Alumínium

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
13 magnéziumalumíniumszilícium
B

Al

Ga
Általános
Név, vegyjel, rendszám alumínium, Al, 13
Elemi sorozat alumínium-csoport
Csoport, periódus, mező 13, 3, p
Megjelenés ezüstös
Al,13.jpg
Atomtömeg 26,9815385(7) g/mol[1]
Elektronszerkezet [Ne] 3s2 3p1
Elektronok héjanként 2, 8, 3
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot szilárd
Sűrűség (szobahőm.) 2,70 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on 2,375 g/cm³
Olvadáspont 933,47 K
(660,32 °C, 1220,58 °F)
Forráspont 2792 K
(2519 °C, 4566 °F)
Olvadáshő\Delta_{fus}{H}^\ominus 10,71 kJ/mol
Párolgáshő \Delta_{vap}{H}^\ominus 294,0 kJ/mol
Moláris hőkapacitás (25 °C) 24 200 J/(mol·K)
Gőznyomás
P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T/K 1482 1632 1817 2054 2364 2790
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet köbös lapközéppontos
Oxidációs szám 3
(amfoter oxid)
Elektronegativitás 1,61 (Pauling-skála)
Ionizációs energia 1.: 577,5 kJ/mol
2.: 1816,7 kJ/mol
3.: 2744,8 kJ/mol
Atomsugár 125 pm
Atomsugár (számított) 118 pm
Kovalens sugár 118 pm
Egyebek
Mágnesség paramágneses
Fajlagos ellenállás (20 °C) 26,50 nΩ·m
Hőmérséklet-vezetési tényező (300 K) 237 W/(m·K)
Hőtágulási együttható (25 °C) 23,1 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd) (szobahőm.) 5000 m/s
Young-modulus 70 GPa
Nyírási modulus 26 GPa
Kompressziós modulusz 76 GPa
Poisson-tényező 0,35
Mohs-keménység 2,75
Vickers-keménység 167 MPa
Brinell-keménység 245 HB
CAS-szám 7429-90-5
Fontosabb izotópok
Fő cikk: Az alumínium izotópjai
Izotóp t.e. felezési idő B.m. B.e. (MeV) B.t.
26Al mest. 7,17·105 év β+ 1,17 26Mg
ε - 26Mg
γ 1,8086 -
27Al 100% Al stabil 14 neutronnal
Hivatkozások

Az alumínium (nyelvújításkori magyar nevén timany) a periódusos rendszer III. főcsoportjába tartozó könnyűfém. Rendszáma 13, vegyjele Al. Ezüstös színű, levegő hatására a felszínén pillanatok alatt oxidréteg alakul ki, amely megvédi a további oxidációtól. Nem színezi a lángot. Az alumíniumot és az ötvözeteit az iparban nagy mennyiségben alkalmazzák a kis sűrűségük és a kedvező mechanikai sajátságaik miatt.

Története[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Először Ørsted állította elő 1825-ben. Az 1855. évi párizsi világkiállításon mutatták be; a világ első 1 kg tömegű alumíniumtömbjét. Az ezüstösen csillogó fémdarabot „agyagezüstnek” nevezték, mivel agyagszerű ércből sikerült előállítani. Az alumínium ára akkoriban még az aranyéval vetekedett, így eleinte ékszereket készítettek alumíniumból.

Jellemzői[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az alumínium puha, vágható, ezüstfehér, porrá törve szürke könnyűfém. A levegő oxigénjével gyorsan reagál, és a felületét védő alumínium-oxid (Al2O3) miatt passzív: a tömény savak nem támadják meg. Amfoter jellegű, ebből következik, hogy lúgok (nátrium-hidroxid, kálium-hidroxid) és híg savak (sósav, citromsav, kénsav) oldják aluminátok, illetve alumínium-sók képződése közben. Ha eltávolítjuk az oxidréteget, reagál vízzel; ekkor alumínium-hidroxid (Al(OH)3) keletkezik és hidrogéngáz szabadul fel. Az alumíniumtermékeken a védő oxidréteget mesterségesen vastagítják (eloxálás). Az alumíniumedényeket nem jó súrolni, mert a védőréteg nélkül az alumínium reakcióba lép a levegő oxigénjével és víztartalmával.

Fizikai tulajdonságai:

  • sűrűsége: 2700 kg/m³,
  • olvadáspontja: 660 °C,
  • forráspontja: 2519 °C.

Kristályrácsa lapközepes köbös. Nem mágnesezhető. Szakítószilárdsága kicsi. Rosszul önthető.

Előfordulása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az alumínium az oxigén és a szilícium után a földkéreg harmadik leggyakoribb eleme. Nagy kémiai reakcióképessége miatt elemi állapotában nem fordul elő. Fontos összetevője az agyagásványoknak, a bauxitnak, a csillámoknak és számos kőzetalkotó ásványnak, az úgynevezett alumínium-szilikátoknak.

Előállítása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Régebben alumínium-klorid nátriumos redukciójával, a Wöhler-eljárással állították elő:

\mathrm{AlCl_3 + 3 \ Na \rightarrow Al + 3\ NaCl}\,\!

Ma az alumíniumgyártás nyersanyaga a bauxit. A bauxitot először a Bayer-eljárással timfölddé alakítják, tehát az alumínium-oxidot nagy hőmérsékleten, NaOH oldattal oldják ki. A keletkezett aluminátlúgot ülepítéssel és szűréssel szétválasztják a fel nem oldott nagy vastartalmú maradéktól, a vörösiszaptól. Az oldatból hígítással és hűtéssel választják ki az alumínium-hidroxidot. Ezt szűrik, majd csőkemencében víztelenítik (kalcinálják), aminek eredményeként alumínium-oxid képződik. Ezután a Hall-Héroult eljárással a timföldhöz kriolitot kevernek, hogy csökkentsék olvadáspontját, majd hevítik és elektrolízissel alumíniummá redukálják:

\mathrm{2 \ Al_2O_3 \rightarrow 4\ Al + 3\ O_2}\,\!

