la construirea cupolei Secretariatului clădirii.
Anul 1900 marchează perioada când producţia mondială de aluminiu a ajuns la 6700 de tone, 1939 cu 700000 de tone şi 1943 cu 2.000.000 de tone, datorită celui de-al Doilea Război Mondial. De atunci, producţia crescuse mai mult decât cea a celorlalte metale neferoase.
Anul 2008 marchează perioada când preţul aluminiului a atins apogeul în iulie, fiind cotat la 1.45 dolari per livră, însă a scăzut în decembrie la 0.7 dolari per livră.[7]
[modifică] Răspândire
In scoarta terestra, aluminiul este cel mai abundent element metalic (8.3% din greutate) si al treilea ca abundenta dintre toate elementele chimice (dupa oxigen si siliciu).[8] Datorita afinitatii puternice pentru oxigen, nu este intalnit in stare nativa, ci doar in oxizi sau silicati. Feldspatul, grupa cea mai comuna de minerale din scoarta terestra, sunt aluminosilicati. Native aluminium metal can be found as a minor phase in low oxygen fugacity environments, such as the interiors of certain volcanoes.[9] It also occurs in the minerals beryl, cryolite, garnet, spinel and turquoise.[8]Format:Inote Impurities in Al2O3, such as chromium or cobalt yield the gemstones ruby and sapphire, respectively.Format:Inote Pure Al2O3, known as Corundum, is one of the hardest materials known.[8]Format:Inote
Although aluminium is an extremely common and widespread element, the common aluminium minerals are not economic sources of the metal. Almost all metallic aluminium is produced from the ore bauxite (AlOx(OH)3-2x). Bauxite occurs as a weathering product of low iron and silica bedrock in tropical climatic conditions.[10] Large deposits of bauxite occur in Australia, Brazil, Guinea and Jamaica but the primary mining areas for the ore are in Ghana, Indonesia, Jamaica, Russia and Surinam.[11]Format:Inote Smelting of the ore mainly occurs in Australia, Brazil, Canada, Norway, Russia and the United States.Format:Inote Because smelting is an energy-intensive process, regions with excess natural gas supplies (such as the United Arab Emirates) are becoming aluminium refiners.
Cel mai abundent element metalic din scoarţa terestră şi al treilea element chimic ca răspândire. Nu se găseşte în stare nativă, fiind întâlnit doar în combinaţii[12] sub formă de minereuri, dintre care cei mai importanţi sunt:
- silicaţii şi silicoaluminaţii (SiO2*Al2O3*Fe2O3*H2O argila, K[AlSi3O8] feldspatul, Na[AlSi3O3], albita, mica, etc.)
- criolitul Na3[AlF6]
- bauxita AlO(OH)
- oxidul de aluminiu:Al2O3. În funcţie de impurităţile conţinute, oxidul de aluminiu poartă următoarele denumiri: corindon(incolor), topaz(galben), rubin(roşu), safir(albastru), ametist(violet), smarald(verde), şmirghelul(negru)[13].
- oxizi micşti: MgAl2O4 spinel, BeAl2O4 crisoberil
Bauxita constituie minereul din care se extrage peste 95% din producţia mondială de aluminiu. După conţinutul lor în aluminiu şi fier, bauxitele pot fi albe(foarte bogate în Al2O3, 60-70%), roşii (bogate în Fe2O3, 20-25% şi mai sărace în Al2O3, 40-60%) şi cenuşii (mai sărace în Fe2O3 şi Al2O3 decât cele roşii, dar mai bogate în SiO2). Cele mai mari zăcăminte de bauxită se află în Franţa.
[modifică] Izotopi
[modifică] Metalurgia aluminiului
Aluminiul poate fi obtinut din Al2O3 sau din AlCl3 prin reducere cu metale. Reducerea nu se poate face cu carbon, deoarece s-ar forma Al4C3.
AlCl3 + Na - Al + 3NaCl
Industrial, aluminiul poate fi obtinut prin prelucrarea bauxitei, care poate avea loc in 2 faze:
- Prepararea aluminei (Al2O3), proces prin care se separa alumina de celelalte impuritati, precum Fe2O3, SiO2, TiO2, etc. Aceasta preparare are loc prin procedeul Bayer, bauxita fiind calcinata la temperatura de 700ºC intr-un cuptor rotativ, in scopul deshidratarii si distrugerii materiilor organice. Are loc un proces de macinare fina si apoi o incalzire sub agitare cu o solutie de NaOH concentrata in autoclave aflate sub presiune de 5 atmosfere si temperaturi de 160-180C, timp de cateva ore. Oxidul de aluminiu trece in solutie sub forma aluminatului de sodiu, Na[Al(OH)4].
Amestecul se filtreaza, solutia de aluminat de sodiu fiind separata de noroaiele-rosii, bogate in Fe2O3 si aluminosilicatul de sodiu insolubil format ca produs secundar, conform reactiilor:
- SiO2+2NaOH = Na2SiO3+H2O
- 2NaAlO2 + 2Na2SiO3 + 2H2O = 3Na2O*Al2O3*2SiO2*2H2O
[modifică] Proprietăţi fizice
[modifică] Proprietăţi chimice
[modifică] Proprietăţi mecanice
[modifică] Compuşii aluminiului
Cu oxigenul formează oxizi (Al2O3), cu sulful - sulfuri (Al2S3), cu clorul - cloruri (AlCl3).
[modifică] Fabricare
[modifică] Utilizare
Este foarte folosit în industrie datorită rezistenţei sale la oxidare, proprietăţilor mecanice bune şi densităţii sale mici. Aluminiul este folosit în industria aerospaţială, în construcţii, acolo unde este necesar un material uşor şi rezistent. Datorită proprietăţilor electrice bune, aluminiul este folosit şi ca material conductori.
[modifică] Note
- ^ Mihai Zapan, Chimie anorganică, Editura tehnică, Bucureşti, 1968
- ^ Chimie anorganică, V.Aldea. Editura medicală, Bucureşti, 1999, tabelul 1.4, pagina 3
- ^ Tecnología automotriz.Monografías.com Jesús Guevara, Carabolo, Venezuela
- ^ V.Aldea, op.cit., pagina 4
- ^ Chimie, manual de clasa a VIII-a, Sanda Fătu, Felicia Stroe, Constantin Stroe, Ed. Corint, 2000
- ^ virtute creştină, care poate fi corelată cu noţiunea de Agape
- ^ Preţurile aluminiului
- ^ a b c Format:Greenwood&Earnshaw2ndFormat:Inote
- ^ Aluminum Mineral Data. Accesat în 2008-07-09.
- ^ Guilbert, John M. and Carles F. Park (1986). The Geology of Ore Deposits, pag. 774-795, Freeman. ISBN 0-7167-1456-6.
- ^ Emsley, John (2001). “Aluminium”, Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements, Oxford, UK: Oxford University Press. ISBN 0198503407.
- ^ V.Aldea, op.cit., pagina 5
- ^ I.Grecu, Chimie anorganică, Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti, 1964, pagina 465
[modifică] Vezi şi
[modifică] Bibliografie
- Chimie anorganică, V.Aldea. Editura medicală, Bucureşti, 1999
- I.Grecu, Chimie anorganică, Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti, 1964
[modifică] Legături externe
|
|||||
