Storia in alluminio, proprietà, struttura, ottenimento, usi

Lui alluminio È un elemento metallico che appartiene al gruppo 13 (iii a) della tabella periodica ed è rappresentato dal simbolo al. È un metallo chiaro con bassa densità e durezza. Seguendo le sue proprietà anfoteriche, è stato classificato da alcuni scienziati come metalloide.

È un metallo duttile e molto malleabile, quindi viene servito per la produzione di fili, fogli di alluminio di scarso spessore, oltre a qualsiasi tipo di oggetto o figura; Ad esempio, le famose lattine con le loro leghe o il foglio di alluminio con cui sono avvolti cibo o dessert.

Foglio di alluminio rugoso, uno degli oggetti più semplici e quotidiani realizzati con questo metallo. Fonte: Pexels.

L'uomo ha usato alluminio (un alluminio e potassio idratato) fin dai tempi antichi in medicina, abbronzatura in pelle e come mordente per la colorazione dei tessuti. Quindi, i loro minerali sono sempre stati conosciuti.

Tuttavia, l'alluminio come metallo fu isolato molto tardi, nel 1825, da Øerst, il che portò a un'attività scientifica che consentiva l'uso industriale dello stesso. In quel momento, l'alluminio era il metallo più mondiale, dopo il ferro.

L'alluminio si trova principalmente nella parte superiore della crosta terrestre, che costituisce l'8% di peso dello stesso. Corrisponde al suo terzo elemento più abbondante, essendo superato dall'ossigeno e silicio nella sua silice e minerali di silicati.

La bauxite è un'associazione di minerali, tra cui: allumina (ossido di alluminio) e ossidi di ferro metallico, titanio e silicio. Rappresenta la principale risorsa naturale per lo sfruttamento del mining in alluminio.

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Storia

Allume

In Mesopotamia, da 5000 anni a. C., Hanno già fatto ceramiche usando argille contenenti composti in alluminio. Nel frattempo, 4000, i babilonesi e gli egiziani hanno usato l'alluminio in alcuni composti chimici.

Il primo documento scritto relativo all'allumina è stato realizzato da Erodoto, storico greco, nel 5 ° secolo. C. L'alluminio [kal (così₄)₂· 12h₂Oppure] è stato usato come mordente nella colorazione dei tessuti e per proteggere il legno, con cui sono state progettate le porte dei punti di forza.

Allo stesso modo, Plinio "El Viejo" nel 1 ° secolo si riferisce all'allume, oggi noto come alluminio, come sostanza usata in medicina e mordente.

Dal XVI secolo l'allume veniva usato nell'abbronzatura. Questa era una sostanza gelatinosa che ha dato coerenza al documento e ha permesso il suo uso per iscritto.

Nel 1767, il chimico svizzero Torbern Bergman raggiunse la sintesi di alluminio. Per fare questo, ha riscaldato la Lunita [Kal₃(SW₄)₂(OH)₆] con acido solforico e quindi aggiunto alla soluzione.

Riconoscimento in allumina

Nel 1782, il chimico francese Antoine Lavoisier disse che Alumina (a₂O₃) Era un ossido di elemento. Ciò ha una tale affinità per l'ossigeno che era difficile da separare. Pertanto, il Lavoisier previsto da allora l'esistenza di alluminio.

Più tardi, nel 1807, il chimico inglese Sir Humphry Davy sottoprì l'alumina all'elettrolisi. Tuttavia, il metodo che ha usato ha generato una lega di alluminio con potassio e sodio, quindi non poteva isolare il metallo.

Davy ha commentato che Alumina aveva una base di metallo, che inizialmente designata come "alluminio", basata sull'alume "allumen" latino, un nome usato per l'alluminio. Successivamente, Davy ha cambiato il nome in "alluminio", il nome attuale in inglese.

Nel 1821, il chimico tedesco Eilhard Mitscherlich riuscì a scoprire la formula corretta dell'allumina:₂O₃.

Isolamento

Nello stesso anno, il geologo francese Pierre Berthier ha scoperto un minerale di alluminio in un deposito di argilla rocciosa in Francia, nella regione di Les Baux. Berthier designato 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 di un presunto alluminio. Lo ha descritto come "un pezzo di metallo che a colori e luminosità che assomiglia un po 'alla stagno". Ørsted potrebbe raggiungerlo riducendo il cloruro di alluminio, alcl₃, Con un amalgama di potassio.

