Hliníková história, vlastnosti, štruktúra, získanie, použitie

On hliník Je to kovový prvok, ktorý patrí do skupiny 13 (iii A) periodickej tabuľky a je reprezentovaný symbolom pre. Je to ľahký kov s nízkou hustotou a tvrdosťou. Po amfoterických vlastnostiach ho niektorí vedci klasifikovali ako metalloid.

Je to ťažný a veľmi poddajný kov, takže sa okrem akéhokoľvek typu predmetu alebo postavy podáva na výrobu drôtu, hliníkových listov s malú hrúbku; Napríklad slávne plechovky so svojimi zliatinami alebo hliníkovou fóliou, s ktorou sú zabalené jedlo alebo dezerty.

Pokrčená hliníková fólia, jeden z najjednoduchších a denných predmetov vyrobených z tohto kovu. Zdroj: pexels.

Človek použil hliník (hliník a hydratovaný draslík) už od staroveku v medicíne, opaľovaní kože a ako mordant na zafarbenie tkanív. Ich minerály teda boli vždy známe.

Hliník ako kov bol však izolovaný veľmi neskoro, v roku 1825, Øerstedom, ktorý viedol k vedeckej činnosti, ktorá umožnila priemyselné použitie toho istého. V tom okamihu bol hliník najdôležitejším kovom po železniu.

Hliník je hlavne v hornej časti zemskej kôry, ktorá predstavuje 8% hmotnosť rovnakej hmotnosti. Zodpovedá svojmu tretím najhojnejším prvkom, ktorý je prekonaný kyslíkom a kremíkom v jeho mineráloch oxidu kremičitého a kremičitanu.

Bauxitu je asociáciou minerálov, medzi ktorými patrí: hlinitého (oxid hlinitý) a kovové oxidy železa, titán a kremík. Predstavuje hlavný prírodný zdroj pre vykorisťovanie ťažby hliníka.

[TOC]

História

Kamenec

V Mezopotámii, 5 000 rokov do. C., Už vyrábali keramiku pomocou hliniek obsahujúcich hliníkové zlúčeniny. Medzitým 4000, Babylončania a Egypťania používali hliník v niektorých chemických zlúčeninách.

Prvý písomný dokument týkajúci sa hliníka vytvoril Grécky historik Herodotus v 5. storočí. C. Hliník [Kal (tak₄)₂· 12h₂Alebo] sa použil ako mordant pri farbení tkanín a na ochranu dreva, s ktorými boli navrhnuté dvere silných stránok požiarov.

Rovnakým spôsobom sa Plinio „El Viejo“ v 1. storočí vzťahuje na kamenec, dnes známy ako hliník, ako látka používaná v medicíne a Mordant.

Od šestnásteho storočia bol kamenec použitý v opálení. Bola to želatínová látka, ktorá dala papier konzistentnosť a umožnila jeho použitie písomne.

V roku 1767 dosiahol švajčiarsky chemik Torbern Bergman syntézu hliníka. Aby to urobil, zahrial Lunitu [Kal₃(SW₄)₂(Oh)₆] s kyselinou sírovou a potom pridané do roztoku.

Uznanie v hliníku

V roku 1782 francúzsky chemik Antoine Lavoisier povedal, že alumina (k₂Ani₃) Bol to oxid prvku. To má takú afinitu k kyslíku, ktorú bolo ťažké oddeliť. Preto Lavoisier predpovedal vtedy existenciou hliníka.

Neskôr, v roku 1807, anglický chemik Sir Humphry Davy podrobil hliníku elektrolýze. Metóda, ktorú použil, však vytvoril hliníkovú zliatinu s draslíkom a sodnom, takže kov nemohol izolovať.

Davy poznamenal, že HelD mal kovovú základňu, ktorá pôvodne označovala ako „hliník“, založenú na latinskom slova „kamenec“, názov používaný pre hliník. Následne Davy zmenil názov na „hliník“, aktuálne meno v angličtine.

V roku 1821 sa nemeckému chemikovi Eilhardovi Mitscherlichovi podarilo objaviť správny vzorec hlinitého:₂Ani₃.

