Aluminium

Aluminium
Nummer 13 Tecken Al Grupp 13 Period 3 Block p
B ↑ Al ↓ Ga Magnesium ← Aluminium → Kisel     [Ne] 3s^2 3p^1             13Al                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         Emissionsspektrum
Generella egenskaper
Relativ atommassa	26,9815385(7)[1] u
Utseende	Silverfärgad
Fysikaliska egenskaper
Densitet	2,7 g/cm^3
– flytande, vid smältpunkten	2,375 g/cm^3
Aggregationstillstånd	Fast
Smältpunkt	933,47 K (660,32 °C)
Kokpunkt	2 743 K (2 470 °C)
Molvolym	10 × 10^−6 m³/mol
Smältvärme	10,7[2] kJ/mol
Ångbildningsvärme	284[3] kJ/mol
Specifik värmekapacitet	897[4] J/(kg × K)
Molär värmekapacitet	24,2 J/(mol × K)
Ångtryck Tr. (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k Te. (K) 1 482 1 632 1 817 2 054 2 364 2 790
Atomära egenskaper
Atomradie	143 pm
Kovalent radie	121 ± 4 pm
van der Waalsradie	184[5] pm
Elektronaffinitet	42,5 kJ/mol
Jonisationspotential	Första: 577,5 kJ/mol Andra: 1 816,7 kJ/mol Tredje: 2 744,8 kJ/mol Fjärde: 11 577 kJ/mol (Lista)
Arbetsfunktion	4,06–4,26[6] eV
Elektronkonfiguration
Elektronkonfiguration	[Ne] 3s^2 3p^1
e^− per skal	2, 8, 3
Kemiska egenskaper
Oxidationstillstånd	3, 2, 1, −1, −2
Oxider (basicitet)	Al2O3 (amfoterisk)
Elektronegativitet	1,61 (Paulingskalan) 1,613 (Allenskalan)
Normalpotential	−1,676 V (Al^3+ + 3 e^− → Al)
Diverse
Kristallstruktur	Kubisk ytcentrerad
Ljudhastighet	6250–6500 (longitudinell våg) m/s 3100 (transversell våg)[7][8] m/s
Termisk expansion	23,1 µm/(m × K) (25 °C)
Värmeledningsförmåga	237 W/(m × K)
Elektrisk konduktivitet	37,7 × 10^6 A/(V × m)
Elektrisk resistivitet	28,2 nΩ × m (20 °C)
Magnetism	Paramagnetisk[9]
Magnetisk susceptibilitet	2,1 × 10^−5[10]
Youngs modul	70[11] GPa
Skjuvmodul	26 GPa
Kompressionsmodul	76 GPa
Poissons konstant	0,35[12]
Mohs hårdhet	2,75
Vickers hårdhet	167 MPa
Brinells hårdhet	245 MPa
Identifikation
CAS-nummer	7429-90-5
EG-nummer	231-072-3
Pubchem	5359268
RTECS-nummer	BD0330000
Historia
Namnursprung	Alumina, en förening (ursprungligen aluminum).[13][14]
Förutsägelse	Antoine Lavoisier[15] (1787)
Första isolation	Hans Christian Ørsted[16] (1825)
Namngivare	Humphry Davy[15] (1807)
Stabilaste isotoper
Nuklid NF t1/2 ST SE (MeV) SP ^25Al {syn.} 7,183 s β^+ 4,277 ^25Mg ^26Al Spår 7,17 × 10^5 a β^+ 4,004 ^26Mg ^27Al 100 % Stabil ^28Al {syn.} 2,2414 min β^− 4,642 ^28Si ^29Al {syn.} 6,56 min β^− 3,68 ^29Si
Säkerhetsinformation
Säkerhetsdatablad: Sigma-Aldrich
Globalt harmoniserat system för klassifikation och märkning av kemikalier GHS-märkning av farliga ämnen enligt EU:s förordning 1272/2008 (CLP) på grundval av följande källa: [17] Brandfarlig
H-fraser	H228, H250, H261
P-fraser	P210, P222, P231+232, P280, P422, P501
EU-märkning av farliga ämnen EU-märkning av farliga ämnen enligt EU:s förordning 1272/2008 (CLP) på grundval av följande källa: [17] Brandfarlig (F)
R-fraser	R10, R15, R17
S-fraser	S(2), S7/8, S43
NFPA 704 1 0 1
SI-enheter och STP används om inget annat anges.

