Aluminium

Aluminium ist das 13. Element im Periodensystem der chemischen Elemente.

Eigenschaften

Magnesium - Aluminium - Silizium B Al Ga       Periodensystem
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Aluminium, Al, 13
Serie	Metalle
Gruppe, Periode, Block	13 (IIIA), 3, p
Dichte, Mohshärte	2700 kg/m3, 2,75
Aussehen	silbrig
Atomar
Atomgewicht	26,981538 amu
Atomradius (berechnet)	125 (118) pm
Kovalenter Radius	118 pm
van der Waals-Radius	k. A.
Elektronenkonfiguration	[Ne]3s2 3p1
e- 's pro Energieniveau	2, 8, 3
Oxidationszustände (Oxid)	3 (amphoter)
Kristallstruktur	kubisch flächenzentriert
Physikalisch
Aggregatzustand (Magnetismus)	fest (paramagnetisch)
Schmelzpunkt	933,47 K (660,32 °C)
Siedepunkt	2792 K (2519 °C)
Molares Volumen	10,00 · 10-3 m3/mol
Verdampfungswärme	293,4 kJ/mol
Schmelzwärme	10,79 kJ/mol
Dampfdruck	2,42 · 10-06 Pa bei __ K
Schallgeschwindigkeit	5100 m/s bei 933 K
Verschiedenes
Elektronegativität	1,61 (Pauling-Skala)
Spezifische Wärmekapazität	900 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit	37,7 · 106/m Ohm
Wärmeleitfähigkeit	237 W/(m · K)
1. Ionisierungsenergie	577,5 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie	1816,7 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie	2744,8 kJ/mol
4. Ionisierungsenergie	11577 kJ/mol
5. Ionisierungsenergie	14842 kJ/mol
6. Ionisierungsenergie	18379 kJ/mol
7. Ionisierungsenergie	23326 kJ/mol
8. Ionisierungsenergie	27465 kJ/mol
9. Ionisierungsenergie	31853 kJ/mol
10. Ionisierungsenergie	38473 kJ/mol
Stabilste Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE MeV ZP 26Al {syn.} 7,17 · 105 y Epsilon 4,004 26Mg 27Al 100 % Al ist stabil mit 14 Neutronen
SI-Einheiten und Standardbedingungen werden benutzt, sofern nicht anders angegeben.

Das Leichtmetall Aluminium hat eine stumpfe, silbergraue Erscheinung aufgrund der dünnen Oxidschicht, die sich sehr schnell an der Luft bildet. Diese Oxidschicht macht Aluminium sehr korrosionsbeständig. Aluminium ist das dritthäufigste Element in der Erdkruste und tritt nur chemisch gebunden auf. Aluminium ist ein guter elektrischer Leiter, es ist zudem sehr weich, dehnbar und kann durch Auswalzen zu dünner Folie verarbeitet werden. Seit 1965 steht Aluminium im Verdacht möglicherweise Alzheimer auslösen zu können.

Vorkommen

Aluminium kommt in der Natur häufig als Aluminiumsilikat xAl₂O₃*ySiO₂*M₂O vor. Reines Al₂O₃ kommt nur selten vor und ist uns bekannt als Edel- und Halbedelstein. Je nach Verunreinigung sprechen wir von Smaragden, Rubinen oder Saphiren. Weit aus häufiger kommt Aluminium im Bauxit vor

Herstellung

Erstmals (1825) durch Oersted aus Aluminiumchlorid und Kaliumamalgam, später (1827) durch Wöhler aus Aluminiumchlorid und metallischem Kalium. Technisch wird Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse hergestellt (Kryolith-Tonerde-Verfahren, Bayer-Verfahren). Die Herstellung von Aluminium ist energieaufwendig. Der Energieaufwand beträgt etwa 13-16 KWh/kg.

Verwendung

Wegen der geringen Dichte von Aluminium wird dieses Metall vor allem in der Produktion für Luft und Raumfahrt eingesetzt; auch im Fahrzeugbau hat Aluminium eine steigende Bedeutung. In Legierungen mit Silizium und anderen Metallen werden Festigkeiten in Stranggussprofilen erreicht, die denen von Stahl nur wenig nachstehen. Damit wird das Aluminium zur Gewichtsreduzierung sehr beliebt. Insebesondere im Flugzeugbau und in der Weltraumtechnik ist Aluminium der Werkstoff der Wahl. Kraftfahrzeughersteller nutzen den Werbeeffekt des Werkstoffes.

Im Haushalt trifft man Aluminium in Form von Getränkedosen und Aluminiumfolie an, zuweilen auch als Kochtöpfe. Umweltverbände kritisieren den Einsatz von Aluminium wegen des hohen Resourcenverbrauchs in der Herstellung.

In Pulverform (< 500µm) ist es, vorallem wenn es nicht phlegmatisiert ist, aufgrund seiner großen Oberfläche sehr reaktiv. So reagiert es z.B. mit Wasser unter Abgabe von Wasserstoff zu Aluminiumoxid. Ebenso ist es für die stark exotherme (bis zu 2500°C) Thermit-Reaktion unerlässlich. Vorsicht: nicht phlegmatisierter Aluminiumstaub entzündet sich bei Luftkontakt explosionsartig von selbst, er hat das Gefahrenzeichen [F+].

Aluminiumlegierungen

Die erste hochfeste, aushärtbare Aluminiumlegierung bekam 1907 den Markennamen Duraluminium.

Aluminium kann im schmelzflüssigen Zustand mit Kupfer, Magnesium, Silizium, Eisen, Titan, Beryllium, Chrom, Zink, Zirkon und Molybdän legiert werden um bestimmte Eigenschaften zu fördern oder andere, ungewünschte Eigenschaften zu unterdrücken

Aluminiumgusslegierungen Herstellung von Motoren- und Getriebegehäusen
Aluminiumknetlegierungen Platten und Bandproduktion durch Warmumformen (Walzen, Strangpressen)
Aushärtung von Aluminiumlegierungen Gitterverspannung durch Abschrecken
Es gibt Aluminium Knetlegierungen AW(eng. wrought) z.b. AlMg4,5Mn und Aluminium Gußlegierungen AC. Aluminium Gußlegierungen werden z.b für Leichtmetallfelgen verwendet.

Auflistung verschiedener typischer Aluminiumlegierungen.

Aluminiumverarbeitung

Urformen:

• Strangguss
• Druckguss
• Strangpressen

Beispiele chemischer Verbindungen

Aluminiumoxid Al₂O₃ auch als Tonerde oder Korund bekannt, liegt als weißes Pulver oder als sehr harte Kristalle vor, wird als Schleif- oder Poliermittel verwendet. Kaliumaluminiumsulfat KAl(SO₄)₂, bekannt als "Alaun" zum Blutstillen. Aluminiumacetat (CH₃-COO)₃Al, bekannt als essigsaure Tonerde für entzündungshemmende Umschläge. Aluminiumorganische Verbindungen - Triethyaluminium u.v.m. - werden im großtechnischen Massstab als Katalysatoren in der Polyethylen-Herstellung eingesetzt, ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Halbleitertechnik. Hier werden flüchtige Aluminiumalkyle - Trimethylaluminium, Triethylaluminium etc.- als Vorstufen zur CVD (Chemical-Vapor-Deposition)- Abscheidung von Alumiumoxid verwendet, das man als Isolator und Ersatz für das nicht ausreichend isolierende Siliziumdioxid einsetzt. Bei der Aluminothermie wird Aluminium zur Gewinnung anderer Metalle und Halbmetalle verwendet.