Negatív elektródként grafittal, vagy tiszta szénnel bélelt acél kádakat használnak, és az olvadékba felülről merítik a pozitív pólust, ami szintén szén vagy grafit. Az a pozitív elektródon fejlődő oxigén szén-dioxiddá és (mérgező) szén-monoxiddá oxidálja a szén- vagy grafitelektródot, amit ezért időnként cserélni vagy pótolni kell. Az alumínium a kád alján gyűlik össze.

Bővebben lásd: Könnyűfém-kohászat

Vegyületei[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

lásd még: Az alumínium vegyületei

Gyakoribb vegyületei:

Al2O3 alumínium-oxid, timföld
Al(OH)3 alumínium-hidroxid
Al2Br6 alumínium-bromid
AlCl3 alumínium-klorid
Al2(SO4)3 alumínium-szulfát
Al(NO3)3 alumínium-nitrát
AlPO4 alumínium-foszfát
Na3AlF6 kriolit

Ötvözetei[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Fő ötvözői: Cu, Mg, Si járulékos ötvözői: Ni, Mn

  • Dural ötvözetek (Al-Cu)
  • Hidronálium ötvözetek (Al-Mg)
  • Szilumin ötvözetek (Al-Si)

Felhasználása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • ötvözetek formájában repülők, autók gyártására
  • csomagolóanyagként (alufólia, üdítős dobozok)
  • por alakban
    • redukálószerként fémek előállítására
    • fedőfestékként megfelelő kötőanyaghoz keverve (metál festékek)
  • elektromos huzalok gyártása
  • szerkezeti elemek gyártása (állványok stb…)
  • fémek előállítása (aluminotermia)
  • vegyiparban az ellenállóság kihasználása (pl.: tömény salétromsav tárolása)
  • timsó
  • Útjelző táblák

Élettani tulajdonságai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Oldott állapotban a fehérjéket irreverzibilisen kicsapja, ezért sóit, például a timsót (KAl(SO4)2·12H2O) vérzéscsillapítónak használják.

Valószínűleg szerepet játszik az Alzheimer-kór kialakulásában.

Iparilag előállított tiszta alumínium[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A timföldből elektrolízissel 99,7% 99,5%-os és 99,0%-os tisztaságú kohóalumíniumot lehet előállítani. Ez jó korrózióállóságú, kis villamos ellenállású, de kis szilárdságú fém. Előnyös tulajdonságai a szennyezők csökkentésével javulnak. Az alumínium finomítását többszöri elektrolízissel végzik. Ezzel a módszerrel 99,99%-os tisztaságú alumínium állítható elő. Ez a művelet igen energiaigényes: 1 kg kohóalumínium előállításához 20 kWh, 1 kg nagytisztaságú alumíniumhoz pedig 39-40 kWh villamos energia szükséges. A tiszta alumínium képlékeny alakíthatósága kitűnő, de nehezen forgácsolható (kenődik).

Nagytisztaságú alumínium[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A 99,99%-os alumínium lemez, szalag, rúd és huzal formájában kerül felhasználásra. Elsősorban a villamosipar, a vegyipar és a műszeripar dolgozza fel. A fém szilárdságát kismennyiségű magnézium ötvözésével javítják, ez nem jár a vezetőképesség, korrózióállás és jó hidegalakíthatóság romlásával.

99,99%-os alumínium és magnézium ötvözetéből készült lemezek szilárdsági tulajdonságai.
Anyagminőség Al 99,99% Al 99,99%
Jellemzők + 0,73% Mg + 1,6-1,9% Mg + 2,5-3% Mg
Rm N/mm² lágy 35-60 100 150-180 200-220
félkemény 70-100 - - -
kemény 110-138 190 200-250 280-300
σF N/mm² lágy 13-22 35 70-90 110-130
félkemény 30-60 - - -
kemény 100-128 184 170-210 230-260
δ10 % lágy 50-40 27,2 26 26
félkemény 9-5 - - -
kemény 5-4 3,8 4-5 4-5
HB lágy 12-15 29,2 56 65
félkemény 18-24 - - -
kemény 25-30 48,4 75 90

Kohóalumínium[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A kohóalumíniumot ötvözési célokra 15 kg-os tömbökben, plasztikus feldolgozásra 100–180 kg tömegű hengerlési illetve préstuskókban hozzák forgalomba.

Kohóalumíniumból készült félgyártmányok szilárdsági tulajdonságai.
Anyagminőség Al 99,7 és Al 99,5 Al 99,3 és Al 99
Rm N/mm² lemez rúd cső huzal lemez rúd cső huzal
lágy 70 70 70 65-90 80 80 80 65-90
félkemény 100 90 90 110-160 110 100 100 110-160
kemény 130 130 140-180 140 140 140 140 140-180
δ10 % lágy 22 22 22 22 20 22 20 22
félkemény 6 6 5 4 4,5 5 4 4
kemény 4 3 2 2 3 3 2 2
HB lágy 18-25 18-24 - - 20-30 20-26 - -
félkemény 25-35 26-33 - - 30-38 28-35 - -
kemény 35-40 35-38 - - 38-45 37-42 - -

Óvintézkedések[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Megfelelő tárolás esetén nem reakcióképes, veszélytelen.

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Current Table of Standard Atomic Weights in Order of Atomic Number. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights – Commission II.I of the International Union of Pure and Applied Chemistry, 2013. (Hozzáférés: 2013. október 13.)

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Alumínium témájú médiaállományokat.