- Storia
- Allume
- Riconoscimento in allumina
- Isolamento
- Produzione industriale
- Proprietà fisiche e chimiche
- Aspetto fisico
- Peso atomico
- Numero atomico (Z)
- Punto di fusione
- Punto di ebollizione
- Densità
- Calore di fusione
- Calore di vaporizzazione
- Capacità calorica molare
- elettronegatività
- Energia ionizzata
- Dilatazione termica
- Conduttività termica
- Resistività elettrica
- Ordine magnetico
- Durezza
- Reattività
- Struttura e configurazione elettronica
- Numeri di ossidazione
- Dove trovare e ottenere
- - Bauxiti
- - Depositi di alluminio
- Di alterazione
- Idrotermale
- magmatica
- Metamorfico
- Detritics
- - Sfruttamento della bauxite
- - Elettrolisi dell'allumina
- leghe
- 1xxx
- 2xxx
- 3xxx
- 4xxx
- 5xxx
- 6xxx
- 7xxx
- rischi
- Esposizione diretta
- Tumore al seno
- Effetti neurotossici
- Aspirazione in alluminio
- applicazioni
- - Come il metallo
- Elettrico
- Edificio
- Trasporto
- contenitori
- Casa
- Potere riflettente
- - Composti di alluminio
- Alumina
- Solfato di alluminio
- Cloruro di alluminio
- Idrossido di alluminio
- Riferimenti
L' alluminio è un elemento metallico appartenente al gruppo (III A) 13 della tavola periodica e che è rappresentato dal simbolo A. Si tratta di un metallo leggero a bassa densità e durezza. A causa delle sue proprietà anfotere, è stato classificato da alcuni scienziati come un metalloide.
È un metallo duttile e molto malleabile, motivo per cui viene utilizzato per la produzione di fili, fogli sottili di alluminio, nonché qualsiasi tipo di oggetto o figura; ad esempio le famose lattine con le loro leghe, o il foglio di alluminio con cui vengono avvolti cibi o dolci.
Foglio di alluminio sgualcito, uno degli oggetti più semplici e quotidiani realizzati con questo metallo. Fonte: Pexels.
L'allume (un solfato di alluminio idrato di potassio) è stato utilizzato dagli esseri umani fin dall'antichità in medicina, concia delle pelli e come mordente per colorare i tessuti. Pertanto, i suoi minerali sono conosciuti da sempre.
Tuttavia, l'alluminio come metallo fu isolato molto tardi, nel 1825, da Øersted, il che portò a un'attività scientifica che ne consentì l'uso industriale. In quel momento l'alluminio era il metallo con la più alta produzione al mondo, dopo il ferro.
L'alluminio si trova principalmente nella parte superiore della crosta terrestre, costituendone l'8% in peso. Corrisponde al suo terzo elemento più abbondante, essendo superato da ossigeno e silicio nei suoi minerali di silice e silicato.
La bauxite è un'associazione di minerali, tra cui: allumina (ossido di alluminio) e ossidi metallici di ferro, titanio e silicio. Rappresenta la principale risorsa naturale per l'estrazione dell'alluminio.
Storia
Allume
In Mesopotamia, 5000 anni a.C. C., Hanno già realizzato ceramiche utilizzando argille che contenevano composti di alluminio. Nel frattempo, 4000 fa, i babilonesi e gli egiziani usavano l'alluminio in alcuni composti chimici.
Il primo documento scritto relativo all'allume fu realizzato da Erodoto, uno storico greco, nel V secolo a.C. L'allume era usato come mordente nella tintura dei tessuti e per proteggere il legno, con cui furono progettate le porte della fortezza, dagli incendi.
Allo stesso modo, Plinio "il Vecchio" nel I secolo si riferisce all'allume, oggi noto come allume, come sostanza usata in medicina e mordente.
