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Physikalisch-chemische Eigenschaften |
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| Reines
Aluminium glänzt silbergrau, es ist so weich, dass man es leicht mit
einem Messer ritzen kann. Die erklärt auch, warum sich Aluminium ohne
Probleme zu dünnen Blechen und Folien walzen lässt. Aluminium
hat eine niedrige Schmelztemperatur und besitzt eine sehr gute elektrische
Leitfähigkeit und gute Wärmeleitfähigkeit.
Fein verteiltes Aluminium verbrennt an der Luft unter Lichtblitz und starker
Wärmeentwicklung zu Aluminiumoxid:
4 Al + 3 O2 
2 Al2O3 ΔHR
= -3352 kJ/mol
Obwohl Aluminium ein relativ unedles Metall ist - es steht in der Spannungsreihe zwischen Mangan und Magnesium - ist es gegen Luftfeuchtigkeit und Luftsauerstoff viel unempfindlicher als Eisen. Dies beruht auf der dünnen Oxidschicht, die sich bei frisch angeritztem Aluminium innerhalb weniger Sekunden bildet und das darunter liegende Aluminium vor weiterer Korrosion schützt. Aluminium reagiert sehr gerne mit Sauerstoff und eignet sich als Reduktionsmittel zum Beispiel bei der Herstellung von Roheisen aus Eisenerz (Thermitverfahren). Das Aluminiumpulver entzieht dabei dem Metalloxid die Sauerstoffatome.
Von Salzen verschiedener
Metalle (Blei, Eisen, Kupfer, Nickel, Natrium, Quecksilber, Zink und Zinn)
wird Aluminium angegriffen. Es löst sich auch sehr leicht in starken
Säuren unter Wasserstoffbildung und Bildung der entsprechenden Salze,
mit Salzsäure erhält man Aluminiumchlorid
und Wasserstoff:
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Toxikologie |
| Die
akute toxische Wirkung von Aluminium und seinen Verbindungen ist relativ
gering. Beim Verschlucken werden sie über die Niere ausgeschieden.
Bei Personen mit Nierenfunktionsstörungen können hierbei aber
auch Probleme auftreten. Das Metall hat die Eigenschaft, sich um Amalgamfüllungen
herum anzulagern. Eine andere Aufnahmemöglichkeit besteht bei der
Gabe von aluminiumhaltigen Antazida oder bei Dialysepatienten über
die Gabe von aluminiumsalzhaltiger Dialyseflüssigkeit. Die Aluminiumionen
lagern sich im Gehirngewebe ein. Ein bekanntes Krankheitsbild ist die Dialyseenzephalopathie.
Lit [37]
Es ist eine Erkrankung des Zentralnervensystems, bei der Symptome wie Gedächtnisstörungen
oder Krampfanfälle und im Endstadium Demenz auftreten.
Beim Einatmen von Aluminiumstäuben über einen längeren Zeitraum hinweg können chronische Lungenkrankheiten entstehen. |
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Vorkommen |
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Das
Metall steht in der Elementhäufigkeit mit
einem Anteil von 7,57% an dritter Stelle nach Sauerstoff
und Silicium. Es kommt elementar in der Natur
nur sehr selten vor, meistens in Form von silbergrau glänzenden Einlagerungen
in bestimmten Gesteinen. In den Feldspäten und Glimmern ist Aluminium
als Aluminiumsilicat chemisch gebunden. Das Mineral Korund (Rubin,
Saphir) enthält Aluminiumoxid. Das wichtigste Aluminiumerz ist der
Bauxit, der im wesentlichen aus
einem Gemisch von Al-Hydroxiden und Al-Oxiden besteht. Die wichtigsten
Erzvorkommen befinden sich in Australien, Guinea, Brasilien, Jamaika, Indien,
Guyana und Indonesien.
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Geschichte |
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Aluminium
als Element wurde im Jahre 1825 von dem Dänen Hans Christian Oersted
(1777-1851) bei der Zerlegung von Alaunerde entdeckt. Der Name leitet sich
daher von lateinisch alumen ("Alaun")
ab. Reines Aluminium stellte Friedrich
Wöhler (1800-1882) im Jahre 1827 durch Reduktion von Aluminiumchlorid
mit Kalium her. An den erhaltenen Metallflittern
konnte Wöhler erstmals die Eigenschaften des Metalls untersuchen.
