Aluminium - Aluminium


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Aluminium,   13 Al
Aluminium-4.jpg
Allgemeine Eigenschaften
Aussprache
alternativer Name Aluminium (USA, Kanada)
Aussehen silbergrau metallic
Standard Atomgewicht ( A r, Standard ) 26,981 5384 (3)
Aluminium im Periodensystem
Wasserstoff Helium
Lithium Beryllium Bor Kohlenstoff Stickstoff Sauerstoff Fluor Neon
Natrium Magnesium Aluminium Silizium Phosphor Schwefel Chlor Argon
Kalium Kalzium Scandium Titan Vanadium Chrom Mangan Eisen Kobalt Nickel Kupfer Zink Gallium Germanium Arsen Selen Brom Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirkonium Niob Molybdän Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silber Cadmium Indium- Zinn Antimon Tellur Jod Xenon
Cäsium Barium Lanthanum Cer Praseodym Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantalum Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platin Gold Quecksilber (Element) Thallium Führen Wismut Polonium Astat Radon
Francium Radium Aktinium Thorium Protaktinium Uran Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium dubnium Seaborgium Bohrium Hassium meitnerium darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
B

Al

Ga
MagnesiumAluminiumSilizium
Ordnungszahl ( Z ) 13
Gruppe Gruppe 13 (Bor-Gruppe)
Zeitraum Zeitraum 3
Block p-Block
Element Kategorie   Post-Übergangsmetall , manchmal als ein Metalloid
Elektronenkonfiguration [ Ne ] 3s 2 3p 1
Elektronen pro Schale
2, 8, 3
Physikalische Eigenschaften
Phase bei  STP solide
Schmelzpunkt 933.47  K (660,32 ° C, 1220,58 ° F)
Siedepunkt 2743 K (2470 ° C, 4478 ° F)
Dichte (bei  RT ) 2,70 g / cm 3
wenn Flüssigkeit (bei  MP ) 2,375 g / cm 3
Schmelzwärme 10,71  kJ / mol
Verdampfungswärme 284 kJ / mol
Molare Wärmekapazität 24.20 J / (mol · K)
Dampfdruck
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
bei  T  (K) 1482 1632 1817 2054 2364 2790
Atomic Eigenschaften
Oxidationszustände -2, -1, +1, +2, +3 (ein  amphoteres Oxid)
Elektronegativität Pauling-Skala: 1,61
Ionisationsenergien
  • 1. Platz: 577,5 kJ / mol
  • 2. Platz: 1816,7 kJ / mol
  • 3. Platz: 2744,8 kJ / mol
  • ( Mehr )
Atomradius empirische: 143  pm
Kovalenzradius 121 ± 04.00
Van der Waals-Radius 184 pm
Farblinien in einem Spektralbereich
Spektrallinien aus Aluminium
andere Eigenschaften
Kristallstruktur flächenzentrierten kubischen (fcc)
Kubisch-flächenzentrierten Kristallstruktur für Aluminium
Schallgeschwindigkeit dünnen Stab (gerollt) 5000 m / s (bei  RT )
Wärmeausdehnung 23,1 um / (m · K) (bei 25 ° C)
Wärmeleitfähigkeit 237 W / (m · K)
Elektrischer widerstand 26,5 n & OHgr; · m (bei 20 ° C)
magnetische Ordnung paramagnetischem
Magnetische Suszeptibilität + 16,5 · 10 -6  cm 3 / mol
Elastizitätsmodul 70 GPa
Schubmodul 26 GPa
Bulkmodul 76 GPa
Poisson-Verhältnis 0,35
Mohs-Härte 2.75
Vickers-Härte 160-350 MPa
Brinell-Härte 160-550 MPa
CAS-Nummer 7429-90-5
Geschichte
Benennung nach Aluminiumoxid ( Aluminiumoxid ), sich nach Mineral genannt Alaun
Prognose Antoine Lavoisier (1782)
Entdeckung und erste Isolation Hans Christian Ørsted (1824)
benannt nach Humphry Davy (1812)
Haupt Isotope von Aluminium
Isotop Fülle Die Halbwertszeit ( t 1/2 ) Decay-Modus Produkt
26 Al Spur 7,17 × 10 5  y β + 26 Mg
ε 26 Mg
γ -
27 Al 100% stabil
| Verweise

Aluminium oder Aluminium ist ein chemisches Element mit dem Symbol  Al und der Ordnungszahl  13. Es ist ein silbrig-weiße, weiche, nicht - magnetischen und duktile Metall in der Bor - Gruppe . Durch die Masse macht Aluminium etwa 8% der oben Erdkruste ; es ist das dritthäufigste Element nach Sauerstoff und Silizium und das häufigste Metall in der Kruste, obwohl es unten in dem Mantel weniger üblich ist. Der Chef Erz von Aluminium ist Bauxit . Aluminiummetall ist so chemisch reaktiv , dass einheimische Exemplare sind selten und beschränkt sich auf extreme Reduzierung Umgebungen. Stattdessen wird es in mehr als 270 verschiedenen kombiniert gefunden Mineralien .

Aluminium zeichnet sich durch seine geringe Dichte und ihre Fähigkeit , zu widerstehen Korrosion durch das Phänomen der Passivierung . Aluminium und seine Legierungen sind entscheidend für die Luft- und Raumfahrtindustrie und wichtig in Transport und in der Bauindustrie, wie zum Beispiel Gebäudefassaden und Fensterrahmen. Die Oxide und Sulfate sind die nützlichsten Verbindungen von Aluminium.

Trotz der Prävalenz in der Umgebung verwendet keine bekannte Lebensform Aluminiumsalze metabolisch , aber Aluminium ist gut von Pflanzen und Tieren gut vertragen. Wegen dieser Fülle Salze, ist das Potenzial für eine biologische Rolle für sie von anhaltendem Interesse und Studien fortzusetzen.

Physikalische Eigenschaften

Nuclei und Isotope

Aluminum Ordnungszahl ist 13. Von Aluminium Isotope nur ein stabil: 27 Al. Dies steht im Einklang mit der Tatsache , Aluminium Atomzahl ungerade ist . Es ist das einzige Isotop , das auf der Erde in seiner jetzigen Form seit der Gründung des Planeten existiert hat . Es ist im Wesentlichen das einzige Isotop darstellt , das Element auf der Erde, die ein Aluminium macht Reinelement und praktisch entsprechen sein Standardatomgewicht zu dem des Isotops. Eine solche geringe Standardatomgewicht von Aluminium auf die Eigenschaften des Elements einige Effekte hat (siehe unten ).

Alle anderen Isotope sind radioaktiv und nicht überlebt haben könnten; das stabilste Isotop davon ist 26 Al ( Halbwertszeit  720.000 Jahre). 26 Al hergestellt wird aus Argon in die Atmosphäre durch Abplatzen verursacht durch kosmische Strahlen Protonen und verwendet in radiodating . Das Verhältnis von 26 Al zu 10 Be wurde zu studieren Transport, Ablagerung verwendet Sediment auf 10 Lagerung, Eingrabungszeiten und Erosion 5 bis 10 6 Jahres - Zeitskalen. Die meisten Meteoriten Wissenschaftler glauben , dass die Energie , die durch den Zerfall des freigesetzten 26 Al verantwortlich war für das Schmelzen und Differenzierung einiger Asteroiden nach ihrer Entstehung vor 4550000000 Jahren.

Die übrigen Isotope aus Aluminium, mit Massenzahlen von 21 bis 43 reichen, haben alle Halbwertszeit unter einer Stunde. Drei metastabile Zustände sind bekannt, alle mit Halbwertzeiten unter einer Minute.