Izolácia

V tom istom roku francúzsky geológ Pierre Berthier objavil hliníkový minerál v skalnatom reddish hlinke vo Francúzsku, v regióne Les Baux. Berthier označil minerál ako bauxitu. Tento minerál je v súčasnosti hlavným zdrojom hliníka.

V roku 1825 dánsky chemik Hans Christian Øersted produkoval kovový bar údajného hliníka. Popísal to ako „kus kovu, ktorý má farbu a jas, ktorý vyzerá trochu ako cínu“. Ørsted by to mohol dosiahnuť znížením chloridu hliníka, ALCL₃, S amalgamom draslíka.

Predpokladalo sa však, že výskumný pracovník nezískal čistý hliník, ale zliatinu hliníka a draslíka.

V roku 1827 sa nemecký chemik Friedrich Wöehler podarilo vyrobiť asi 30 gramov hliníkového materiálu. Potom, po 18 rokoch výskumnej práce, Wöehler v roku 1845 dosiahol produkciu krvných buniek veľkosti čela, so sivým a šedým leskom.

Wöehler dokonca opísal niektoré kovové vlastnosti, ako napríklad farba, špecifická hmotnosť, ťažnosť a stabilita.

Priemyselná produkcia

V roku 1855 francúzsky chemik Henri Sainte-Claire Deville zlepšil metódu Wöehler. Na tento účel použil redukciu chloridu hliníka alebo chloridu hlinitý sodným s kovovým sodíkmi pomocou kreolu (Na₃ALF₆) ako tok.

To umožnilo priemyselnú výrobu hliníka v Rouen vo Francúzsku a medzi rokmi 1855 a 1890 sa dosiahla výroba 200 ton hliníka.

Môže vám slúžiť: Shortrasol papier

V roku 1886 francúzsky inžinier Paul Herult a americký študent Charles Hall nezávisle vytvorili metódu výroby hliníka. Táto metóda pozostáva z elektrolytickej redukcie oxidu hlinitého v roztavenom kreole, s použitím kontinuálneho prúdu.

Táto metóda bola účinná, ale mala problém s vysokou požiadavkou na elektrinu, ktorá zvýšila výrobu. Herult vyriešil tento problém založením svojho priemyslu v Neuhausene (Švajčiarsko), aby využil RIN Cataracts ako generátorov elektriny.

Hall bol pôvodne nainštalovaný v Pittsburgu (EE.Uu.), Ale potom presťahoval svoj priemysel v blízkosti katarakty Niagara.

Nakoniec v roku 1889 Karl Joseph Bayer vytvoril metódu výroby hlinitého. To pozostáva z zahrievania bauxitu vo vnútri uzavretej nádoby s alkalickým roztokom. Počas procesu zahrievania sa obnoví frakcia hlinitého v roztoku soľného roztoku.

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Fyzický vzhľad

Kovová hliníková kocka. Zdroj: Carsten Niehaus [verejná doména]

Hlúpická šedá -Gray Solid s kovovým leskom (vynikajúci obrázok). Je to mäkký kov, ale stvrdne s malým množstvom kremíka a železa. Okrem toho sa vyznačuje tým, že je veľmi ťažká a kladiteľná, pretože hliníkové listy hrúbky môžu byť vyrobené až do 4 mikrónov.

Atómová hmotnosť

26 981 u

Atómové číslo (z)

13

Bod topenia

660,32 ° C

Bod varu

2.470 ° C

Hustota

Okolitá teplota: 2,70 g/ml

Fúzny bod (kvapalina): 2 375 g/ml

Jeho hustota je značne nízka v porovnaní s hustotou iných kovov. Z tohto dôvodu je hliník celkom ľahký.

Fúzne teplo

10,71 kJ/mol

Odparovanie

284 kj/mol

Molárna kalikára

24,20 J/(mol · k)

Elektronegativita

1,61 v Pauling Scale

Ionizačná energia

-Prvé: 577,5 kJ/mol

-Po druhé: 1.816,7 kJ/mol

-Tretie: 2.744,8 kJ/mol

Tepelná rozťažnosť

23,1 um/(m · k) pri 25 ° C

Tepelná vodivosť

237 w/(m · k)

Hliník má tepelnú vodivosť trikrát väčšiu ako oceľ.

