Definición y significado de aluminium

Aluminium
Periodiek systeem H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo ↓ * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Aluminium
Algemeen
Naam	Aluminium
Symbool	Al
Atoomnummer	13
Groep	Boorgroep
Periode	Periode 3
Blok	P blok
Reeks	Hoofdgroepmetalen
Kleur	Zilvergrijs
Chemische eigenschappen
Atoommassa (u)	26,9815
Elektronenconfiguratie	[Ne]3s2 3p1
Oxidatietoestanden	+3
Elektronegativiteit (Pauling)	1,61
Atoomstraal (pm)	143
1e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1)	577,54
2e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1)	1816,69
3e ionisatiepotentiaal (kJ·mol−1)	2744,80
Fysische eigenschappen
Dichtheid (kg·m−3)	2702
Hardheid (Mohs)	1,75
Smeltpunt (K)	933
Kookpunt (K)	2740
Aggregatietoestand	Vast
Smeltwarmte (kJ·mol−1)	10,79
Verdampingswarmte (kJ·mol−1)	293,40
Kristalstructuur	KVG
Molair volume (m3·mol−1)	10,00
Geluidssnelheid (m·s−1)	5100
Specifieke warmte (J·kg−1·K−1)	880
Elektrische weerstand (μΩ·cm)	2,65
Warmtegeleiding (W·m−1·K−1)	237
SI-eenheden en standaardtemperatuur en -druk worden gebruikt, tenzij anders aangegeven
Portaal    Scheikunde

Aluminium is een scheikundig element met symbool Al en atoomnummer 13. Het is een zilverwit hoofdgroepmetaal. De naam is afgeleid van het Latijnse woord alumen dat aluin betekent.

  Ontdekking

Verbindingen van aluminium waren al in de oudheid bekend. Zo werd aluin onder meer gebruikt om bloedingen te stelpen. Het is echter niet eenvoudig het metaal uit aluin vrij te maken. Aluminium werd in 1807 ontdekt door Humphry Davy, die het trachtte te bereiden uit aluminiumoxide. In 1825 bereidde Hans Christian Ørsted een onzuivere vorm van aluminium uit aluminiumchloride en kaliumamalgaam. Jarenlang was het metaal zo kostbaar dat het in ornamenten toegepast werd, getuige de massief aluminium kap op de toren van het Washington Monument. Pas in 1886 werd dankzij het Hall-Héroult-proces de elektrochemische productie van het metaal op grote schaal mogelijk.^[1]

  Toepassingen en bewerkingen

Het metaal is nu iets meer dan een eeuw beschikbaar, en in die tijd heeft het op stormachtige wijze de wereld veroverd. Het is economisch een bijzonder belangrijk metaal. Aluminium is licht (slechts een derde van het gewicht van staal of brons), en met 4% Cu 1%Mg 1% Mn 0,5% Si even sterk, slijtvast en bestendig tegen corrosie, behalve spanningscorrosie. Het is een goede geleider, het is niet ferromagnetisch, maar kan bij het in contact komen met een hele krachtige magneet wel zijn eigen zwerfstroom en zo een tegengesteld magnetisch veld opwekken. Het vonkt niet, en het laat zich relatief gemakkelijk vormen. Aluminium is daarmee het constructiemateriaal bij uitstek voor de vliegtuig- en ruimtevaartindustrie. Voor motoren is het echter minder geschikt, want het wordt zachter bij verwarmen. Het metaal heeft een plasmonfrequentie van 15eV en is daarmee een uitstekende spiegel voor alle straling in het infrarode, zichtbare, en nabij-ultraviolette gebied; vooral als wordt voorkomen dat het spiegelend oppervlak aan oxidatie blootgesteld wordt. Het valt gemakkelijk op te dampen en aluminium spiegels worden wel in de astronomie gebruikt.

Het metaal wordt vaak door lasersnijden bewerkt.