Aluminium är ett metalliskt grundämne med atomnummer 13. Aluminium är en lättmetall. Det är den vanligaste metallen i jordskorpan.

Framställning av aluminium

Aluminium framställs av bauxit (lerjord), som innehåller mellan 50 % och 60 % aluminiumoxid. Först tas ren aluminiumoxid fram genom en kemisk process. Aluminiumoxiden löses upp och elektrolyseras vid hög värme, så kallad smältelektrolys, i en speciell ugn. Ren, smält aluminium samlas på elektrolysugnens botten, varifrån den tappas. Denna process är oerhört energikrävande.^[18]

Bauxit bryts i Ghana, Indonesien, Jamaica, Ryssland, Surinam och Ungern.

Smältverk finns i Australien, Brasilien, Island, Kanada, Kina, Norge, Ryssland, Sverige (Kubal i Sundsvall), Ungern och USA.

För att framställa ett ton aluminium används runt 10 000 kWh fossila bränslen och inemot 20 000 kWh elkraft. När man framställer aluminium av aluminiumskrot (till exempel av dryckesburkar) behövs endast 5 % av den energi som går åt för tillverkning av aluminium ur bauxit. Därför är det nästan 20 gånger så energibesparande att återvinna metallen istället för att utvinna ny.

Återvinningsprocessen för aluminium är relativt okomplicerad. Olegerad aluminium smälts först, och gjuts sedan. Legerad aluminium genomgår i vissa fall en reningsprocess innan nedsmältning och gjutning.

Avfallsdeponering av aluminium är inte aktuellt, eftersom dess återvinningsprocess är så pass billig.

Fysiska egenskaper

Aluminium är en mjuk lättmetall som är silvrig till grå i färgen.

Hårdare än tenn, mjukare än zink. Kan valsas tunt (folie, oblat) och dragas till tråd.

Vid gjutning av aluminiumföremål kan kaliumklorid användas som fluss.

Klingar starkt, om man slår på ett aluminiumföremål.

Den är en mycket god ledare för både värme och elektricitet, men är inte ferromagnetisk. Rent aluminium har en sträckgräns på 7–11 MPa medan legeringar har en sträckgräns på 200–600 MPa. Densiteten och elasticitetsmodulen är en tredjedel av ståls. Det är duktilt och kan med fördel bearbetas genom skärande bearbetning, gjutning och strängpressning. Aluminiumatomerna är ordnade i ett ytcentrerat kubiskt gitter (FCC).^[19] Rent aluminium har en elektrisk ledningsförmåga som är cirka 60 % av ren koppars ledningsförmåga.^[20]

Det är mycket svårt att löda aluminium, men med speciellt lod (handelsnamn (Alu-Sol) är det dock möjligt. Om aluminium pläteras med detta speciella lod är det möjligt att löda med vanligt lödtenn ovanpå pläteringen. Se vidare Lödning.

Korrosion

Aluminium har ett relativt gott korrosionsmotstånd i neutrala eller svagt sura miljöer beroende på förekomsten av skyddande oxidskikt. Aluminiumet bildar nämligen en cirka 10 nm tjock passiv oxidfilm som skyddar materialet i miljöer med pH mellan 4 och 9.^[21] Utanför detta intervall korroderar aluminium fort.

Legeringar uppvisar olika korrosionsmotstånd. Om legeringen innehåller koppar eller järn minskar korrosionsmotståndet. Mangan i legeringen höjer korrosionsmotståndet i sura miljöer, medan magnesium höjer korrosionsmotståndet i måttligt alkaliska miljöer.

Aluminium klarar av att vara i svavelsyra, salpetersyra och ättiksyra tack vare att det antingen bildas en passiv oxidfilm eller acetater, som isolerar aluminiumet från oxidationsmedlet.

Löser sig under utveckling av vätgas i saltsyra och basiska vätskor.

Kan legeras med koppar (aluminiumbrons) och tenn, men inte med bly.