Elektrický odpor

26,5 NΩ · m pri 20 ° C

Jeho elektrická vodivosť je 2/3, z čoho sa meď predstavuje.

Magnetický poriadok

Paramagnetický

Tvrdosť

2,75 na stupnici Mohs

Reaktivita

Hliník je odolný proti korózii, pretože keď je tenká vrstva oxidu vystavená vzduchu vzduchu₂Ani₃ ktorý sa tvorí na jeho povrchu, bráni oxidácii v pokračovaní vo vnútri kovu.

V kyslých roztokoch reaguje s vodou za vzniku vodíka; zatiaľ čo v alkalických roztokoch hlinitý ión (al₂^-).

Zriedené kyseliny ich nemôžu rozpustiť, ale robí to v prítomnosti koncentrovanej kyseliny chlorovodíkovej. Hliník je však koncentrovaný kyselina dusičná, hoci je napadnutý hydroxidmi na výrobu vodíka a hlinitého iónu.

Hliník spreju je spálený v prítomnosti kyslíka a oxidu uhličitého za vzniku oxidu karbidu hliníka a hliníka. Môže byť korodovaný chloridom prítomným v roztoku chloridu sodného. Z tohto dôvodu sa odporúča používanie hliníka v potrubiach.

Hliník sa oxiduje vodou pri teplotách pod 280 ° C.

2 až (s) +6 h₂O (g) => 2AL (OH)₃(s) +3h₂g)+teplo

Elektronická štruktúra a konfigurácia

Hliník za to, že je kovovým prvkom (s niektorými s metaloidnými farbivami), ich atómy, ktoré sa navzájom interagujú vďaka kovovej väzbe. Táto nesmerová sila sa riadi svojimi valenčnými elektrónmi, ktoré sú rozptýlené sklom vo všetkých jeho rozmeroch.

Takéto valenčné elektróny sú nasledujúce podľa elektronickej konfigurácie hliníka:

[Ne] 3s² 3p¹

Preto je hliník trojitý kov, pretože má tri elektróny vo Valencii; dva v orbitáli 3S a jeden v 3p. Tieto orbitály sa prekrývajú, aby vznikli molekulárne orbitály 3 s a 3p, takže spolu nakoniec vytvoria jazdecké pásy.

Skupina S je plná, zatiaľ čo kapela P má veľa neobsadených pre viac elektrónov. Preto je hliník dobrý vodič elektriny.

Hliníkové kovové spojenie, polomer jeho atómov a jeho elektronické charakteristiky definujú FCC (Face Cenred Cubic, pre svoju skratku v angličtine). Takýto kryštál FCC je zjavne jediným známym veľa hliníka, takže určite odoláva vysokým tlakom, ktoré na ňom pracujú.

Oxidácia

Elektronická konfigurácia hliníka okamžite naznačuje, že je schopná stratiť až tri elektróny; to znamená, že má vysokú tendenciu tvoriť katión³⁺. Ak sa existencia tohto katiónu predpokladá v zlúčenine odvodenej z hliníka, hovorí sa, že to má +3 oxidačné číslo; Ako je dobre známe, je to najbežnejšie pre hliník.

Pre tento kov však existujú aj ďalšie možné oxidačné čísla, aj keď zriedkavé; ako: -2 (do^2-), -1 (do^-), +1 (do⁺) a +2 (do²⁺).

Môže vám slúžiť: oxid lítia

V Al₂Ani₃, Napríklad hliník má +3 oxidačné číslo (pri₂³⁺Ani₃^2-); zatiaľ čo v Ali a Allo, +1 (do⁺F^-) a +2 (do²⁺Ani^2-), respektíve. Avšak za normálnych podmienok alebo situácií je A (iii) alebo +3 zďaleka najhojnejším oxidačným číslom; Odkedy Al³⁺ je izolektronický až ušľachtilý neónový plyn.