Enige toepassingsgebieden:

• Bijna alle niet ecologische deodorants
• verpakking: aluminiumfolie
• speelgoed: het is een bestanddeel van zamak, dat bijvoorbeeld voor modelauto's wordt gebruikt
• transportmiddelen (auto, vliegtuig, ruimtevaartuig, trein, fiets, schip, enz.)
• huishoudapparatuur (pannen, bestek, zool van strijkijzers enz.)
• kampeeruitrusting (vouwstoel, pannen, tentstokken enz.)
• hoogspanningsleidingen (de geleidbaarheid is 63% van die van koper, maar aluminium kost minder en weegt een derde)
• bliksemafleiders (veel goedkoper dan koper, dus minder diefstalgevoelig)
• antennes
• constructiebouw (kozijn, deuren)
• autoindustrie (aluminium velgen)
• daken en gevelbekleding
• bouwsteiger en ladders
• jachtbouw
• licht-, en geluidsindustrie (maken van constructies)

  Bewerkingstechnieken in aluminium

  Winning

  Bauxietmijn

Aluminium wordt gevonden op de grond: 8,5% van de aarde is bestreken met bauxiet, de ertsvorm van aluminium. Bauxiet bestaat uit Al₂O₃ (aluminiumoxide) en restant. Het bauxiet wordt in contact gebracht met warme (140 °C tot 240 °C, afhankelijk van het type erts) natronloog. De natronloog reageert met het aluminiumoxide onder de vorming van natriumaluminiumhydroxide (NaAl(OH)₄), dit blijft in oplossing en de overige componenten in bauxiet niet. De onzuiverheden kunnen worden verwijderd door ze te laten bezinken en af te filteren.

De oplossing van natriumaluminiumhydroxide wordt vervolgens afgekoeld, waardoor aluminiumhydroxide (Al(OH)₃) kristalliseert en natronloog overblijft. Door het aluminiumhydroxide te verhitten (dit noemt men calcineren) wordt het chemisch gebonden water verwijderd en ontstaat aluminiumoxide (Al₂O₃).

Dit proces heet het Bayerproces.

  Productie

Het aluminiumoxidepoeder, aluinaarde, wordt daarna in een speciale oven gebracht. Deze ovens zijn gevuld met elektroliet (een gesmolten keramische substantie genaamd kryoliet). Bij een temperatuur van bijna 1000 graden Celsius wordt vervolgens een gelijkstroom door de vloeistof gevoerd. De in het elektroliet opgeloste aluinaarde wordt door middel van elektrolyse gesplitst, waarbij vloeibaar aluminium en zuurstof vrijkomt. Het vloeibare aluminium zakt naar de bodem van de oven, wordt opgezogen en naar de gieterij gebracht. Daar wordt het gereinigd en eventueel gemengd met andere stoffen om bepaalde kwaliteiten aluminium te maken. Pas daarna worden walsplakken en persstaven gegoten waaruit de uiteindelijke aluminiumproducten kunnen worden gemaakt. De zuurstof die vrijkomt bij de elektrolyse wordt gebonden aan koolstof, die in de vorm van een groot blok (de anode) boven in de oven hangt. De anode wordt tijdens het proces dus opgebruikt, een halve ton koolstof per ton geproduceerd aluminium. Zo wordt uit 4 ton bauxiet 2 ton aluminiumoxide gemaakt, waaruit weer 1,5 ton aluminium kan worden gemaakt. Dit proces heet het Hall-Héroult-proces. In Nederland wordt in Vlissingen en Delfzijl aluminium geproduceerd.

  Aluminiumbroodje.

  Verschijning

Aangezien aluminium een tamelijk onedel metaal is, komt het niet in pure vorm in de natuur voor. In verbindingen echter is aluminium bijzonder algemeen. Aluminiumhoudende mineralen zijn verantwoordelijk voor een flink percentage (circa 8,1%) van de aardkorst. Hoewel aluminium een bestanddeel is van klei, gebruikt de aluminiumindustrie als erts bij voorkeur het mineraal bauxiet. Dit wordt onder andere in Australië en Suriname gewonnen. Winning uit klei is moeilijker en daardoor onrendabel. Wel kost het naar verhouding veel energie om het metaal uit zijn verbindingen vrij te maken. Veel aluminium wordt daarom tegenwoordig in kringloop gebruikt. De winningsenergie van aluminium uit bauxiet bedraagt: 155MJ/kg. De herverwerkingsenergie bedraagt slechts 5% daarvan. Aluminium is hierdoor erg interessant voor hergebruik. Het materiaal kent nagenoeg geen degeneratie en het is praktisch 100% herbruikbaar.

  Opmerkelijke eigenschappen

  Een rol aluminium in een Braziliaanse aluminiumfabriek.