Elektronenhülle

Ein Aluminiumatom hat 13 Elektronen, in einer angeordneten Elektronenkonfiguration von [ Ne ] 3s 2 3p 1 , mit drei Elektronen jenseits einer stabile Edelgaskonfiguration. Dementsprechend werden die kombinierten ersten drei Ionisationsenergien sind aus Aluminium deutlich niedriger als die vierte Ionisierungsenergie allein. Aluminium kann relativ leicht seine drei äußersten Elektronen in vielen chemischen Reaktionen kapitulieren (siehe unten ). Die Elektronegativität von Aluminium ist 1,61 (Pauling - Skala).

Ein freies Aluminiumatom hat einen Radius von 143  pm . Mit den drei äußersten Elektronen entfernt, der Radius schrumpft bis 39 pm für ein 4-koordiniertes Atom oder 53,5 pm für ein 6-koordiniertes Atom. Bei Standardtemperatur und -druck , Aluminiumatomen (wenn nicht durch Atome anderer Elemente betroffen sind ) bilden ein flächenzentrierten kubischen Kristallsystem gebunden durch metallische Bindung bereitgestellt durch Atome äußersten Elektronen; daher Aluminium (unter diesen Bedingungen) ein Metall ist . Das Kristallsystem ist durch einige andere Metalle, wie beispielsweise gemeinsam genutzte Blei und Kupfer ; Die Größe einer Einheitszelle von Aluminium ist die von diesen anderen Metallen vergleichbar.

Masse

Geätzten Oberfläche von hohen Reinheit (99,9998%) Aluminiumstab, die Größe 55 × 37 mm

Aluminiummetall, wenn in der Menge, ist sehr glänzend und ähnelt Silber , weil es bevorzugt absorbiert viele ultraviolette Strahlung während all reflektiert sichtbares Licht , so dass es keine Farbe reflektierte Licht nicht verleihen, anders als die Reflexionsspektren von Kupfer und Gold . Eine weitere wichtige Eigenschaft von Aluminium ist seine geringe Dichte, 2,70 g / cm 3 . Aluminium ist ein relativ weiches, robust, leicht, duktil und verformbar mit silbrigen Aussehen von bis mattgrau reichen, abhängig von der Oberflächenrauhigkeit. Es ist nicht magnetischen und nicht leicht entzünden. Ein frischer Film aus Aluminium dient als guter Reflektor (ungefähr 92%) für sichtbares Licht und einen ausgezeichneten Reflektor (so viel wie 98%) der mittleren und fernen Infrarot - Strahlung. Die Dehngrenze von reinem Aluminium ist 7-11 MPa , während Aluminiumlegierungen Dehngrenzen haben bis 600 MPa 200 MPa reichen. Aluminium hat etwa ein Drittel der Dichte und Steifigkeit von Stahl . Es ist leicht bearbeitet , gegossen , gezogen und extrudiert .

Aluminiumatome in einer angeordneten kubisch flächenzentrierte (fcc) Struktur. Aluminium hat eine Stapel-Fehlerenergie von etwa 200 mJ / m 2 .

Aluminium ist ein guter thermischer und elektrischer Leiter , 59% aufweisen , die Leitfähigkeit von Kupfer, sowohl thermische als auch elektrische, während nur 30% der mit Kupfer der Dichte. Aluminium ist in der Lage Supraleitung , mit einer supraleitenden kritischen Temperatur von 1,2 Kelvin und ein kritischen Magnetfeld von etwa 100 Gauss (10 Millitesla ). Aluminium ist das am häufigsten verwendete Material für die Herstellung von supraleitenden Qubits .

Chemie

Aluminium des Korrosionsbeständigkeit hervorragend sein aufgrund einer dünnen Oberflächenschicht aus Aluminiumoxid , die sich bildet , wenn das blanke Metall der Luft ausgesetzt ist, wirksam weiter verhindert die Oxidation in einem Prozess genannt Passivierung . Die stärksten Aluminiumlegierungen sind weniger korrosionsbeständig aufgrund galvanischer Reaktionen mit legiertem Kupfer . Diese Korrosionsbeständigkeit ist durch wässriges Salz, insbesondere in der Gegenwart unähnlicher Metalle stark reduziert.

In stark sauren Lösungen, reagiert Aluminium mit Wasser , um Wasserstoff zu bilden, und in stark alkalisch diejenigen bilden Aluminate - Schutz Passivierung unter diesen Bedingungen vernachlässigbar ist. In erster Linie , weil es durch gelöste korrodiert Chloriden , wie gemeinsamer Natriumchlorid , Hausinstallation wird nie aus Aluminium.

Jedoch wegen seiner allgemeinen Korrosionsbeständigkeit ist Aluminium einer der weniger Metalle , die in fein pulverisierter Form silbrige Reflexionsvermögen behalten, ist es ein wichtiger Bestandteil zur Herstellung von silberfarbenen Farben. Aluminium - Spiegelglanz hat die höchste Reflektivität jedes Metall in der 200-400 nm ( UV ) und die 3.000-10.000 nm (far IR ) Bereiche; in dem 400-700 nm sichtbaren Bereich wird durch geringfügige übertrafen Zinn und Silber und in dem 700-3000 nm (nahen IR) von Silber , Gold und Kupfer .

Aluminium wird oxidiert , indem Wasser unter 280 ° C bei Temperaturen zu erzeugen , Wasserstoff , Aluminiumhydroxid und Wärme:

2 Al + 6 H 2 O → 2 Al (OH) 3 + 3 H 2

Diese Umwandlung ist von Interesse für die Herstellung von Wasserstoff. Jedoch kommerzielle Anwendung dieser Tatsache hat Herausforderungen in dem passivierenden Oxidschicht Umgehung, die die Reaktion hemmt, und in die Energiespeicher erforderlich, um das Aluminium-Metall zu regenerieren.

Anorganische Verbindungen

Die überwiegende Mehrheit der Verbindungen, einschließlich aller Al-haltigen Mineralien und alle kommerziell signifikante Aluminiumverbindungen sind mit Aluminium in der Oxidationsstufe 3+. Die Koordinationszahl solcher Verbindungen variiert, aber im allgemeinen Al 3+ ist sechsfach koordiniert oder vierfach koordiniert. Fast alle Verbindungen von Aluminium (III) sind farblos.

Alle vier Trihalogeniden sind gut bekannt. Im Gegensatz zu den Strukturen der drei schwereren Trihalogenide, Aluminiumfluorid (AlF 3 ) verfügt Al sechs koordinieren. Die oktaedrische Koordinationsumgebung für AlF 3 ist mit der Kompaktheit des verwandten Fluorid - Ion, von denen sechs um das kleinen Al paßt 3+ Zentrum. AlF 3 sublimiert (mit cracking) bei 1.291 ° C (2.356 ° F). Bei schwereren Halogeniden sind die Koordinationszahlen niedriger. Die anderen Trihalogenide sind dimere oder polymere mit tetraedrischen Al - Zentren. Diese Materialien werden durch Behandlung von Aluminiummetall mit dem Halogen hergestellt, obwohl auch andere Verfahren existieren. Ansäuerung der Oxide oder Hydroxide liefert Hydrate. In wäßriger Lösung bilden die Halogenide oft Mischungen, in der Regel , die Al - Zentren sechs koordinieren , die sowohl Halogenid- und verfügen über Aquoliganden . Wenn Aluminium und Fluorid zusammen in wäßriger Lösung bilden sie leicht komplex Ionen, wie [AlF (H
2
O)
5
] 2+
, AlF
3
(H
2
O)
3
und[AlF
6
] 3-
. Im Fall von Chlorid, Polyaluminiumchlorid Cluster gebildet werden, wie beispielsweise [Al 13 O 4 (OH) 24 (H 2 O) 12 ] 7+ .