Preto sa v školských textoch vždy predpokladá, a správne, že hliník má +3 ako jediné číslo alebo stav oxidácie.

Kde je to a získajte

Hliník je koncentrovaný vo vonkajšom pruhu zemskej kôry, ktorý je jej tretím prvkom, ktorý prekonal iba kyslík a kremík. Hliník predstavuje 8% hmotnosti zemskej kôry.

Nachádza sa v igneóznych skalách, hlavne: hlinítko, živce, feldspatoidy a sľudy. Aj v červenkastých íloch, ako taký je prípad bauxitu.

- Bauxitas

Bauxitas. Zdroj: Používateľ: Vargaa [CC By-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)]

Bauxity sú zmesou minerálov, ktoré obsahujú hydratovaný hliník a nečistoty; ako sú oxidy železa a titánu a oxid kremičitý s nasledujúcimi percentami hmotnosti:

-Do₂Ani₃ 35-60%

-Vernosť₂Ani₃ 10-30%

-SIO₂ 4-10%

-Strýko₂ 2-5%

-H₂O Ústava 12-30%.

Hliník sa nachádza v bauxite hydratovanej dvoma variantmi:

-monohydráty (al₂Ani₃· H₂O), ktoré predstavujú dve kryštalografické formy, boemite a diasporo

-Trihydráty (al₂Ani₃· 3H₂O), zastúpené gibbsitou.

Bauxita je hlavným zdrojom hliníka a dodáva väčšinu hliníka získaného ťažbou vykorisťovania.

- Hliníkové ložiská

Zmena

Hlavne bauxity tvorené 40-50% Al₂Ani₃, 20% viera₂Ani₃ a 3-10% SIO₂.

Hydrotermálny

Alunit.

Magmatický

Hlinené horniny, ktoré majú minerály, ako sú Sienitas, neflinky a anortity (20% Al₂Ani₃).

Metamorfný

Hliníkové kremičitany (Andalucita, Sillimanita a Cianita).

Detriktický

Ložiská caolin a rôzne íly (32% Al₂Ani₃).

- Vykorisťovanie

Bauxitu je využívaný na otvorenej oblohe. Akonáhle sa zbierajú horniny alebo íly, ktoré ich obsahujú, sú rozdrvené a mleté ​​v mlynoch guľôčok a mlynov, kým nedostanete častice s priemerom 2 mm. V týchto procesoch zostáva ošetrený materiál zvlhčený.

Pri získavaní hlinitého procesu, ktorý vytvoril Bayer, sleduje v roku 1989. Uzemnený bauxit sa trávi pridaním hydroxidu sodného, ​​ktorý tvorí hliník sodný, ktorý je solubilizovaný; Kým kontaminanty železa, titánu a kremíka zostávajú v suspenzii.

Znečisťujúce látky sa zvolia a trihydratuje hlinitého hlinitého z hliniaka sodného na ochladenie a riedenie. Následne je opísaný, že trihydrátový hliník spôsobuje bezvodý a vodný hliník.

- Elektrolýza

Na získanie hliníka je hliník vystavený elektrolýze, zvyčajne podľa metódy vytvorenej Hall-Hrult (1886). Tento proces spočíva v redukcii hlinitého roztavenia v kreole.

Kyslík sa viaže na uhlíkovú anódu a uvoľňuje sa ako oxid uhličitý. Medzitým sa oslobodený hliník ukladá na spodku elektrolytickej bunky, kde sa hromadí.

Zliatiny

Hliníkové zliatiny sa zvyčajne identifikujú so štyrmi číslami.

1xxx

Kód 1xxx zodpovedá hliníku s 99% čistotou.

2xxx

Kód 2xxx zodpovedá hliníkovej zliatine s meďou. Sú to silné zliatiny, ktoré sa používali vo leteckých vozidlách, ale praskli koróziou. Tieto zliatiny sú známe ako Duraluminoso.

3xxx

Kód 3xxx pokrýva zliatiny, v ktorých sa pridáva hliník mangánu a malé množstvo horčíka. Sú veľmi odolné voči noseniu, pomocou zliatiny 3003 v vypracovaní kuchynských náter a 3004 v nápojoch nápojov.