Aluminium is een zilverwit, buigzaam metaal. Het is stabiel aan de lucht, maar alleen dankzij een dun en gesloten oxidehuidje, dat het metaal een doffe indruk geeft. In aanwezigheid van kwikzouten vormt zich echter een oxide dat een niet-gesloten huid vormt. Onder die omstandigheden oxideert het metaal aan de lucht bijzonder snel en vliegt het in brand. In gepoederde toestand wordt het veel in de pyrotechniek gebruikt (bijvoorbeeld als vaste raketbrandstof), of in thermische lansen.

De chemie van aluminium wordt beheerst door de neiging Al³⁺-ionen te vormen. Deze zijn in het algemeen niet erg oplosbaar. In salpeterzuur lost aluminium op onder vorming van het nitraat Al(NO₃)₃. Een oplossing van alumimiumnitraat is in zuur milieu stabiel maar bij verhoging van de zuurgraad slaat het hydroxide Al(OH)₃ neer. Deze verbinding is echter amfoteer: bij verdere verhoging van de pH gaat het weer in oplossing als aluminaat:

Al(OH)₃⇒[AlO(OH)₂]^-⇒[AlO₂(OH)]^2-⇒[AlO₃]^3-

Er is een rijke verzameling oxiden, hydroxiden en oxihydroxiden van aluminium die ook als mineraal voorkomen:

• Al₂O₃: alumina (α, β en γ vorm)
• AlO(OH) Böhmiet
• Al(OH)₃ gibbsiet.

Zowel α als γ alumina worden veel gebruikt als drager-materialen in de katalyse. Zij zijn beschikbaar in een grote variëteit aan specifieke oppervlakten.

  Isotopen

Zie Isotopen van aluminium voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Aluminium heeft negen isotopen maar slechts één stabiele isotoop ²⁷Al. Daarnaast komt op aarde een spoortje ²⁶Al voor. Deze radio-isotoop is van kosmogene oorsprong. Meteoroïden worden, zolang zij zich nog vrij door de ruimte bewegen, blootgesteld aan een intensief bombardement van kosmische straling en daardoor ontstaat deze isotoop. Wanneer zij eenmaal de aarde bereikt hebben, houdt dit productieproces op en begint de vervalklok te tikken, vergelijkbaar met de wijze waarop de ¹⁴C klok dat doet. De isotoop vervalt met een halveringstijd van 720.000 jaar. Dit vervalproces maakt het mogelijk te bepalen hoe lang geleden de meteoriet de aarde bereikt heeft. Onze atmosfeer bevat ook een kleine hoeveelheid ²⁶Al, die onder invloed van kosmische straling uit argon geproduceerd wordt. Dit aluminium kan gebruikt worden om afzettingsgesteenten en erosieverschijnselen te dateren op een schaal van honderdduizenden tot miljoenen jaren.

  Toxicologie en veiligheid

In het verleden is opschudding ontstaan doordat sommige onderzoekers een verband zagen tussen aluminium en de ziekte van Alzheimer, ook een recent review-onderzoek uit deze bezorgdheid ^[2]. Het metaal heeft voor zover bekend geen biologische functie en geen grote directe giftigheid, tenzij het in forse hoeveelheden ingenomen wordt. In-vitro onderzoek heeft echter wel neurotoxiciteit aangetoond ^[2]. Het valt te bezien of er voldoende aluminium afgegeven wordt bij het gebruik van aluminium kookgerei voor dergelijke toxische effecten. In dat verband zal eerder gevaar te duchten zijn van aluminiumoxide bevattende maagzuurpillen, dan van het gebruik van aluminium kookgerei. Volgens hardnekkige geruchten zou aluminium borstkanker kunnen veroorzaken. Door gebruik van deodorant met aluminium en scheerschuim met parabenen zouden vrouwen eerder borstkanker kunnen krijgen volgens een onderzoek van McGrath (Chicago) uit 2003. Andere onderzoekers hebben hiervoor echter geen enkele aanwijzing gevonden.^[3]

  Externe links

• Lenntech over: Aluminium
• (en) EnvironmentalChemistry.com over: Aluminium
• (en) WebElements.com over: Aluminium
• (en) Gegevens van Aluminium in de GESTIS-stoffendatabank van het Duitse Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) (JavaScript nodig)
• (en) aluMATTER: website die studenten, docenten en professionals op een interactieve manier alles bijbrengt over aluminiumtechnologie en -toepassingen
• Aluminium – voordelen, toepassingen en mogelijke lasfouten

Meer mediabestanden die bij dit onderwerp horen, zijn te vinden op de pagina Aluminium op Wikimedia Commons.