Aluminium Hydrolyse als eine Funktion des pH. Koordinierte Wassermoleküle weggelassen.

Aluminium bildet ein stabiles Oxid mit der chemischen Formel Al 2 O 3. Es kann in der Natur in dem Mineral gefunden werden Korund . Aluminiumoxid wird auch allgemein als Aluminiumoxid . Saphir und Rubin sind unrein Korund mit Spuren anderer Metalle verunreinigt. Die beiden Oxid-Hydroxiden, AlO (OH), sind Böhmit und Diaspor . Es gibt drei trihydroxides: Bayerit , Gibbsit und Nordstrandit , die in ihrer kristallinen Struktur unterscheiden ( Polymorphe ). Die meisten sind aus Erzen durch eine Vielzahl von Nassverfahren unter Verwendung von Säure und Base hergestellt. Das Erhitzen der Hydroxiden führt zur Bildung von Korund. Diese Materialien sind von zentraler Bedeutung für die Herstellung von Aluminium und sind selbst äußerst nützlich.

Aluminiumcarbid (Al 4 C 3 ) wird durch Erhitzen einer Mischung der Elemente oberhalb von 1.000 ° C (1.832 ° F) hergestellt. Die hellgelben Kristalle bestehen aus tetraedrischen Aluminiumzentren. Es reagiert mit Wasser oder verdünnten Säuren geben Methan . Das Acetylid , Al 2 (C 2 ) 3 wird hergestellt , indem man Acetylen über geheiztes Aluminium.

Aluminiumnitrid (AlN) ist die einzige Nitrid für Aluminium bekannt. Im Gegensatz zu den Oxiden, es verfügt über tetraedrische Zentren Al. Es kann aus den Elementen bei 800 ° C (1.472 ° F) durchgeführt werden. Es ist luftstabilen Material mit einer sinnvollerweise hohen Wärmeleitfähigkeit . Aluminiumphosphid (AlP) wird in ähnlicher Weise hergestellt; es hydrolisiert zu geben , Phosphin :

AlP + 3 H 2 O → Al (OH) 3 + PH 3

Seltenere Oxidationsstufen

Obwohl die große Mehrheit der Aluminiumverbindungen Al verfügt 3+ Zentren, Verbindungen mit niedrigeren Oxidationsstufen sind bekannt und irgendwann von Bedeutung als Vorläufer für die Al 3+ Spezies.

Aluminium (I)

AlF, AlCl und AlBr existieren in der Gasphase , wenn die mit Aluminium - Trihalogenid erhitzt wird. Die Zusammensetzung AlI- ist bei Raumtemperatur instabil, Triiodid Umwandlung:

Ein stabiles Derivat von Aluminium Monojodid ist das cyclische Addukt mit gebildet Triethylamin , Al 4 I 4 (NEt 3 ) 4 . Auch von theoretischem Interesse , sondern nur von flüchtig Existenz ist Al 2 O und Al 2 S. Al 2 O wird hergestellt , indem das normale Oxid Erhitzen Al 2 O 3 , mit Silizium bei 1.800 ° C (3.272 ° F) in einem Vakuum . Solche Materialien schnell unverhältnismäßig zu den Ausgangsmaterialien.

Aluminium (II)

Sehr einfache Al (II) -Verbindungen werden aufgerufen oder mit Oxidationsmitteln in den Reaktionen von Al - Metall beobachtet. Beispielsweise Aluminium - Monoxid , AlO, wurde in der Gasphase nach der Explosion und in Sternabsorptionsspektren nachgewiesen. Mehr sind durchaus Verbindungen der Formel R sucht 4 Al 2 , die eine Al-Al - Bindung enthält und in der R ein großer organischen Liganden .

Organoaluminium-Verbindungen und verwandte Hydride

Struktur von Trimethylaluminium , eine Verbindung , die fünffach koordiniertem Kohlenstoff kennzeichnet.

Eine Vielzahl von Verbindungen der Summenformel AlR 3 und AlR 1,5 Cl 1,5 vorliegen. Diese Spezies verfügen in der Regel tetraedrischen Al durch Dimerisierung mit einigen R oder Cl gebildet Zentren zwischen den beiden Al - Atome überbrück, zB „ Trimethylaluminium “ hat die Formel Al 2 (CH 3 ) 6 (siehe Abbildung). Mit großen organischen Gruppen bestehen triorganoaluminium Verbindungen als Dreikoordinaten Monomere, wie Triisobutylaluminium . Solche Verbindungen sind in der industriellen Chemie, trotz der Tatsache , dass sie oft sehr weit verbreitet entzündlich . Einige Analoga bestehen zwischen Organoaluminium- und Organo - Verbindungen , die andere als große organische Gruppen.

Das technisch wichtige aluminiumhydrid ist Lithiumaluminiumhydrid (LiAlH 4 ), die in als Reduktionsmittel verwendet wird , in der organischen Chemie . Es kann aus hergestellt werden Lithiumhydrid und Aluminiumtrichlorid :

4 LiH + AlCl 3 → LiAlH 4 + 3 LiCl

Mehrere nützliche Derivate von LiAlH 4 sind bekannt, zum Beispiel Natrium - bis (2-methoxyethoxy) dihydridoaluminate . Die einfachste Hydrid, Aluminiumhydrid oder alane bleibt ein Laborkuriosität. Es ist ein Polymer mit der Formel (AlH 3 ) n , im Gegensatz zu der entsprechenden Borhydrid , die ein Dimer der Formel (BH ist 3 ) 2 .

natürliche Vorkommen

Im Weltraum

Aluminum pro-Partikelfluss im Sonnensystem ist 3,15 ppm (parts per million). Es ist die zwölfte häufigste aller Elemente und dritthäufigste unter den Elementen , die ungeraden Ordnungszahl haben, nach Wasserstoff und Stickstoff. Die einzige stabile Isotop von Aluminium, 27 Al, ist der achtzehnten am reichlichsten Kern im Universum. Es wird fast ausschließlich nach der Fusion von Kohlenstoff in massiven Sternen geschaffen , die später werden werden Typ II Supernovae : Diese Fusion schafft 26 Mg, das bei Aluminium um freie Protonen und Neutronen wird einzufangen. Einige kleinere Mengen von 27 Al in erstellt Wasserstoffbrennens Schalen entwickelte Sterne, wo 26 Mg freie Protonen aufnehmen kann. Im Grunde jetzt alle Aluminium in Existenz ist 27 Al; 26 Al war im frühen Sonnensystem , ist aber zur Zeit ausgestorben . Das jedoch Spurenmengen von 26 Al , die die am häufigsten existieren sind Gammastrahlen - Emitter im interstellaren Gas .

Auf der Erde

Bauxit, ein großer Aluminium - Erzes. Die rotbraune Farbe ist aufgrund der Anwesenheit von Eisen Mineralien.