Passiviseringen av aluminium upphävs av en vattenlösning som innehåller ca 1 mg kvicksilver

Vid kontakt med andra metaller kan korrosion uppstå, om miljön är fuktig eller om den skyddande oxidytan nötts bort på grund av friktion. Detta gäller till exempel vid kontakt med koppar och järn. Vattenlösningar som innehåller kvicksilversalter upphäver passiviseringen, enär det bildas metalliskt kvicksilver, som i sin tur bildar aluminiumamalgam. Detta leder till en reaktion med vattnet under vätgasbildning. Efter det att allt vatten har reducerats reagerar aluminiummetallen med syrgas ur luften.^[22]

Aluminiumets passiva pH-område kan vidgas något genom anodisering, varvid porer skapas. Porernas yta består av Böhmit, som är en hård form av aluminiumoxid. Porerna fylls med olika förseglingsämnen, såsom nickelacetater, som vidgar det passiva pH-området något. Anodiseringen minskar med andra ord pH-känsligheten samtidigt som det ökar nötningsmotståndet. Aluminium kan även lackeras eller beläggas med en nanobeläggning som exempelvis en silan- och/eller silikatbeläggning.

Användningsområden

Aluminiumbåt

Äldre aluminiumkastruller.

• Burkar för dryckesvaror
• Flygplanskroppar
• Fälgar
• Färgämne i livsmedel, E 173
• Förångare (kylelement)
• Båtar
• Motorer
• Fasad- och takplåt
• Alla sorters konstruktioner och möbler
• Matfolie (oblat)
• Används vid pyrotekniska produkter såsom blixtljuspulver
• Bränsle i booster-raketer till rymdfärjor
• Maskiner
• Ytskikt på tablettkartor

Historia

1808 undersökte Humphry Davy bergarten alun och kom fram till att den innehöll en okänd metall, som han inte lyckades renframställa. 1825 blandade Hans Christian Ørsted kaliumamalgam med vattenfri aluminiumklorid och fick fram en oidentifierad metall.

1827 gjorde Friedrich Wöhler om experimentet och kom fram till att det var metalliskt kalium. Han prövade sedan att byta ut kaliumamalgamet mot rent kalium, och fick till slut fram aluminium i form av ett grått pulver.^[23][24] 1845 lyckades han framställa små stycken av metallen och beskriva dess fysikaliska egenskaper.^[25]

Eftersom metallen var så svår att renframställa var den dyrare än guld. Napoleon III lär ha haft aluminiumtallrikar till speciellt fina gäster.^{[källa behövs]}

1846 lyckades Henri Sainte-Claire Deville ersätta det dyra kaliumet med billigare natrium.^[25] 1854 kunde han framställa de första aluminiumtackorna.^[23] Mellan 1854 och 1857 ägnade sig Sainte-Claire Deville åt att förbereda industriell tillverkning av aluminium, vilken också krävde uppbyggnad av industriell natriumtillverkning.^[25]

I Sainte-Claire Devilles process upphettas först bauxit tillsammans med kol, natriumklorid och torr klorgas. Processen utförs i en retort av järn i förbindelse med en kammare klädd med fajansplattor. I kammaren avsätts en gulvit massa av dubbelsaltet aluminiumnatriumklorid, förorenad med järnklorid. Sedan blandas 12 delar av massan med 2 delar natrium och 5 delar kryolit. Därpå kastas blandningen in i en upphettad flamugn, varvid massan hastigt smälter. Därvid bildas ett slagg av natriumklorid och natriumfluorid medan smält aluminium rinner utför ett sluttande golv i ugnen, där det tas upp med järnskopor och gjuts till tackor av aluminium.^[23]

År 1850 kostade aluminium, framställd med Wöhlers process, mer än 1 000 franc per kilogram. Efter 1859 hade den nya processen fått priset att sjunka till 300 franc per kg och priset fortsatte sjunka ned till drygt 100 franc 1883.^[25]

År 1883 fanns industriell tillverkning av aluminium fortfarande endast i Salindres, Frankrike och den samlade årsproduktionen var 3–4 ton.^[23]

1884 var världens största aluminiumstycke Washingtonmonumentets 2,85 kg tunga spets som kostade lika mycket som 100 dagars lön för en arbetare. Innan detta monument hunnit invigas hade priset kollapsat.