A partire dal XVI secolo l'allume veniva utilizzato nella concia delle pelli e come incollaggio della carta. Questa era una sostanza gelatinosa che conferiva consistenza alla carta e ne consentiva l'uso per iscritto.
Nel 1767, il chimico svizzero Torbern Bergman realizzò la sintesi dell'allume. Per fare questo, ha riscaldato la moonite con acido solforico, quindi ha aggiunto cloruro di potassio alla soluzione.
Riconoscimento in allumina
Nel 1782, il chimico francese Antoine Lavoisier fece notare che l'allumina (Al 2 O 3 ) era un ossido di qualche elemento. Questo ha una tale affinità per l'ossigeno che la sua separazione è stata difficile. Pertanto, Lavoisier ha quindi previsto l'esistenza dell'alluminio.
Successivamente, nel 1807, il chimico inglese Sir Humphry Davy sottopose l'allumina all'elettrolisi. Tuttavia, il metodo che ha usato ha prodotto una lega di alluminio con potassio e sodio, quindi non ha potuto isolare il metallo.
Davy ha commentato che l'allumina aveva una base metallica, che inizialmente designò come "alumium", sulla base della parola latina "alumen", il nome usato per allume. In seguito Davy cambiò il nome in "alluminio", l'attuale nome inglese.
Nel 1821, il chimico tedesco Eilhard Mitscherlich riuscì a scoprire la formula corretta per l'allumina: Al 2 O 3 .
Isolamento
Nello stesso anno, il geologo francese Pierre Berthier scoprì un minerale di alluminio in un deposito di roccia argillosa rossastra in Francia, nella regione di Les Baux. Berthier ha designato il minerale come bauxite. Questo minerale è attualmente la principale fonte di alluminio.
Nel 1825, il chimico danese Hans Christian Øersted ha prodotto una barra di metallo da un presunto alluminio. Lo ha descritto come "un pezzo di metallo che sembra un po 'come lo stagno per colore e lucentezza". Øersted è stato in grado di ottenere ciò riducendo il cloruro di alluminio, AlCl 3 , con un amalgama di potassio.
Si pensava, tuttavia, che il ricercatore non avesse ottenuto l'alluminio puro, ma una lega di alluminio e potassio.
Nel 1827, il chimico tedesco Friedrich Wöehler riuscì a produrre circa 30 grammi di un materiale di alluminio. Quindi, dopo 18 anni di lavoro investigativo, Wöehler nel 1845 ottenne la produzione di globuli delle dimensioni di una testa di spillo, con una lucentezza metallica e di colore grigiastro.
Wöehler ha anche descritto alcune proprietà del metallo, come il colore, la gravità specifica, la duttilità e la stabilità.
Produzione industriale
Nel 1855, il chimico francese Henri Sainte-Claire Deville perfezionò il metodo di Wöehler. Per questo, ha utilizzato la riduzione del cloruro di alluminio o cloruro di sodio e alluminio con sodio metallico, utilizzando la criolite (Na 3 AlF 6 ) come flusso.
Ciò consentì la produzione industriale di alluminio a Rouen, in Francia, e tra il 1855 e il 1890 fu raggiunta la produzione di 200 tonnellate di alluminio.
Nel 1886, l'ingegnere francese Paul Héroult e lo studente americano Charles Hall crearono indipendentemente un metodo per la produzione dell'alluminio. Il metodo consiste nella riduzione elettrolitica dell'ossido di alluminio nella criolite fusa, utilizzando una corrente continua.
Il metodo era efficiente, ma presentava il problema del suo elevato fabbisogno di elettricità, che rendeva la produzione più costosa. Héroult ha risolto questo problema stabilendo la sua industria a Neuhausen (Svizzera), sfruttando così le cascate del Reno come generatori di elettricità.
Hall inizialmente si stabilì a Pittsburg (USA), ma in seguito trasferì la sua industria vicino alle Cascate del Niagara.