Insgesamt ist die Erde etwa 1,59% Aluminium Massen (siebte in Hülle und Fülle Masse). Aluminium kommt in größerem Anteil in der Erde als im Universum da Aluminium leicht die Oxidformen und wird in Felsen und Aluminium bleibt in der gebundene Erdkruste während weniger reaktiven Metalle auf den Kern zu versenken. In der Erdkruste ist Aluminium das häufigste (8,3 Masse-%) metallische Element und das dritthäufigste aller Elemente (nach Sauerstoff und Silicium). Eine große Anzahl von Silikate in der Erdkruste enthält Aluminium. Im Gegensatz dazu die Erde Mantel ist nur 2,38% Aluminium durch Masse.

Aufgrund seiner starken Affinität zu Sauerstoff, Aluminium so gut wie nie im elementaren Zustand gefunden; stattdessen wird es in Oxide oder Silikate gefunden. Feldspat , ist die häufigste Gruppe von Mineralien in der Erdkruste, sind Aluminosilicate. Aluminium kommt auch in dem Mineralien Beryll , Kryolith , Granat , Spinell und Türkis . Verunreinigungen in Al 2 O 3 , wie beispielsweise Chrom und Eisen , ergeben die Edelsteine Rubin und Saphir , respectively. Gebürtiges Aluminiummetall kann nur als Nebenphase bei niedriger Sauerstoff gefunden werden Fugazität Umgebungen, wie zum Beispiel der Inneren bestimmter Vulkane. Gebürtiges Aluminium wird in berichtet kalte Quellen im nordöstlichen Kontinentalhang des Südchinesischen Meeres . Es ist möglich , dass diese Ablagerungen aus führten bakterielle Reduktion von tetrahydroxoaluminate Al (OH) 4 - .

Obwohl Aluminium ein übliches und weit verbreitetes Element ist, ist nicht alle Aluminiumminerale sind wirtschaftlich Quellen des Metalls. Fast alles metallisches Aluminium wird aus dem hergestellten Erz Bauxit (AlO x (OH) 3-2 - x ). Bauxite tritt als Verwitterungsprodukt von niedrigen Eisen und Silica Fundament in tropischen klimatischen Bedingungen. Im Jahr 2017 wurde die größte Bauxit in Australien, China, Guinea, Indien und abgebaut.

Geschichte

Friedrich Wöhler , der Chemiker, der zuerst gründlich metallisches elementares Aluminium beschrieben

Die Geschichte von Aluminium wird durch Verwendung von geprägt Alaun . Die erste schriftliche Erwähnung von Alaun, hergestellt von griechischen Historiker Herodot , stammt aus dem 5. Jahrhundert vor Christus. Die Alten sind bekannt als Färben Alaun haben Beizmittel und für Stadtverteidigung. Nach dem Kreuzzügen , Alaun, war ein unverzichtbares Gut in der europäischen Textilindustrie, ein Thema des internationalen Handels; es wurde aus dem östlichen Mittelmeerraum bis zur Mitte des 15. Jahrhunderts nach Europa importiert.

Die Art von Alaun blieb unbekannt. Um 1530, Schweizer Arzt Paracelsus vorgeschlagen Alaun ein Salz einer Erde von Alaun war. Im Jahr 1595, deutschen Arzt und Chemiker Andreas Libavius experimentell bestätigte dies; 1722 deutsche Chemiker Friedrich Hoffmann kündigte seine Überzeugung , dass die Basis von Alaun eine deutliche Erde war. 1754, Deutscher Apotheker Andreas Sigismund Marggraf synthetisierte Aluminiumoxid von Clay in kochender Schwefelsäure und anschließend Zugabe von Kali .

Versuche , Aluminium - Metall -reichen zurück bis 1760. Der erste erfolgreiche Versuch jedoch zu produzieren, wurde im Jahre 1824 von dem dänischen Physiker und Chemiker abgeschlossen Hans Christian Ørsted . Er reagierte wasserfreiem Aluminiumchlorid mit Kaliumamalgam , einen Klumpen aus Metall Nachgeben sucht ähnlich wie Zinn. Er seine Ergebnisse präsentierte und zeigte eine Probe des neuen Metalls im Jahr 1825. Im Jahr 1827 deutschen Chemiker Friedrich Wöhler wiederholter Versuche Ørsted die aber ergab kein Aluminium. (Der Grund für diese Inkonsistenz wurde erst entdeckt , 1921.) er ein ähnliches Experiment durch Mischen von wasserfreiem Aluminiumchlorid mit Kalium - 1827 durchgeführt , und ein Pulver aus Aluminium hergestellt. Im Jahr 1845 war er in der Lage kleine Stücke des Metalls zu erzeugen und beschrieben einige physikalischen Eigenschaften dieses Metalls. Seit vielen Jahren danach wurde Wöhler als Entdecker von Aluminium gutgeschrieben. Als Wöhler-Verfahren keine großen Mengen an Aluminium ergeben konnte, blieb das Metall selten; seine Kosten überschritten , dass Gold.

Die Statue von Anteros in Piccadilly Circus , London, wurde 1893 hergestellt und ist eine der ersten Statuen aus Aluminium gegossen.

Französisch Chemiker Henri Etienne Sainte-Claire Deville kündigte ein industrielles Verfahren der Aluminiumproduktion im Jahre 1854 an der Pariser Akademie der Wissenschaften . Aluminiumtrichlorid konnte durch Natrium reduziert werden, was war bequemer und billiger als Kalium, die Wöhler benutzt hatte. Im Jahr 1856 Deville zusammen mit Begleitern wurde die erste industrielle Produktion von Aluminium weltweit. Von 1855 bis 1859 der Preis von Aluminium durch eine Größenordnung von US $ 500 bis $ 40 pro Pfund gesunken. Schon damals war Aluminium noch nicht von großer Reinheit und produzierte Aluminium in Eigenschaften von Probe unterscheidet.

Das erste industrielle Großproduktion Verfahren wurde 1886 von Französisch - Ingenieure unabhängig entwickelt Paul Héroult und US - amerikanischen Ingenieur Charles Martin Hall ; es ist jetzt bekannt als der Hall-Héroult - Prozess . Das Hall-Heroult - Verfahren wandelt Aluminiumoxid in das Metall. Austrian Chemiker Carl Joseph Bayer entdeckt einen Weg zur Reinigung von Bauxit ergeben Aluminiumoxid, jetzt bekannt als der Bayer - Prozess , in 1889. Moderne Herstellung des Aluminiummetall auf der Grundlage der Bayer und Hall-Héroult - Prozesse.

Die Preise für Aluminium fiel und Aluminium wurde in Schmuck, Alltagsgegenstände, Brillenfassungen, optische Instrumente, Geschirr, und weit verbreitetes Folie in den 1890er Jahren und Anfang des 20. Jahrhunderts. Aluminium Fähigkeit hart und dennoch leichte Legierungen mit anderen Metallen zu bilden , sofern das Metall vielen Verwendungen zu der Zeit. Während Weltkrieg forderten große Regierungen große Sendungen von Aluminium für Licht stark airframes.

Durch die Mitte des 20. Jahrhunderts war Aluminium ein Teil des täglichen Lebens und ein wesentlicher Bestandteil von Haushaltswaren geworden. In der Mitte des 20. Jahrhundert entstand Aluminium als Tiefbau Material, mit Bauanwendungen in beide Grundkonstruktion und Innenausbau Arbeit, und zunehmend auch in der Wehrtechnik eingesetzt werden, sowohl für Flugzeuge und Land Rüstung Fahrzeugmotoren. Erde erste künstliche Satelliten , im Jahr 1957 ins Leben gerufen, bestanden aus zwei separaten Aluminiumhalbkugeln miteinander verbunden ist und alle nachfolgenden Raumfahrzeuge wurden aus Aluminium gefertigt. Das Aluminium kann im Jahr 1956 und verwendet als Speicher für Getränke im Jahr 1958 erfunden.