4xxx

Kód 4xxx predstavuje zliatiny, v ktorých sa k hliníku pridáva kremík, ktorý znižuje bod topenia merača. Táto zliatina sa používa pri vypracovaní zváracích vodičov. 4043 zliatiny sa používa pri zváraní automobilov a štrukturálnych prvkoch.

5xxx

Kód 5xxx pokrýva zliatiny, v ktorých sa pridáva hlavne hliník.

Sú silné a odolné zliatiny voči korózii morskej vody, ktoré sa používajú na výrobu tlakových nádob a rôznych morských aplikácií. 5182 zliatiny sa používa na výrobu plechoviek na občerstvenie.

6xxx

Kód 6xxx zahŕňa zliatiny, v ktorých sa pridá kremík a horčík na hliník. Tieto zliatiny sú formovateľné, zvárateľné a odolné proti korózii. Najbežnejšia zliatina tejto série sa používa v architektúre, bicyklových rámcoch a pri vypracovaní iPhone 6.

7xxx

Kód 7xxx označuje zliatiny, v ktorých sa zinok pridáva do hliníka. Tieto zliatiny, tiež nazývané Ergal, sú odolné voči rozbitiu a majú veľkú tvrdosť, pričom pri výstavbe lietadiel používajú zliatiny 7050 a 7075.

Riziká

Priama expozícia

Kontakt s práškovým hliníkom môže spôsobiť podráždenie pokožky a očí. Vysoká a predĺžená expozícia hliníku môže spôsobiť príznaky podobné chrípke, bolesti hlavy, horúčke a zimnice; Okrem toho sa môže vyskytnúť bolesť a prsný útlak.

Môže vám slúžiť: rozsiahle vlastnosti hmoty

Vystavenie jemného hliníka prachu môže spôsobiť pľúcne jazvy (pľúcna fibróza), so symptómami kašľa a dýchacím skrátením. OSHA stanovila limit 5 mg/m³ Na vystavenie hliníkovému prachu za 8 -hodinový deň denne.

Hodnota biologickej tolerancie pre pracovnú expozíciu hliníku bola stanovená v 50 ug/g kreatinínu v moči. Zvyšujúca sa výkonnosť v neuropsychologických testoch je prezentovaná, keď koncentrácia hliníka v moči presahuje 100 ug/g kreatinínu.

Rakovina prsníka

Hliník sa používa ako hydrochlorid hliníka v dezodorantoch antitranspirantov, ktorý súvisel s výskytom rakoviny prsníka. Tento vzťah však nebol jasne stanovený okrem iného, ​​pretože absorpcia pokožky hydrochloridu hlinitého je iba 0,01%.

Neurotoxické účinky

Hliník je neurotoxický a u ľudí s profesijnou expozíciou súvisel s neurologickými chorobami, medzi ktoré patrí Alzheimerova choroba.

Mozog Alzheimerových pacientov má vysokú koncentráciu hliníka; Ale nie je známe, či je príčinou choroby alebo dôsledkom toho.

Bola stanovená prítomnosť neurotoxických účinkov u dialyzačných pacientov. V tomto postupe sa ako fosfátové spojivo použili hliníkové soli, ktoré produkovali vysoké koncentrácie hliníka v krvi (> 100 ug/l plazmy).

Postihnutí pacienti mali dezorientáciu, problémy s pamäťou a v pokročilých štádiách, demencia. Neurotoxicita hliníka je vysvetlená, pretože je ťažké odstrániť mozog a ovplyvniť jeho činnosť.

Hliníkový príjem

Hliník je prítomný v mnohých potravinách, najmä v čaji, korení a všeobecne, zelenine. Európsky úrad pre bezpečnosť potravín (EFSA) stanovil limit tolerancie pre príjem hliníka v potravinách 1 mg/kg dennej hmotnosti.