Si pensava, tuttavia, che il ricercatore non avesse ottenuto puro alluminio, ma una lega di alluminio e potassio.

Nel 1827, il chimico tedesco Friedrich Wöehler riuscì a produrre circa 30 grammi di materiale in alluminio. Quindi, dopo 18 anni di lavori di ricerca, Wöehler nel 1845 raggiunse la produzione di cellule del sangue delle dimensioni di un copricapo, con una lucentezza grigiastra e grigiastra.

Wöehler ha persino descritto alcune proprietà del metallo, come colore, gravità specifica, duttilità e stabilità.

Produzione industriale

Nel 1855, il chimico francese Henri Sainte-Claire Deville ha migliorato il metodo Wöehler. Per fare ciò, ha usato la riduzione del cloruro di alluminio o del cloruro di alluminio di sodio con sodio metallico, usando la creola (NA₃Alf₆) come flusso.

Ciò ha permesso alla produzione industriale di alluminio a Rouen, in Francia, e tra il 1855 e il 1890 è stata raggiunta la produzione di 200 tonnellate di alluminio.

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Nel 1886, l'ingegnere francese Paul Herult e lo studente americano Charles Hall, crearono indipendentemente un metodo per la produzione di alluminio. Il metodo consiste nella riduzione elettrolitica dell'ossido di alluminio nel creolo fuso, usando una corrente continua.

Il metodo era efficiente, ma aveva il problema del suo elevato requisito di elettricità, che ha aumentato la produzione. Herult ha risolto questo problema stabilendo la sua industria a Neuhausen (Svizzera), per sfruttare la cataratta Rin come generatori di elettricità.

Hall è stato inizialmente installato a Pittsburg (EE.Uu.), Ma poi ha spostato il suo settore vicino alla cataratta del Niagara.

Infine, nel 1889 Karl Joseph Bayer creò un metodo di produzione di allumina. Ciò consiste nel riscaldare la bauxite all'interno di un contenitore chiuso con una soluzione alcalina. Durante il processo di riscaldamento, viene recuperata la frazione di allumina nella soluzione salina.

Proprietà fisiche e chimiche

Aspetto fisico

Cubo in alluminio metallico. Fonte: Carsten Niehaus [dominio pubblico]

Sciocco grigio -grigio solido con lucentezza metallica (immagine superiore). È un metallo morbido, ma si indurisce con piccole quantità di silicio e ferro. Inoltre, è caratterizzato da essere molto duttile e malleabile, poiché i fogli di alluminio di uno spessore possono essere realizzati 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 considerevolmente 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 sulla 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/(m · k) a 25 ° C

Conduttività termica

237 W/(M · K)

L'alluminio ha una conduttanza termica tre volte maggiore di quella dell'acciaio.

Resistività elettrica

26,5 nω · m a 20 ºC

La sua conduttanza elettrica è un 2/3 di cui presenta il rame.

Ordine magnetico

Paramagnetico

Durezza

2,75 sulla scala MOHS

Reattività

L'alluminio è resistente alla corrosione perché quando lo strato sottile di ossido è esposto all'aria all'aria₂O₃ che si forma sulla sua superficie impedisce all'ossidazione di continuare all'interno del metallo.

In soluzioni acide reagisce con l'acqua per formare idrogeno; Mentre nelle soluzioni alcaline lo ione in alluminato (Al₂^-).

Gli acidi diluiti non possono dissolverlo, ma lo fa in presenza di acido cloridrico concentrato. Tuttavia, l'alluminio è resistente all'acido nitrico concentrato, sebbene sia attaccato dagli idrossidi per produrre ioni idrogeno e alluminato.

L'alluminio spray viene incenerito in presenza di ossigeno e anidride carbonica, per formare ossido di carburo di alluminio e alluminio. Può essere corroso dal cloruro presente in una soluzione di cloruro di sodio. Per questo motivo, l'uso dell'alluminio nei tubi non è raccomandato.

L'alluminio viene ossidato dall'acqua a temperature inferiori a 280 ºC.

2 a (s) +6 h₂O (g) => 2al (OH)₃(s) +3h₂(g)+calore

Struttura elettronica e configurazione

Alluminio per essere un elemento metallico (con coloranti metalloidi per alcuni), i loro atomi per interagire tra loro grazie al legame metallico. Questa forza non direzionale è governata dai suoi elettroni di valenza, che sono dispersi dal vetro in tutte le sue dimensioni.