Die weltweite Produktion von Aluminium seit 1900

Im Laufe des 20. Jahrhunderts stieg die Produktion von Aluminium schnell: Während die Weltproduktion von Aluminium im Jahr 1900 6.800 betragen Tonnen, die jährliche Produktion überschritt zunächst 100.000 Tonnen im Jahr 1916; 1.000.000 Tonnen im Jahr 1941; 10.000.000 Tonnen im Jahr 1971. In den 1970er Jahren machten die erhöhte Nachfrage nach Aluminium es eine Austausch Ware; es trat in das London Metal Exchange , die älteste Industriemetallbörse der Welt, im Jahr 1978. Die Ausgabe weiter wachsen: die jährliche Produktion von Aluminium im Jahr 2013 überschritt 50 Millionen Tonnen pro Jahr.

Der reale Preis für Aluminium sank von 14.000 $ pro Tonne im Jahr 1900 auf $ 2.340 im Jahr 1948 (1998 US - Dollar). Die Extraktion und die Verarbeitungskosten wurden über den technologischen Fortschritt und das Ausmaß der Wirtschaft gesenkt. Die Notwendigkeit , jedoch minderwertige schlechtere Qualität Ablagerungen und der Einsatz von schnell steigenden Inputkosten zu nutzen (vor allem Energie) erhöhte sich die Nettokosten von Aluminium; der reale Preis begann in den 1970er Jahren mit dem Anstieg der Energiekosten zu wachsen. Die Produktion zog aus den Industrieländern zu Ländern , in denen die Produktion billiger war. Die Produktionskosten im späten 20. Jahrhundert verändert aufgrund der Fortschritte in der Technologie, niedrigere Energiepreise, Wechselkurse des US - Dollar und Aluminiumoxid Preise. Die BRIC - Länder gemeinsamer Anteil wuchs im ersten Jahrzehnte des 21. Jahrhunderts von 32,6% auf 56,5% in der Primärproduktion und 21,4% auf 47,8% in dem Primärverbrauch. China häuft sie einen besonders großen Teil der Produktion durch die Welt Fülle von Ressourcen, billiger Energie und staatlichen Stimuli; es wurde auch von 2% im Jahr 1972 auf 40% im Jahr 2010. In den Vereinigten Staaten, Westeuropa und Japan, die meist Aluminium seines Verbrauch Aktie stieg im Transportwesen, Maschinenbau, Bauwesen verbraucht und Verpackung.

Etymologie

Aluminium wird nach Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid in der modernen Nomenklatur benannt. Das Wort „alumina“ kommt von „Alaun“, das Mineral aus dem es gesammelt wurde. Das Wort „Alaun“ kommt aus alumen , ein lateinischen Wort „bitter Salz“ bedeutet. Das Wort alumen stammt aus dem Proto-Indo-European Wurzel * Alu- "bitter" oder "Bier" bedeutet.

1897 amerikanische Anzeige , die mit Aluminium Rechtschreibung

Britischer Chemiker Humphry Davy , die eine Reihe von Experimenten durchgeführt , sollten das Metall synthetisieren, wird als die Person gutgeschrieben, das das Element mit dem Namen. Im Jahr 1808 schlug er das Metall genannt werden alumium . Dieser Vorschlag wurde von zeitgenössischen Chemikern aus Frankreich, Deutschland kritisiert und Schweden, die das Metall darauf bestanden , sollte für das Oxid, Aluminiumoxid genannt werden, aus dem sie isoliert werden würden. Im Jahr 1812 entschied sich Davy Aluminium , so dass die modernen Namen zu erzeugen. Es ist jedoch Dinkel und anders außerhalb Nordamerikas ausgesprochen: Aluminium ist im Einsatz in den USA und Kanada , während Aluminium im Einsatz an anderer Stelle ist.

Rechtschreibung

Die -ium Suffix folgte den Präzedenzfall in anderen neu entdeckten Elementen der Zeit: Kalium, Natrium, Magnesium, Calcium und Strontium (von denen alle selbst Davy isoliert). Dennoch Namen Element der Endung -um wurden zu dem Zeitpunkt bekannt; zum Beispiel Platin (den Europäern bekannt seit dem 16. Jahrhundert), Molybdän (1778 entdeckte) und Tantal (im Jahre 1802 entdeckte). Die -um Suffix ist konsistent mit der universellen Schreibweise Aluminiumoxid für das Oxid (im Gegensatz zu Aluminia gegen); zu vergleichen , um zu Lanthanoxid , das Oxid von Lanthan und Magnesiumoxid , Ceroxid und Thoriumoxid , die Oxide von Magnesium , Cer und Thorium , respectively.

Im Jahre 1812 britische Wissenschaftler Thomas Young schrieb eine anonyme Bewertung von Davy Buch, in dem er beanstandet Aluminium und den Namen vorgeschlagen Aluminium : „so werden wir die Freiheit des Schreibens das Wort ergreifen, bevorzugt gegenüber Aluminium, die eine weniger klassische hat klingen." Dieser Name hat fängt auf: Während die -um Rechtschreibung gelegentlich in Großbritannien verwendet wurde, die amerikanische Sprache in der Wissenschaft -ium von Anfang an . Die meisten Wissenschaftler verwendeten -ium auf der ganzen Welt im 19. Jahrhundert; es bleibt immer noch der Standard in den meisten anderen Sprachen. Im Jahre 1828 amerikanische Lexikographen Noah Webster verwendet ausschließlich die Aluminium Rechtschreibung in seinem amerikanischen Wörterbuch der englischen Sprache . In den 1830er Jahren, die -um begann Rechtschreibung Verwendung in den Vereinigten Staaten zu gewinnen; von den 1860er Jahren, war es die gängigere Schreibweise es außerhalb der Wissenschaft geworden. Im Jahr 1892, Halle die verwendeten -um Rechtschreibung in seiner Werbung Flugblatt für sein neues elektrolytisches Verfahren zur Herstellung des Metalls, trotz seiner ständigen Nutzung der -ium Rechtschreibung in allen Patenten er zwischen 1886 eingereicht und 1903. Es wurde in der Folge schlägt dies eine war Tippfehler und nicht beabsichtigt. Bis 1890 hatten sich beide Schreibweisen in den USA insgesamt, die gemeinsame gewesen -ium Rechtschreibung sind etwas häufiger; 1895 hatte sich die Situation umgekehrt; 1900, Aluminium war zweimal so häufig wie gewesen Aluminium ; Im folgenden Jahrzehnt, das -um dominiert Rechtschreibung amerikanischen Sprachgebrauch. Im Jahr 1925 die American Chemical Society angenommen diese Schreibweise.

Die Internationale Union für reine und angewandte Chemie (IUPAC) angenommen Aluminium im Jahr 1990. Im Jahr 1993 als Standard internationalen Namen für das Element, erkannten sie Aluminium als eine akzeptable Variante; das gleiche gilt für die letzte wahre Ausgabe 2005 von der IUPAC - Nomenklatur der anorganischen Chemie . IUPAC offizielle Publikationen verwenden , um die -ium Rechtschreibung als primäre aber Liste beide gegebenenfalls.