Infine, nel 1889 Karl Joseph Bayer creò un metodo per produrre allumina. Consiste nel riscaldare la bauxite in un contenitore chiuso con una soluzione alcalina. Durante il processo di riscaldamento, la frazione di allumina viene recuperata nella soluzione salina.
Proprietà fisiche e chimiche
Aspetto fisico
Secchio di metallo in alluminio. Fonte: Carsten Niehaus
Solido grigio argento con lucentezza metallica (immagine in alto). È un metallo morbido, ma si indurisce con piccole quantità di silicio e ferro. Inoltre, si caratterizza per essere molto duttile e malleabile, poiché è possibile realizzare fogli di alluminio con uno spessore fino a 4 micron.
Peso atomico
26.981 u
Numero atomico (Z)
13
Punto di fusione
660,32 ºC
Punto di ebollizione
2.470 ºC
Densità
Temperatura ambiente: 2,70 g / mL
Punto di fusione (liquido): 2,375 g / mL
La sua densità è notevolmente bassa rispetto a quella di altri metalli. Per questo motivo l'alluminio è abbastanza leggero.
Calore di fusione
10,71 kJ / mol
Calore di vaporizzazione
284 kJ / mol
Capacità calorica molare
24,20 J / (mol K)
elettronegatività
1,61 della scala Pauling
Energia ionizzata
-Primo: 577,5 kJ / mol
-Secondo: 1.816,7 kJ / mol
-Terzo: 2.744,8 kJ / mol
Dilatazione termica
23,1 µm / (mK) a 25 ºC
Conduttività termica
237 W / (m · K)
L'alluminio ha una conduttanza termica tre volte quella dell'acciaio.
Resistività elettrica
26,5 nΩ m a 20 ºC
La sua conduttanza elettrica è 2/3 di quella del rame.
Ordine magnetico
paramagnetica
Durezza
2,75 sulla scala di Mohs
Reattività
L'alluminio è resistente alla corrosione perché quando esposto all'aria, il sottile strato di ossido di Al 2 O 3 che si forma sulla sua superficie impedisce che l'ossidazione continui all'interno del metallo.
Nelle soluzioni acide reagisce con l'acqua per formare idrogeno; mentre nelle soluzioni alcaline forma lo ione alluminato (AlO 2 - ).
Gli acidi diluiti non possono dissolverlo, ma possono in presenza di acido cloridrico concentrato. Tuttavia, l'alluminio è resistente all'acido nitrico concentrato, sebbene venga attaccato dagli idrossidi per produrre idrogeno e lo ione alluminato.
L'alluminio in polvere viene incenerito in presenza di ossigeno e anidride carbonica per formare ossido di alluminio e carburo di alluminio. Può essere corroso dal cloruro presente in una soluzione di cloruro di sodio. Per questo motivo è sconsigliato l'uso dell'alluminio nei tubi.
L'alluminio viene ossidato dall'acqua a temperature inferiori a 280 ºC.
2 Al (s) + 6 H 2 O (g) => 2Al (OH) 3 (s) + 3H 2 (g) + calore
Struttura e configurazione elettronica
Essendo l'alluminio un elemento metallico (con coloranti metalloidi per alcuni), i suoi atomi di Al interagiscono tra loro grazie al legame metallico. Questa forza non direzionale è governata dai suoi elettroni di valenza, che sono sparsi in tutto il cristallo in tutte le sue dimensioni.
Questi elettroni di valenza sono i seguenti, secondo la configurazione elettronica dell'alluminio:
3s 2 3p 1
Pertanto, l'alluminio è un metallo trivalente, poiché ha tre elettroni di valenza; due nell'orbitale 3s e uno nel 3p. Questi orbitali si sovrappongono per formare orbitali molecolari 3s e 3p, così vicini che finiscono per formare bande di conduzione.
La banda s è piena, mentre la banda p ha molto spazio per più elettroni. Ecco perché l'alluminio è un buon conduttore di elettricità.