V roku 2008 EFSA odhadovala, že denný príjem hliníka v potravinách sa pohyboval medzi 3 a 10 mg za deň, takže sa dospelo k záveru, že nepredstavuje zdravotné riziko; ako aj použitie hliníkového náčinia na varenie potravín.

Žiadosti

- Ako kov

Elektrický

Hliník je dobrý elektrický vodič, takže používa v zliatinách v elektrických prenosových vedeniach, motoroch, generátoroch, transformátoroch a kondenzátoroch.

Výstavba

Hliník sa používa pri vypracovaní dverí a okien, priečok, káblov, povlakov, tepelných izolátorov, stropov atď.

Spôsob dopravy

Hliník sa používa pri výrobe častí automobilov, lietadiel, nákladných automobilov, bicyklov, motocyklov, lodí, kozmických lodí, železničných vozidiel atď.

Kontajnery

Hliníkové plechovky pre rôzne odrody potravín. Zdroj: pxhere.

S hliníkovými plechovkami sa vyrábajú na nápoje, sudy na pivo, podnosy atď.

Domov

Hliníkové lyžice. Zdroj: pexels.

Hliník slúži na výrobu kuchynského náčinia: hrnce, panvice, pailas a baliaci papier; Okrem nábytku, žiaroviek atď.

Reflexná sila

Hliník efektívne odráža žiarivú energiu; Od ultrafialového svetla po infračervené žiarenie. Reflexná sila hliníka k viditeľnému svetlu je okolo 80%, čo umožňuje jeho použitie ako obrazovku v žiarovkách.

Hliník si okrem toho zachováva svoj reflexný znak aj vo forme jemného prachu, takže sa dá použiť pri vypracovaní strieborných farieb.

- Hliníkové zlúčeniny

Alumina

Používa sa na výrobu kovového hliníka, izolátorov a zapaľovacích sviečok. Keď sa hliník zahrieva, vyvinie pórovitú štruktúru, ktorá absorbuje vodu, pričom používa plyny a slúži ako sedadlo pri pôsobení katalyzátorov niekoľkých chemických reakcií.

Síran hliník

Používa sa vo výrobe papiera a ako povrchová náplň. Hliníkový síran slúži na tvorbu hliníka a hliníka draselného [KAL (SO SO₄)₂· 12h₂Buď]. Toto je najpoužívanejší hliník a s mnohými aplikáciami; ako je výroba liekov, maľby a mordant na farbenie látky.

Chlorid hliníka

Je to najpoužívanejší katalyzátor v reakciách Friedel-Crafts. Toto sú syntetické organické reakcie používané pri príprave aromatických ketónov a antrachinónu. Hydratovaný chlorid hliníka sa používa ako lokálny a dezodorantný antitranspirant.

Hydroxid hliníka

Používa sa na vodotesné tkanivá a výrobu hlinitých.

Odkazy

1. Triasť a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Hliník. Zdroj: In.Wikipedia.orgán
3. Národné centrum pre biotechnologické informácie. (2019). Hliník. Databáza pubchem. CID = 5359268. Získané z: pubchem.Ncbi.NLM.NIH.Vláda/zlúčenina/hliník
4. Redaktori Enyclopaedia Britannica. (13. januára 2019). Hliník. Encyclopædia Britannica. Získané z: Britannica.com
5. Rusal UC. (s.F.). História študentov. Zdroj: hliniumleader.com
6. Univerzita. (2019). Hliníková metalurgia. [PDF]. Získané z: Unioviedo.je
7. HelMestine, Anne Marie, PH.D. (6. februára 2019). Hliník alebo hliníkový spojenec. Zotavené z: Thoughtco.com
8. Klotz, K., Weishöfer, w., Neff, f., Hartwig, a., Van Thriel, C., & Drexler, h. (2017). Účinky zdravotných účinkov expozície hliníka. Deutsches Arzteblatt International, 114(39), 653-659. Doi: 10.3238/arztebl.2017.0653
9. Elsevier. (2019). Hliníkové zliatiny. Zdroj: ScienceDirect.com
10. Natalia g. M. (16. januára 2012). Dostupnosť hliníka v potravinách. Získaný z: spotrebiteľa.je