Herstellung und Veredelung

Weltweit führende Hersteller von Primäraluminium, 2016
Land Output
(Tausend
Tonnen)
 China 31873
 Russland 3561
 Kanada 3208
 Indien 2896
 Vereinigte Arabische Emirate 2471
 Australien 1635
 Norwegen 1247
 Bahrein 971
 Saudi Arabien 869
 Vereinigte Staaten 818
 Brasilien 793
 Südafrika 701
 Island 700
Welt gesamt 58.800

Aluminiumproduktion ist sehr energieaufwendig und so neigen die Hersteller Schmelzer an Orten zu finden , wo elektrische Energie sowohl reichlich und billig ist. Ab dem Jahr 2012, der weltweit größten Aluminiumhütten sind aus Aluminium in China, Russland, Bahrain, Vereinigte Arabische Emirate befindet, und Südafrika.

Im Jahr 2016 war China der größte Produzent von Aluminium mit einem Weltanteil von fünfundfünfzig Prozent; die nächsten größten produzierenden Länder waren Russland, Kanada, Indien und die Vereinigten Arabischen Emirate.

Nach Angaben der International Resource Panel - s Metal Stock in der Gesellschaft Bericht , der weltweite Pro - Kopf ist Vorrat von Aluminium im Einsatz in der Gesellschaft (dh in Autos, Gebäuden, Elektronik etc.) 80 kg (180 lb). Vieles davon ist in mehr entwickelten Ländern (350-500 kg (770-1,100 lb) pro Kopf) und nicht weniger entwickelten Ländern (35 kg (77 lb) pro Kopf).

Bayer-Verfahren

Bauxit wird durch das Bayer - Verfahren zu Aluminiumoxid umgewandelt wird . Bauxit ist für eine gleichmäßige Zusammensetzung gemischt und dann gemahlen. Die sich ergebende Aufschlämmung wird mit einer heißen Lösung gemischter Natriumhydroxid ; Die Mischung wird dann in einem Faulbehälter bei einem Druck oberhalb dem Atmosphäre gut behandelt, das Aluminiumhydroxid in Bauxit Auflösen während Verunreinigungen in eine relativ unlöslichen Verbindungen umzuwandeln:

Al (OH) 3 + Na + + OH - → Na + + [Al (OH) 4 ] -

Nach dieser Reaktion wird die Aufschlämmung bei einer Temperatur oberhalb seines atmosphärischen Siedepunktes. Es wird durch Entfernen von Wasserdampf abgekühlt , wie Druck reduziert wird. Der Bauxit Rückstand wird von der Lösung abgetrennt und verworfen. Die Lösung, frei von Feststoffen, wird mit kleiner Kristallen von Aluminiumhydroxid geimpft; dies bewirkt eine Zersetzung des [Al (OH) 4 ] - -Ionen zu Aluminiumhydroxid. Nachdem etwa die Hälfte des Aluminiums ausgefällt ist, wird die Mischung auf Klassifikatoren gesendet. Kleine Kristalle von Aluminiumhydroxid als Impfwirkstoffe dienen gesammelt; grobe Partikel sind an Aluminiumoxid verringert; überschüssige Lösung wird durch Verdampfen entfernt, (bei Bedarf) gereinigt und recycelt.

Hall-Héroult-Prozess

Die Umwandlung von Aluminiumoxid zu Aluminiummetall wird durch den erreicht Hall-Héroult - Prozess . In diesem energieintensiver Prozess wird eine Lösung von Aluminiumoxid in einem geschmolzenen (950 und 980 ° C (1.740 und 1.800 ° F)) Mischung von Kryolith (Na 3 AlF 6 ) mit Calciumfluorid wird elektrolysiert metallisches Aluminium zu produzieren. Das flüssige Aluminiummetall sinkt auf den Boden der Lösung und wird abgestochen und in der Regel in große Blöcke genannt Gussaluminiumbarren zur weiteren Verarbeitung.

Extrusionsbarren aus Aluminium

Anoden der Elektrolysezelle bestehen aus kohlenstoff das beständigste Material gegen Fluorid korrosions und entweder backen bei dem Prozess oder vorgebrannt hergestellt. Die früheren, auch genannt Söderberg - Anoden, sind weniger leistungseffizient und Dämpfe während des Backens freigesetzt sind teuer zu sammeln, weshalb sie von vorgebackenen Anoden ersetzt werden , auch wenn sie die Kraft, Energie und Arbeit spart die Kathoden prebake. Kohlenstoff für Anoden sollte vorzugsweise rein sein , so daß weder Aluminium noch der Elektrolyt mit Asche verunreinigt ist. Trotz Carbons Widerstand gegen Korrosion, ist es immer noch mit einer Geschwindigkeit von 0,4-0,5 kg pro jedes Kilogramm an erzeugtem Aluminium verbraucht. Kathoden sind aus gemacht Anthrazit ; hohe Reinheit ist für sie nicht , weil Verunreinigungen erforderlich Lauge nur sehr langsam. Kathode wird mit einer Rate von 0,02-0,04 kg pro jedes Kilogramm an erzeugtem Aluminium verbraucht. Eine Zelle wird in der Regel ein nach einem Ausfall der Kathode nach 2-6 Jahren beendet.

Die Hall-Heroult - Verfahren produzieren Aluminium mit einer Reinheit von über 99%. Eine weitere Reinigung kann durch die getan werden Hoopes Prozess . Dieser Prozess beinhaltet die Elektrolyse von geschmolzenem Aluminium mit einem Natrium-, Barium- und Aluminiumfluoridelektrolyten. Die sich ergebende Aluminium hat eine Reinheit von 99,99%.

Elektrische Leistung repräsentiert etwa 20 bis 40% der Kosten für Aluminium zur Herstellung, je nach Lage der Schmelzanlage. Aluminiumproduktion verbraucht rund 5% der Elektrizität in den Vereinigten Staaten generiert. Aus diesem Grunde, Alternativen zu dem Hall-Héroult-Verfahren erforscht worden, aber keiner hat sich wirtschaftlich durchführbar zu sein.

Gemeinsame Behälter für wiederverwertbare Abfälle zusammen mit einem Behälter für nicht verwertbare Abfälle. Der Behälter mit gelber Spitze ist „Aluminium“ bezeichnet. Rhodos, Griechenland.

Recycling

Die Rückgewinnung des Metalls durch das Recycling ist eine wichtige Aufgabe der Aluminiumindustrie. Recycling war eine Low-Profile - Aktivität bis in den späten 1960er Jahren, als die zunehmende Verwendung von Aluminium - Getränkedosen brachte es die öffentliche Bewusstsein. Recycling beinhaltet das Schmelzen des Schrotts, ein Vorgang, der nur 5% der Energie , verwendet zur Herstellung von Aluminium aus Erz, obwohl ein erheblicher Teil (bis zu 15% des Ausgangsmaterials) ist verloren als erfordert Krätze (ash-like - Oxid). Ein Aluminiumstapel Einschmelzvergaser erheblich weniger Schlacken, wobei Werte von weniger als 1% angegeben.

Weiße Schlacken aus primären Aluminiumproduktion und aus sekundären Recyclingverfahren enthält noch brauchbare Mengen von Aluminium , die werden kann industriell extrahiert . Das Verfahren erzeugt Aluminiumbarren, zusammen mit einem hochkomplexen Abfallmaterial. Dieser Abfall ist schwer zu verwalten. Es reagiert mit Wasser, um eine Mischung von Gasen , die Freigabe (einschließlich, unter anderen, Wasserstoff , Acetylen und Ammoniak ), die bei Kontakt mit Luft selbst entzündet; Kontakt mit feuchter Luft führt zur Freisetzung von reichlichen Mengen an Ammoniakgas. Trotz dieser Schwierigkeiten wird der Abfall als Füllstoff in verwendeten Asphalt und Beton .