Il legame metallico dell'alluminio, il raggio dei suoi atomi e le sue caratteristiche elettroniche definiscono un cristallo fcc (cubico centrato sulla faccia). Un simile cristallo FCC è apparentemente l'unico allotropo noto dell'alluminio, quindi resisterà sicuramente alle alte pressioni che operano su di esso.
Numeri di ossidazione
La configurazione elettronica dell'alluminio indica immediatamente che è in grado di perdere fino a tre elettroni; cioè, ha un'alta tendenza a formare il catione Al 3+ . Quando si ipotizza l'esistenza di questo catione in un composto derivato dall'alluminio, si dice che abbia un numero di ossidazione di +3; come è noto, questo è il più comune per l'alluminio.
Tuttavia, ci sono altri numeri di ossidazione possibili ma rari per questo metallo; come: -2 (Al 2- ), -1 (Al - ), +1 (Al + ) e +2 (Al 2+ ).
In Al 2 O 3 , ad esempio, l'alluminio ha un numero di ossidazione di +3 (Al 2 3+ O 3 2- ); mentre in AlI e AlO, +1 (Al + F - ) e +2 (Al 2+ O 2- ), rispettivamente. Tuttavia, in condizioni o situazioni normali Al (III) o +3 è di gran lunga il numero di ossidazione più abbondante; poiché Al 3+ è isoelettronico al gas nobile neon.
Questo è il motivo per cui nei libri di testo scolastici si presume sempre, e con buone ragioni, che l'alluminio abbia +3 come unico numero o stato di ossidazione.
Dove trovare e ottenere
L'alluminio è concentrato nel margine esterno della crosta terrestre, essendo il suo terzo elemento, superato solo dall'ossigeno e dal silicio. L'alluminio rappresenta l'8% in peso della crosta terrestre.
Si trova nelle rocce ignee, principalmente: alluminosilicati, feldspati, feldspatoidi e miche. Anche nelle argille rossastre, come nel caso della bauxite.
- Bauxiti
Miniera di bauxite. Fonte: Utente: VargaA
Le bauxiti sono una miscela di minerali che contiene allumina idrata e impurità; come ossidi di ferro e titanio e silice, con le seguenti percentuali in peso:
-A 2 O 3 35-60%
-Fe 2 O 3 10-30%
-SiO 2 4-10%
-TiO 2 2-5%
-H 2 O di costituzione 12-30%.
L'allumina si trova nella bauxite in forma idrata con due varianti:
-monoidrati (Al 2 O 3 · H 2 O), che hanno due forme cristallografiche, boemite e diasporo
-Triidrati (Al 2 O 3 · 3H 2 O), rappresentati da gibbsite.
La bauxite è la principale fonte di alluminio e fornisce la maggior parte dell'alluminio ottenuto dall'estrazione.
- Depositi di alluminio
Di alterazione
Principalmente le bauxiti formate dal 40-50% di Al 2 O 3 , 20% di Fe 2 O 3 e 3-10% di SiO 2 .
Idrotermale
Alunite.
magmatica
Rocce alluminose che contengono minerali come sieniti, nefelina e anortiti (20% di Al 2 O 3 ).
Metamorfico
Silicati di alluminio (andalusite, sillimanite e cianite).
Detritics
Depositi di caolino e argille varie (32% Al 2 O 3 ).
- Sfruttamento della bauxite
La bauxite viene estratta a cielo aperto. Una volta raccolte le rocce o le argille che lo contengono, vengono frantumate e macinate in mulini a sfere ea barre, fino ad ottenere particelle di 2 mm di diametro. In questi processi il materiale trattato rimane inumidito.
Per ottenere l'allumina si segue il processo ideato da Bayer nel 1989. La bauxite macinata viene digerita mediante aggiunta di idrossido di sodio, formando l'alluminato di sodio che viene solubilizzato; mentre gli inquinanti ferro, titanio e ossidi di silicio rimangono in sospensione.