Tali elettroni di valenza sono i seguenti, secondo la configurazione elettronica dell'alluminio:

[Ne] 3s² 3p¹

Pertanto, l'alluminio è un metallo trivalente, in quanto ha tre elettroni di Valencia; due nell'orbitale 3S e uno nel 3p. Questi orbitali si sovrappongono per originare gli orbitali molecolari 3s e 3p, quindi insieme che finiscono per formare bande di guida.

La band S è piena, mentre la banda P ha un sacco di posti vacanti per più elettroni. Ecco perché l'alluminio è un buon conduttore di elettricità.

Il legame metallico in alluminio, il raggio dei suoi atomi e le sue caratteristiche elettroniche definiscono una FCC (Face Cenred Cubic, per il suo acronimo in inglese). Tale cristallo FCC è, a quanto pare, l'unico Alotropio noto di alluminio, quindi sicuramente resiste alle alte pressioni che funzionano 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 catione³⁺. Quando l'esistenza di questo catione è assunta in un composto derivato dall'alluminio, si dice che questo abbia un numero di ossidazione di +3; Come è noto, questo è il più comune per l'alluminio.

Tuttavia, ci sono altri possibili numeri di ossidazione, sebbene rari, per questo metallo; come: -2 (a^2-), -1 (a^-), +1 (a⁺) e +2 (a²⁺).

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Nel₂O₃, Ad esempio, l'alluminio ha un numero di ossidazione di +3 (AT₂³⁺O₃^2-); mentre in Ali e allo, +1 (a⁺F^-) e +2 (a²⁺O^2-), rispettivamente. Tuttavia, in condizioni o situazioni normali, A (III) o +3 è di gran lunga il numero di ossidazione più abbondante; Da allora, al³⁺ è isolettronico a nobile gas neon.

Ecco perché nei testi scolastici si assume sempre, e giustamente, quell'alluminio ha +3 come unico numero o stato di ossidazione.

Dov'è e ottieni

L'alluminio è concentrato nella striscia esterna della crosta terrestre, essendo il suo terzo elemento, superato solo da ossigeno e silicio. L'alluminio rappresenta l'8% in peso della crosta terrestre.

Si trova nelle rocce ignee, principalmente: alluminosilicati, feldspati, feldspatoidi e micas. Anche nelle argille rossastre, in quanto tale è il caso della bauxite.

- Bauxitas

Bauxitas Mine. Fonte: Utente: Vargaa [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)]

I bauxiti sono una miscela di minerali che contiene allumina idratata e impurità; come ossidi di ferro e titanio e silice, con le seguenti percentuali di peso:

-Al₂O₃ 35-60%

-Fede₂O₃ 10-30%

-Sio₂ 4-10%

-Zio₂ 2-5%

-H₂O Costituzione 12-30%.

L'allumina si trova nella bauxite idratata con due varianti:

-monoidrati (al₂O₃· H₂O), che presentano due forme cristallografiche, Boemite e Diasporo

-Triidrati (al₂O₃· 3h₂O), rappresentato dalla Gibbsita.

Bauxita è la principale fonte di alluminio e fornisce la maggior parte dell'alluminio ottenuto mediante sfruttamento minerario.

- Depositi in alluminio

Di alterazione

Principalmente i bauxiti formati dal 40-50% di Al₂O₃, Fede del 20%₂O₃ e 3-10% SIO₂.

Idrotermale

Alunite.

Magmatico

Rocce alluminose che hanno minerali come sienitas, nefline e anortiti (20% di AL₂O₃).

Metamorfico

Silicati in alluminio (Andalucita, Sillimanita e Cianita).

Detritico

Depositi di caolin e varie argille (32% di AL₂O₃).

- Sfruttamento bauxite

La bauxite viene sfruttata in un cielo aperto. Una volta raccolte le rocce o le argille che lo contengono, vengono schiacciate e macinate in palline e barrette, fino a ottenere particelle di diametro di 2 mm. In questi processi il materiale trattato rimane inumidito.

Nell'ottenimento di allumina, il processo creato da Bayer è seguito nel 1989. La bauxite a terra viene digerita dall'aggiunta di idrossido di sodio, formando l'alluminato di sodio che viene solubilizzato; mentre i contaminanti di ferro, titanio e silicio rimangono in sospensione.

Gli inquinanti optano e l'alumina triidrato è precipitata dall'alluminato di sodio per il raffreddamento e la diluizione. Successivamente, l'allumina triidratata è descritta per causare allumina anidra e acqua.