Anwendungen

Aluminium-bodied Austin A40 Sport (c. 1951)

Metall

Aluminium ist das am weitesten verbreitete Nichteisenmetall . Die weltweite Produktion von Aluminium im Jahr 2016 58,8 Millionen Tonnen. Es übertraf die jedes anderen Metall außer Eisen (1,231 Millionen Tonnen).

Aluminium ist fast immer legiert, was deutlich seine mechanischen Eigenschaften verbessert, vor allem , wenn temperiert . Zum Beispiel können die gemeinsamen Aluminiumfolien und Getränkedosen sind Legierungen von 92% bis 99% Aluminium. Die wichtigsten Legierungsmittel sind Kupfer , Zink , Magnesium , Mangan und Silizium (beispielsweise Duraluminium ) mit den Ebenen der anderen Metalle in einigen Gewichtsprozent.

Die wichtigsten Anwendungen für Aluminium-Metall sind in:

  • Transport und Verkehr ( Autos , Flugzeuge, LKWs , Eisenbahnwaggons , Schiffe, Fahrräder , Raumschiff, etc.). Aluminium wird wegen seiner geringen Dichte verwendet;
  • Verpackung ( Dosen , Folien, Rahmen etc.). Aluminium wird verwendet, weil es ist nicht toxisch, nicht - adsorptive und Splitter -proof;
  • Bau und Konstruktion ( Fenster , Türen , Abstellgleis , Bau Draht, Mantel-, Dach, etc.). Da Stahl billiger ist, Aluminium wird verwendet, wenn Leichtigkeit, Korrosionsbeständigkeit oder technische Merkmale wichtig sind;
  • Electricity bezogenen Verwendungen (Leiterlegierungen, Motoren und Generatoren, Transformatoren, Kondensatoren, etc.). Aluminium wird verwendet, weil es relativ billig ist, hoch leitfähig, hat eine ausreichende mechanische Festigkeit und geringer Dichte und korrosionsbeständig;
  • Eine breite Palette von Haushaltsartikel, von Kochgeschirr zu Möbeln . Geringe Dichte, gutes Aussehen, einfache Herstellung und Haltbarkeit sind die Schlüsselfaktoren von Aluminium Nutzung;
  • Maschinen und Geräte (Geräte zur Verarbeitung, Rohre, Werkzeuge). Aluminium ist wegen seiner Korrosionsbeständigkeit, nicht-pyrophoren, und mechanischer Festigkeit.

Verbindungen

Die große Mehrheit (ca. 90%) von Aluminiumoxid zu metallischem Aluminium überführt. Da es ein sehr hartes Material ( Mohs - Härte 9), wird in großem Umfang als Aluminiumoxid - Schleifmittel verwendet wird ; wobei außerordentlich chemisch inert, ist es in sehr reaktiven Umgebungen wie nützlich Natriumhochdrucklampen. Aluminiumoxid wird als Katalysator für die industriellen Verfahren häufig verwendet; zB das Claus - Verfahren zur Umwandlung von Schwefelwasserstoff zu Schwefel in Raffinerien und Alkylat Amine . Viele industriellen Katalysatoren werden getragen durch Aluminiumoxid, was bedeutet , dass das teuere Katalysator - Material über eine Oberfläche des inerten Aluminiumoxid dispergiert ist. Eine weitere Hauptverwendung ist als Trockenmittel oder Absorptionsmittel.

Laser Deposition von Aluminiumoxid auf einem Substrat,

Mehrere Sulfate von Aluminium haben industrielle und kommerzielle Anwendung. Aluminiumsulfat (in ihrer Hydratform) auf dem jährlichen Umfang von mehreren Millionen Tonnen produziert. Etwa zwei Drittel in verbrauchten Wasseraufbereitung . Die nächste wichtige Anwendung ist bei der Herstellung von Papier. Es wird auch als ein gebrauchtes Beizmittel in der Färberei, in Beizen Samen, desodorierende von Mineralölen, in der Gerberei , und bei der Herstellung von anderen Aluminiumverbindungen. Zwei Arten von Alaun, Ammoniumalaun und Kaliumalaun , wurden früher verwendetes Beizmittel und in der Gerberei, aber ihre Verwendung ist deutlich zurückgegangen folgende Verfügbarkeit von hochreinen Aluminiumsulfat. Wasserfreies Aluminiumchlorid als Katalysator in der chemischen und petrochemischen Industrie, die Färberei und in der Synthese von verschiedenen anorganischen und organischen Verbindungen verwendet. Aluminiumhydroxychloride sind bei der Reinigung von Wasser, in der Papierindustrie und als Antitranspirantien eingesetzt. Natriumaluminat wird in der Behandlung von Wasser und als Beschleuniger der Verfestigung des Zements verwendet.

Viele Aluminiumverbindungen haben Nischenanwendungen, zum Beispiel:

Biologie

Schematische Darstellung der Aluminium-Absorption durch die menschliche Haut.

Trotz der weit verbreiteten Vorkommen in der Erdkruste, hat Aluminium keine bekannte Funktion in der Biologie. Aluminiumsalze sind bemerkenswert ungiftig, Aluminiumsulfat einen mit LD 50 von 6207 mg / kg (oral, Maus), die für eine 80 kg (180 lb) bis 500 Gramm Person entspricht.

Toxizität

Bei den meisten Menschen ist Aluminium nicht so giftig wie Schwermetalle . Aluminium wird als nicht-krebserzeugend von der klassifiziert United States Department of Health and Human Services . Es gibt wenige Anzeichen dafür , dass die normale Exposition gegenüber Aluminium ein Risiko für gesunde Erwachsene präsentiert, und es gibt Hinweise , dass keine Toxizität , wenn sie in Mengen von nicht mehr als 40 mg / Tag pro kg verbraucht Körpermasse . Die meisten Aluminium verbraucht wird der Körper in Kot hinterlassen; Der kleine Teil davon , die in den Körper gelangt, wird über den Urin ausgeschieden werden. Aluminium, die im Körper nicht bleiben wird , angesammelt in, vor allem Knochen; und abgesehen davon, in Gehirn, Leber und Niere. Aluminium - Metall nicht die Blut-Hirn - Schranke und natürlichen Filter vor dem Gehirn passieren, aber einige Verbindungen, wie das Fluorid, kann.

Auswirkungen

Aluminium, wenn auch selten, kann Vitamin D-resistente verursachen Osteomalazie , Erythropoietin -resistenter mikrozytäre Anämie , und das zentrale Nervensystem Veränderungen. Menschen mit Niereninsuffizienz sind vor allem zu einem Risiko. Chronische Einnahme von hydratisierten Aluminiumsilikaten (für überschüssige Magensäure Kontrolle) kann in Aluminium- führen zu Darminhaltes und erhöhte Ausscheidung von anderen Metallen zu binden, wie Eisen oder Zink ; ausreichend hohen Dosen (> 50 g / Tag) kann Anämie verursachen. Da Aluminium durch die Nieren ausgeschieden wird, kann ihre Funktion durch toxische Mengen an Aluminium beeinträchtigt werden.

Es gibt fünf große Aluminiumformen durch den menschlichen Körper absorbiert: die freie solvatisierten dreiwertigen Kation (Al 3+ (aq) ); mit niedrigem Molekulargewicht, neutral, lösliche Komplexe (LMW-Al 0 (aq) ); mit hohem Molekulargewicht, neutral, lösliche Komplexe (HMW-Al 0 (aq) ); mit niedrigem Molekulargewicht, geladene, lösliche Komplexe (LMW-Al (L) n +/- (aq) ); Nano- und Mikropartikel (Al (L) n (s) ). Sie werden durch die Zellmembranen transportiert oder Zelle epi / Endothel durch fünf Hauptstrecken: (1) parazellulär ; (2) transzellularen ; (3) den aktiven Transport ; (4) Kanäle; (5) adsorptive oder Rezeptor-vermittelte Endozytose .