I contaminanti vengono decantati e l'allumina triidrato viene precipitata dall'alluminato di sodio mediante raffreddamento e diluizione. Successivamente, l'allumina triidratata viene essiccata per dare allumina anidra e acqua.
- Elettrolisi dell'allumina
Per ottenere l'alluminio, l'allumina viene sottoposta ad elettrolisi, solitamente secondo il metodo ideato da Hall-Héroult (1886). Il processo consiste nel ridurre l'allumina fusa in criolite.
L'ossigeno si lega all'anodo di carbonio e viene rilasciato come anidride carbonica. Nel frattempo, l'alluminio rilasciato viene depositato sul fondo della cella elettrolitica dove si accumula.
leghe
Le leghe di alluminio sono solitamente identificate da quattro numeri.
1xxx
Il codice 1xxx corrisponde all'alluminio con una purezza del 99%.
2xxx
Il codice 2xxx corrisponde alla lega di alluminio con rame. Sono leghe resistenti che sono state utilizzate nei veicoli aerospaziali, ma si sono incrinate dalla corrosione. Queste leghe sono note come duralluminio.
3xxx
Il codice 3xxx copre le leghe in cui vengono aggiunti manganese e una piccola quantità di magnesio all'alluminio. Sono leghe molto resistenti all'usura, essendo utilizzata la lega 3003 nell'elaborazione degli utensili da cucina e la 3004 nelle lattine per bevande.
4xxx
Il codice 4xxx rappresenta le leghe in cui il silicio viene aggiunto all'alluminio, che abbassa il punto di fusione del metallo. Questa lega è utilizzata nella produzione di fili per saldatura. La lega 4043 è utilizzata nella saldatura di automobili ed elementi strutturali.
5xxx
Il codice 5xxx copre le leghe in cui il magnesio viene principalmente aggiunto all'alluminio.
Sono leghe forti resistenti alla corrosione dell'acqua di mare, utilizzate per realizzare recipienti a pressione e varie applicazioni marine. La lega 5182 viene utilizzata per realizzare i coperchi delle lattine di soda.
6xxx
Il codice 6xxx copre le leghe in cui vengono aggiunti silicio e magnesio alla lega con alluminio. Queste leghe sono calcinabili, saldabili e resistenti alla corrosione. La lega più comune di questa serie viene utilizzata nell'architettura, nei telai delle biciclette e nella costruzione dell'iPhone 6.
7xxx
Il codice 7xxx designa le leghe in cui lo zinco viene aggiunto all'alluminio. Queste leghe, chiamate anche Ergal, sono resistenti alla rottura e sono di grande durezza, utilizzando le leghe 7050 e 7075 nella costruzione di aeromobili.
rischi
Esposizione diretta
Il contatto con la polvere di alluminio può causare irritazione alla pelle e agli occhi. Un'esposizione elevata e prolungata all'alluminio può causare sintomi simil-influenzali, mal di testa, febbre e brividi; Inoltre, possono verificarsi dolore al petto e senso di oppressione.
L'esposizione alla polvere fine di alluminio può causare cicatrici polmonari (fibrosi polmonare), con sintomi di tosse e mancanza di respiro. L'OSHA ha stabilito un limite di 5 mg / m 3 per l'esposizione alla polvere di alluminio in una giornata lavorativa di 8 ore.
Il valore di tolleranza biologica per l'esposizione professionale all'alluminio è stato stabilito a 50 µg / g di creatinina nelle urine. Una diminuzione delle prestazioni nei test neuropsicologici si verifica quando la concentrazione di alluminio nelle urine supera i 100 µg / g di creatinina.
Tumore al seno
L'alluminio è usato come cloridrato di alluminio nei deodoranti antitraspiranti, essendo stato collegato allo sviluppo del cancro al seno. Tuttavia, questa relazione non è stata stabilita chiaramente, tra le altre cose, perché l'assorbimento cutaneo del cloridrato di alluminio è solo dello 0,01%.