- Elettrolisi di allumina

Per ottenere l'alluminio, l'allumina è soggetta all'elettrolisi, di solito seguendo il metodo creato da Hall-Hrult (1886). Il processo consiste nel ridurre l'allumina fusa nel creolo.

L'ossigeno si lega all'anodo del carbonio e viene rilasciato come anidride carbonica. Nel frattempo, l'alluminio liberato viene depositato nella parte inferiore della cellula elettrolitica dove si accumula.

Leghe

Le leghe di alluminio sono generalmente identificate con quattro numeri.

1xxx

Il codice 1xxx corrisponde all'alluminio con purezza al 99%.

2xxx

Il codice 2xxx corrisponde alla lega di alluminio con rame. Sono leghe forti che venivano usate nei veicoli aerospaziali, ma sono state spezzate dalla corrosione. Queste leghe sono conosciute come Durauminoso.

3xxx

Il codice 3xxx copre le leghe in cui vengono aggiunti l'alluminio di manganese e una piccola quantità di magnesio. Sono molto resistenti all'usura, usando la lega 3003 nell'elaborazione degli utensili da cucina e il 3004 in bevande di bevande.

4xxx

Il codice 4xxx rappresenta le leghe in cui il silicio viene aggiunto all'alluminio, il che riduce il punto di fusione del misuratore. Questa lega viene utilizzata nell'elaborazione dei fili di saldatura. 4043 La lega viene utilizzata nella saldatura automobilistica e negli elementi strutturali.

5xxx

Il codice 5xxx copre le leghe in cui viene aggiunto principalmente l'alluminio.

Sono leghe forti e resistenti alla corrosione dell'acqua di mare, utilizzate per produrre contenitori a pressione e varie applicazioni marine. 5182 La lega viene utilizzata per creare le lattine di ristoro.

6xxx

Il codice 6xxx comprende le leghe in cui vengono aggiunti il ​​silicio e il magnesio all'alluminio. Queste leghe sono modellabili, saldabili e resistenti alla corrosione. La lega più comune di questa serie è utilizzata in architettura, cornici per biciclette e nell'elaborazione dell'iPhone 6.

7xxx

Il codice 7xxx indica alle leghe in cui lo zinco viene aggiunto all'alluminio. Queste leghe, chiamate anche Ergal, sono resistenti alla rottura e sono di grande durezza, usando 7050 e 7075 leghe nella costruzione di aeroplani.

Rischi

Esposizione diretta

Il contatto con l'alluminio in polvere può causare irritazione alla pelle e agli occhi. Un'esposizione elevata e prolungata all'alluminio può causare sintomi simili a influenza, mal di testa, febbre e brividi; Inoltre, possono verificarsi dolore e oppressione pettorale.

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L'esposizione alla polvere di alluminio fine può causare cicatrici polmonari (fibrosi polmonare), con sintomi di tosse e accorciamento della respirazione. L'OSHA ha stabilito un limite di 5 mg/m³ Per l'esposizione alla polvere di alluminio in un giorno di 8 ore al giorno.

Il valore di tolleranza biologica per l'esposizione professionale all'alluminio è stato stabilito in 50 µg/g di creatinina nelle urine. Una prestazione decrescente nei test neuropsicologici viene presentata quando la concentrazione di alluminio nelle urine supera 100 µg/g di creatinina.

Tumore al seno

L'alluminio è usato come cloridrato di alluminio nei deodoranti antitraspiranti, essendo stato correlato alla comparsa del carcinoma mammario. Tuttavia, questa relazione non è stata chiaramente stabilita, tra le altre cose, perché l'assorbimento della pelle dell'alluminio cloridrato è solo dello 0,01%.

Effetti neurotossici

L'alluminio è neurotossico e nelle persone con esposizione professionale è stato correlato alle malattie neurologiche, tra cui la malattia di Alzheimer.

Il cervello dei pazienti di Alzheimer ha un'alta concentrazione di alluminio; Ma non è noto se è la causa della malattia o una conseguenza.

È stata determinata la presenza di effetti neurotossici nei pazienti con dialisi. In questa procedura, i sali di alluminio sono stati usati come legante fosfato, che ha prodotto concentrazioni di alluminio elevate (> 100 µg/L di plasma).

I pazienti affetti avevano disorientamento, problemi di memoria e nelle fasi avanzate, la demenza. La neurotossicità dell'alluminio è spiegata perché è difficile eliminare il cervello e influenzare il suo funzionamento.