Ein Unfall in England ergab , dass millimolaren Mengen von Aluminium Wasser verursachen erhebliche kognitive Defizite in trinken. Oral eingenommen Aluminiumsalze können im Gehirn abzuscheiden. Es ist die Forschung auf der Korrelation zwischen neurologischen Erkrankungen, einschließlich Alzheimer-Krankheit , und Aluminium - Ebenen, aber es hat sich bisher nicht schlüssig.

Aluminium erhöht Östrogen -related Genexpression in menschlichen Brustkrebszellen im Labor gezüchtet. In sehr hohen Dosen wird Aluminium mit einem veränderten Funktion der zugehörigen Blut-Hirn - Schranke . Ein kleiner Prozentsatz der Menschen hat Kontakt Allergien Aluminium und Erfahrung juckenden roten Hautausschläge, Kopfschmerzen, Muskelschmerzen, Gelenkschmerzen, schlechtes Gedächtnis, Schlaflosigkeit, Depression, Asthma, Reizdarmsyndrom oder andere Symptome bei Kontakt mit Produkten , das Aluminium.

Die Exposition gegenüber pulverisiertem Aluminium oder Aluminiumschweißrauch kann verursachen Lungenfibrose . Feine Aluminiumpulver können sich entzünden oder explodieren, posierend eine andere Arbeitsplatz Gefahr.

Expositionswege

Nahrung ist die Hauptquelle von Aluminium. Trinkwasser enthält mehr Aluminium als feste Nahrung; jedoch Aluminium in der Nahrung kann mehr als Aluminium von Wasser absorbiert werden. Hauptquellen für den menschlichen Mund Exposition gegenüber Aluminium umfassen Lebensmittel (aufgrund seiner Verwendung in den Lebensmittelzusatzstoffe, Lebensmittel- und Getränkeverpackungen, und Kochutensilien), Trinkwasser (aufgrund seiner Verwendung in der kommunalen Wasseraufbereitung) und aluminiumhaltigen Medikamenten (insbesondere Antacida / gegen Geschwüre und gepufferte Aspirin - Formulierungen). Aufnahme über die Nahrung in Europäer mittelt zu 0,2-1,5 mg / kg / Woche, kann aber als 2,3 mg / kg / Woche so hoch sein. Höhere Expositionswerte von Aluminium werden vor allem für die Bergarbeiter, Aluminiumproduktionsarbeiter und begrenzt Dialysepatienten.

Bei übermäßigem Verzehr von Antazida , Antitranspirantien , Impfstoffe und Kosmetika bieten erhebliche Expositionsniveaus. Der Verbrauch von sauren Lebensmitteln oder Flüssigkeiten mit Aluminium verstärkt Aluminiumabsorption und Maltol wurde , um die Ansammlung von Aluminium in Nerven- und Knochengeweben gezeigt zu erhöhen.

Behandlung

Bei Verdacht auf plötzlicher Aufnahme einer großen Menge an Aluminium, ist die einzige Behandlung Deferoxaminmesylat , die gegeben werden können , um Aluminium aus dem Körper zu eliminieren Chelatbildung . Dies sollte jedoch mit Vorsicht angewandt werden , da dies nicht nur die Ebene Aluminium Körpern reduziert, sondern auch die anderen Metalle wie Kupfer oder Eisen. Ernährungsphysiologisch, Behandlung ähnlich zu denen von anderen toxischen Metallen und beinhaltet die Entfernung von Quellen von Aluminium aus Umwelt, Verbesserung der zellulären Energieproduktion, die Verbesserung der Aktivität eliminative Organe und chelatisierenden Aluminium mit Nährstoffen.

Auswirkungen auf die Umwelt

" Bauxite Tailings " Speicher in Stade , Deutschland. Die Aluminiumindustrie erwirtschaftet rund 70 Millionen Tonnen dieser Abfälle jährlich.

Hohe Konzentrationen von Aluminium auftreten in der Nähe von Bergbaustandorten; geringe Mengen an Aluminium sind an den Kohlekraftwerken oder in die Umgebung freigesetzt Verbrennungsöfen . Aluminium in der Luft wird durch die regen oder normalerweise absetzt , aber kleine Teilchen aus Aluminium verbleiben in der Luft für eine lange Zeit ausgewaschen.

Saure Fällung ist der Hauptfaktor natürliche Aluminium aus natürlichen Quellen und der Hauptgrund für die Umweltauswirkungen von Aluminium zu mobilisieren; Jedoch sind die Hauptfaktor in Gegenwart von Aluminiumsalz und Süßwasser die industriellen Prozesse , die auch Aluminium in die Luft freisetzen.

In Wasser, Aluminium wirkt als toxiс Mittel auf gill -breathing Tiere wie Fische durch den Verlust des Verursachens Plasma - und Hämolymphe Ionen führt zu osmoregulatorische Versagen. Organische Komplexe von Aluminium können leicht absorbieren und stören bei Säugetieren und Vögeln, auch wenn dies geschieht in der Praxis selten mit dem Stoffwechsel.

Aluminium ist primär unter den Faktoren, die das Pflanzenwachstum auf sauren Böden zu reduzieren. Obwohl es im Allgemeinen harmlos Wachstum in pH-neutralen Böden zu pflanzen, in sauren Böden , die Konzentration an toxischer Al 3+ Kationen zunimmt und das Wurzelwachstum und die Funktion stört. Weizen wurde entwickelt , eine Toleranz gegenüber Aluminium, die Freigabe organische Verbindungen , die gegenüber schädlichen Aluminium binden Kationen . Sorghum wird angenommen , dass die gleiche Toleranz Mechanismus haben.

Aluminiumproduktion besitzt seine eigenen Herausforderungen für die Umwelt auf jedem Schritt des Produktionsprozesses. Die größte Herausforderung ist die Treibhausgas - Emissionen. Diese Gase resultieren aus den Stromverbrauch der Schmelzöfen und die Nebenprodukte der Verarbeitung. Die wirksamsten dieser Gase sind perfluorierte Kohlenwasserstoffe aus dem Schmelzprozess. Freigesetzt Schwefeldioxid ist eine der primären Vorstufen von Säuren regen .

Ein spanischer wissenschaftlicher Bericht von 2001 behauptet , dass der Pilze Geotrichum candidum das Aluminium in verbraucht Compact Discs . Andere Berichte beziehen sich alle zurück zu diesem Bericht und es gibt keine Unterstützung originäre Forschung. Besser dokumentiert, das Bakterium Pseudomonas aeruginosa und der Pilz Cladosporium resinae werden üblicherweise in Flugzeugkraftstofftanks erfasst , die verwendet werden Kerosin -basierte Brennstoffen (nicht Avgas ) und Laborkulturen können Aluminium verschlechtern. Allerdings sind diese Lebensformen nicht direkt angreifen oder verbrauchen das Aluminium; vielmehr wird das Metall durch Mikroben Abfallprodukte korrodiert.

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

Literaturverzeichnis

Weiterführende Literatur

  • Mimi Sheller, Aluminium Traum: The Making of Light Moderne. Cambridge, MA: Massachusetts Institute of Technology Press, 2014.

Externe Links