Im Jahre 1854 gelang dem Pariser Chemiker Henri Sainte-Claire Deville (1818-1881) eine Darstellung des reinen Aluminiums aus dem Mineral Kryolith durch eine Reduktion mit Natrium. Dadurch war die Grundlage für die großtechnische Produktion des heute sehr bedeutenden Metalls gelegt. |
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Herstellung |
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| Die
Herstellung aus Bauxit erfolgt in
zwei Schritten: Das Erz wird zunächst von Verunreinigungen gereinigt,
so dass man reine Tonerde (Aluminiumoxid) erhält. Durch Zugabe von
Natronlauge wird das im fein gemahlenen Bauxit enthaltene Aluminiumhydroxid
zu wasserlöslichem Natriumaluminat Na[Al(OH)4] umgewandelt.
Die ebenfalls enthaltenen Oxide der anderen Metalle gehen nicht in Lösung,
sie bleiben im sogenannten Rotschlamm zurück. Die typische rote Farbe
des Rotschlammes wird durch Eisenhydroxide verursacht. Die Metalloxide
und -hydroxide können aus dem Rotschlamm abfiltriert werden, so dass
die Natronlauge im Filtrat verbleibt. Durch Abkühlen auf unter 90°C
und durch Zugabe von Impfkristallen erhält man reines Aluminium(III)-oxid-Trihydrat
. Die Natronlauge wird abgetrennt, nach dem Erhitzen auf über 1200°C
erhält man trockene Tonerde oder Aluminiumoxid Al2O3.
[Lit 7 und 74]
Das Metall wird anschließend
in der Schmelzfluss-Elektrolyse nach Hall-Héroult
gewonnen. Um den Schmelzpunkt der Tonerde herabzusetzen, gibt man das Flussmittel
Kryolith hinzu. Die Elektrolyse
erfolgt bei einer Spannung von etwa 5 Volt. Das Aluminium bildet sich an
der Kohle-Kathode, es ist aufgrund der hohen Badtemperatur von 950°C
flüssig.
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Verwendung |
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Aluminium
und seine Legierungen gehören heute zu den wichtigsten Werkstoffen
zum Bau von Profilen, Rohren und Blechen. In der Lebensmittelindustrie
ist Aluminiumfolie ein wichtiges Verpackungsmittel. Das Metall dient aber
auch zur Herstellung von Kochgeschirr, Milchkannen und Trinkbechern. Aluminiumbronze
wird in Rostschutzfarbe eingesetzt und spielt bei der Herstellung von Feuerwerkskörpern
und Sprengstoffen eine Rolle. In Grießform wird es beim Thermitschweißen
eingesetzt. Reinstes Aluminium wird in elektrischem Leitermaterial eingesetzt,
beispielsweise in Hochspannungsleitungen. Duraluminium ist eine wichtige
Aluminiumlegierung für den Fahrzeug- und Maschinenbau und für
die Luftfahrt. Sie enthält neben dem Aluminium etwa 4% Kupfer,
0,5% Magnesium und 0,6% Mangan,
sowie Spuren von Eisen und Silicium.
Beim Eloxieren wird das Aluminium auf elektrolytischem Weg oxidiert. Der zu eloxierende Gegenstand wird als Anode in eine Elektrolytlösung, bestehend aus verdünnter Schwefelsäure, gehängt. Beim Anlegen einer Spannung entsteht an der Kathode (Blei oder Aluminium) Wasserstoff und die Anode überzieht sich mit einer Oxidschicht. Diese Schicht ist besonders dick, widerstandfähig und schützt gut vor Korrosion. Die Eloxalschicht enthält Poren, in die man Farbstoffe einlagern kann. So erhalten eloxierte Gegenstände ein ästhetisch ansprechendes Aussehen. |
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Experimente - Medien |
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| Schmelzfluss-Elektrolyse
Demonstrationen zum Thermitverfahren Thermitschweißen bei der Bahn |
| Copyright: Thomas Seilnacht |