Effetti neurotossici
L'alluminio è neurotossico e nelle persone con esposizione professionale è stato collegato a malattie neurologiche, tra cui il morbo di Alzheimer.
Il cervello dei malati di Alzheimer ha un'alta concentrazione di alluminio; ma non è noto se sia la causa della malattia o una conseguenza di essa.
La presenza di effetti neurotossici è stata determinata nei pazienti in dialisi. I sali di alluminio sono stati usati come legante del fosfato in questa procedura, determinando alte concentrazioni di alluminio nel sangue (> 100 µg / L plasma).
I pazienti affetti presentavano disorientamento, problemi di memoria e in stadi avanzati demenza. La neurotossicità dell'alluminio si spiega perché è difficile da eliminare dal cervello e influisce sul suo funzionamento.
Aspirazione in alluminio
L'alluminio è presente in molti alimenti, in particolare tè, spezie e, in generale, verdure. L'Autorità europea per la sicurezza alimentare (EFSA) ha stabilito un limite di tolleranza per l'assunzione di alluminio negli alimenti di 1 mg / kg di peso corporeo al giorno.
Nel 2008, l'EFSA ha stimato che l'assunzione giornaliera di alluminio negli alimenti variava tra 3 e 10 mg al giorno, motivo per cui si è concluso che non rappresenta un rischio per la salute; così come l'uso di utensili in alluminio per cuocere il cibo.
applicazioni
- Come il metallo
Elettrico
L'alluminio è un buon conduttore elettrico, motivo per cui viene utilizzato in leghe in linee di trasmissione elettrica, motori, generatori, trasformatori e condensatori.
Edificio
L'alluminio è utilizzato nella produzione di serramenti, tramezzi, recinzioni, rivestimenti, isolanti termici, soffitti, ecc.
Trasporto
L'alluminio è utilizzato nella produzione di parti per automobili, aeroplani, camion, biciclette, motociclette, barche, astronavi, vagoni ferroviari, ecc.
contenitori
Lattine di alluminio per diverse varietà di alimenti. Fonte: Pxhere.
L'alluminio viene utilizzato per produrre lattine per bevande, fusti di birra, vassoi, ecc.
Casa
Secchi in alluminio. Fonte: Pexels.
L'alluminio è utilizzato per realizzare utensili da cucina: pentole, padelle, padelle e carta da imballaggio; oltre a mobili, lampade, ecc.
Potere riflettente
L'alluminio riflette efficacemente l'energia radiante; dalla luce ultravioletta alla radiazione infrarossa. Il potere riflettente dell'alluminio nella luce visibile è di circa l'80%, il che ne consente l'utilizzo come paralume nelle lampade.
Inoltre, l'alluminio mantiene la sua caratteristica riflettente argento anche sotto forma di polvere fine, quindi può essere utilizzato nella produzione di vernici all'argento.
- Composti di alluminio
Alumina
Viene utilizzato per realizzare alluminio metallico, isolanti e candele. Quando l'allumina viene riscaldata, sviluppa una struttura porosa che assorbe l'acqua, viene utilizzata per essiccare i gas e serve da sede per l'azione dei catalizzatori in varie reazioni chimiche.
Solfato di alluminio
Viene utilizzato nella fabbricazione della carta e come riempitivo superficiale. Il solfato di alluminio serve a formare allume di alluminio e potassio. È l'allume più utilizzato e con numerose applicazioni; come la fabbricazione di medicinali, vernici e mordenti per la tintura dei tessuti.
Cloruro di alluminio
È il catalizzatore più utilizzato nelle reazioni di Friedel-Crafts. Si tratta di reazioni organiche sintetiche utilizzate nella preparazione di chetoni aromatici e antrachinone. Il cloruro di alluminio idrato è usato come antitraspirante e deodorante topico.
Idrossido di alluminio
Viene utilizzato per impermeabilizzare tessuti e la produzione di alluminati.
Riferimenti
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