Elektrolysprocess År 1854 framställde Bunsen aluminium genom elektrolys av aluminiumnatriumklorid. År 1855 framställde H. Rose Aluminium genom att elektrolysera en blandning av kryolit och natriumklorid.^[26] 1886 uppfann Charles Martin Hall i USA och Paul Héroult i Frankrike oberoende av varandra den nuvarande metoden för aluminiumframställning, den så kallade Hall–Héroult-processen.^{[källa behövs]}

Se även

• Periodiska systemet
• Aluminiumsulfid

Källor

1. IUPAC, Standard Atomic Weights Revised v2 .
2. W. B. Frank, W. E. Haupin, H. Vogt, M. Bruno, J. Thonstad, R. K. Dawless, H. Kvande, O. A. Taiwo: Aluminium. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2009, doi:10.1002/14356007.a01_459.pub2.
3. Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. I: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
4. Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
5. Manjeera Mantina, Adam C. Chamberlin, Rosendo Valero, Christopher J. Cramer, Donald G. Truhlar: Consistent van der Waals Radii for the Whole Main Group. I: The Journal of Physical Chemistry A. 113, 2009, S. 5806–5812, doi:10.1021/jp8111556.
6. David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC Press LLC, 1998, ISBN 0-8493-0479-2.
7. Rose, Joseph L. (2004). Ultrasonic Waves in Solid Media. Cambridge University Press. sid. 44. ISBN 978-0-521-54889-2 
8. Kundu, Tribikram (2012). Ultrasonic and Electromagnetic NDE for Structure and Material Characterization. CRC Press. sid. 94. ISBN 1-4398-3663-9 
9. Lide, D. R. (2000). ”Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds”. CRC Handbook of Chemistry and Physics (Ed.81). CRC Press. ISBN 0849304814. Läst 5 november 2015 
10. Robert C. Weast (ed. in chief): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, S. E-129 bis E-145. De angivna värdena har här räknats om enligt SI.
11. ”Aluminium”. Arkiverad från originalet den 14 juli 2008. https://web.archive.org/web/20080714174141/http://wdb.ebb1.arch.tu-muenchen.de/metalle.php?doctype=2&id=1&gruppe=1. Läst 5 november 2015.  I: Baustoffsammlung der Fakultät für Architektur der TU München.
12. ”Nicht-Eisen-Metalle”. Arkiverad från originalet den 29 december 2009. https://web.archive.org/web/20091229191618/http://www.imtek.de/avt/content/upload/vorlesung/2007/wt_5_2007.pdf. Läst 5 november 2015.  (PDF)
13. Royal Society of Chemistry – Visual Element Periodic Table
14. – Online Etymological Dictionary
15. ^ [ ] ”Aluminum”. Los Alamos National Laboratory. http://periodic.lanl.gov/13.shtml. Läst 3 mars 2013. 
16. ”13 Aluminium”. Elements.vanderkrogt.net. http://elements.vanderkrogt.net/element.php?sym=al. Läst 12 september 2008. 
17. ^ [ ] Ur CLP-förordningen gällande CAS-Nr. 7429-90-5 i substansdatabasen GESTIS-Stoffdatenbank hos IFA (Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung) (Kräver JavaScript) (ty, en).
18. Ullman, Erik (2003). Materiallära. Liber AB. sid. 267. ISBN 91-47-05178-7 
19. Callister, William (2007). Materials Science and Engineering - An Introduction. John Wiley & Sons Inc. sid. 41. ISBN 978-0-471-73696-7 
20. Ullman, Erik (2003). Materiallära. Liber AB. sid. 265. ISBN 91-47-05178-7 
21. Ullman, Erik (2003). Materiallära. Liber AB. sid. 280. ISBN 91-47-05178-7 
22. J.D. Edwards, F.C. Frary, Z. Jeffries: The Aluminum Industry: Aluminum products and their fabrication, McGraw-Hill, 1930.
23. ^ [ ] Aluminium i Per Teodor Cleve: Kemiskt hand-lexikon, Hugo Gebers Förlag, Stockholm 1883
24. Wöhler, Friedrich (1827). ”Ueber das Aluminium”. Annalen der Physik und Chemie serie 2 11 (9): sid. 146–161. doi:10.1002/andp.18270870912. ISSN 0003-3804. http://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=uc1.b4433551;view=1up;seq=162. 
25. ^ [ ] Georges Flusin (1911). ”L'industrie de l'aluminium”. La Houille blanche: sid. 263–271. https://www.shf-lhb.org/articles/lhb/pdf/1911/10/lhb1911047.pdf. Läst 21 april 2021. 
26. Teknisk Tidskrift, kemi och bergsvetenskap, häfte 7, 1917

Externa länkar

• Wikimedia Commons har media som rör Aluminium.
  Bilder & media

.