Assunzione di alluminio

L'alluminio è presente in numerosi 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 nel cibo di 1 mg/kg di peso giornaliero.

Nel 2008, EFSA ha stimato che l'assunzione giornaliera di alluminio negli alimenti variava tra 3 e 10 mg al giorno, quindi si è concluso che non rappresenta un rischio per la salute; così come l'uso di utensili in alluminio per cucinare cibo.

Applicazioni

- Come metallo

Elettrico

L'alluminio è un buon conduttore elettrico, quindi utilizza in leghe in linee di trasmissione elettrica, motori, generatori, trasformatori e condensatori.

Costruzione

L'alluminio viene utilizzato nell'elaborazione di porte e finestre, partizioni, cablati, rivestimenti, isolanti termici, soffitti, ecc.

Mezzi di trasporto

L'alluminio viene utilizzato nella produzione di parti dell'auto, aeroplani, camion, biciclette, motociclette, barche, veicoli spaziali, auto ferroviarie, ecc.

Contenitori

Lattine di alluminio per diverse varietà alimentari. Fonte: pxhere.

Con lattine di alluminio sono realizzate per bevande, botti di birra, vassoi, ecc.

Casa

Cucchiai di alluminio. Fonte: Pexels.

L'alluminio serve a preparare utensili da cucina: pentole, padelle, pailas e carta da avvolgimento; Oltre a mobili, lampade, ecc.

Potere riflessivo

L'alluminio riflette in modo efficiente l'energia radiosa; Dalla luce ultravioletta alle radiazioni a infrarossi. La potenza riflettente dell'alluminio alla luce visibile è di circa l'80%, il che consente il suo uso come schermo nelle lampade.

Inoltre, l'alluminio mantiene la sua caratteristica riflettente anche sotto forma di polvere fine, quindi può essere utilizzato nell'elaborazione di vernici d'argento.

- Composti in alluminio

Alumina

Viene utilizzato per creare alluminio metallico, isolanti e candele. Quando l'allumina viene riscaldata, sviluppa una struttura porosa che assorbe l'acqua, usando gas e fungendo da sedile all'azione dei catalizzatori di diverse reazioni chimiche.

Solfato di alluminio

Viene utilizzato nella produzione di carta e come ripieno di superficie. Il solfato di alluminio serve a formare alluminio e alluminio di potassio [KAL (SO₄)₂· 12h₂O]. Questo è l'alluminio più usato e con numerose applicazioni; come la produzione di medicinali, dipinti e mordente per la colorazione in tessuto.

Cloruro di alluminio

È il catalizzatore più usato nelle reazioni di Friedel-Craft. Queste sono reazioni organiche sintetiche utilizzate nella preparazione di chetoni aromatici e antraquinone. Il cloruro di alluminio idratato viene usato come antitraspirante topico e deodorante.

Idrossido di alluminio

Viene utilizzato per impermeabilizzare i tessuti e la produzione di alluminati.

Riferimenti

1. SHIVER & ATKINS. (2008). Chimica inorganica. (Quarta edizione). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Alluminio. Recuperato da: in.Wikipedia.org
3. Centro nazionale per le informazioni sulla biotecnologia. (2019). Alluminio. Database PubChem. CID = 5359268. Recuperato da: pubchem.NCBI.Nlm.NIH.Gov/composto/alluminio
4. I redattori di Enyclopedia Britannica. (13 gennaio 2019). Alluminio. Encyclopædia Britannica. Recuperato da: Britannica.com
5. Rusal uc. (S.F.). Storia degli studenti. Estratto da: Aluminiumleader.com
6. Università di Oviedo. (2019). Metallurgia dell'alluminio. [PDF]. Recuperato da: Unioviedo.È
7. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (6 febbraio 2019). Alleati di alluminio o alluminio. Recuperato da: Thoughtco.com
8. Klotz, k., Weistehöfer, w., Neff, f., Hartwig, a., Van Thriel, C., & Drexler, H. (2017). Gli effetti sulla salute dell'esposizione in alluminio. Deutsches Arzteblatt International, 114(39), 653-659. Doi: 10.3238/arztebl.2017.0653
9. Elsevier. (2019). Leghe di alluminio. Estratto da: ScienceDirect.com
10. Natalia g. M. (16 gennaio 2012). Disponibilità dell'alluminio nel cibo. Recuperato da: consumatore.È