Az alumínium (nyelvújításkori magyar nevén timany) a periódusos rendszer III. főcsoportjába tartozó könnyűfém. Rendszáma 13, vegyjele Al. Ezüstös színű, levegő hatására a felszínén pillanatok alatt oxidréteg alakul ki, amely megvédi a további oxidációtól. Nem színezi a lángot. Az alumíniumot és az ötvözeteit az iparban nagy mennyiségben alkalmazzák a kis sűrűségük és a kedvező mechanikai sajátságaik miatt.

Az alumínium név a latin alumen (timsó) szóból származik, melyet már az ókorban is ismertek.

Története Elsőként Lavoisier, majd Davy sejtette meg a timsóról, hogy az egy akkor még nem azonosított fém sója lehet, amit Davy nevezett el „alumíniumnak” a timsó angol alum szava után, de érdemben egyiküknek sem sikerült ezt a fémet kinyerniük. Ez először Ørstednek sikerült 1825-ben, majd Wöhler és Deville dolgozott tovább az előállításán. Az 1855. évi párizsi világkiállításon mutatták be a világ első 1 kg tömegű alumíniumtömbjét. Az ezüstösen csillogó fémdarabot „agyagezüstnek” nevezték, mivel agyagszerű ércből sikerült előállítani. Az alumínium ára akkoriban még az aranyéval vetekedett, így eleinte ékszereket készítettek belőle. Végül 1886-ban Charles Martin Hall és Paul Héroult jött rá egymástól függetlenül, hogy kriolitos elektrolízissel nagy mennyiségben előállítható, így az értéke is rohamosan zuhanni kezdett a 20. század elejére.Amikor az alumínium drágább volt az aranynál Index, 2019. február 19.

Jellemzői Az alumínium puha, vágható, ezüstfehér, porrá törve szürke könnyűfém. A levegő oxigénjével gyorsan reagál, és a felületét védő alumínium-oxid (Al2O3) miatt passzív: a tömény savak nem támadják meg. Amfoter jellegű, ebből következik, hogy lúgok (nátrium-hidroxid, kálium-hidroxid) és híg savak (sósav, citromsav, kénsav) is oldják aluminátok, illetve alumínium-sók képződése közben. Ha eltávolítjuk az oxidréteget, reagál vízzel; ekkor alumínium-hidroxid (Al(OH)3) keletkezik és hidrogéngáz szabadul fel. Az alumíniumtermékeken a védő oxidréteget mesterségesen vastagítják (eloxálás). Az alumíniumedényeket nem jó súrolni, mert a védőréteg nélkül az alumínium reakcióba lép a levegő oxigénjével és víztartalmával.

Fizikai tulajdonságai: sűrűsége: 2700 kg/m³, olvadáspontja: 660 °C, forráspontja: 2519 °C.

Kristályrácsa lapközepes köbös. Nem mágnesezhető. Szakítószilárdsága kicsi. Rosszul önthető. Kiváló hő- és elektromos vezető.

Előfordulása Az alumínium az oxigén és a szilícium után a földkéreg harmadik leggyakoribb eleme. Nagy kémiai reakcióképessége miatt elemi állapotában nem fordul elő. Fontos összetevője az agyagásványoknak, a bauxitnak, a csillámoknak és számos kőzetalkotó ásványnak, az úgynevezett alumínium-szilikátoknak.

Előállítása

Régebben alumínium-klorid nátriumos redukciójával, a Wöhler-eljárással állították elő:

Ma az alumíniumgyártás nyersanyaga a bauxit. A bauxitot először a Bayer-eljárással timfölddé alakítják, tehát az alumínium-oxidot nagy hőmérsékleten, NaOH-oldattal oldják ki. A keletkezett aluminátlúgot ülepítéssel és szűréssel szétválasztják a fel nem oldott nagy vastartalmú maradéktól, a vörösiszaptól. Az oldatból hígítással és hűtéssel választják ki az alumínium-hidroxidot. Ezt szűrik, majd csőkemencében víztelenítik (kalcinálják), aminek eredményeként alumínium-oxid képződik. Ezután a Hall–Héroult-eljárással a timföldhöz kriolitot kevernek, hogy csökkentsék olvadáspontját, majd hevítik, és elektrolízissel alumíniummá redukálják:

Negatív elektródként grafittal, vagy tiszta szénnel bélelt acél kádakat használnak, és az olvadékba felülről merítik a pozitív pólust, ami szintén szén vagy grafit. Az a pozitív elektródon fejlődő oxigén szén-dioxiddá és (mérgező) szén-monoxiddá oxidálja a szén- vagy grafitelektródot, amit ezért időnként cserélni vagy pótolni kell. Az alumínium a kád alján gyűlik össze.

Vegyületei Lásd még: Az alumínium vegyületei

Gyakoribb vegyületei:

Képlet Név Al2O3 alumínium-oxid, timföld Al(OH)3 alumínium-hidroxid Al2Br6 alumínium-bromid AlCl3 alumínium-klorid Al2(SO4)3 alumínium-szulfát Al(NO3)3 alumínium-nitrát AlPO4 alumínium-foszfát Na3AlF6 kriolit

Ötvözetei Fő ötvözői: Cu, Mg, Si járulékos ötvözői: Ni, Mn Dúralumínium (vagy dural) ötvözetek (Al-Cu) Hidronálium ötvözetek (Al-Mg) Szilumin ötvözetek (Al-Si)

Felhasználása ötvözetek formájában repülőgépek, gépkocsik gyártására csomagolóanyagként (alufólia, üdítős dobozok) por alakban redukálószerként fémek előállítására fedőfestékként megfelelő kötőanyaghoz keverve (metál festékek) elektromos huzalok gyártása szerkezeti elemek gyártása (állványok stb.) fémek előállítása (aluminotermia) vegyiparban az ellenállóság kihasználása timsó útjelző táblák

Élettani tulajdonságai

Oldott állapotban a fehérjéket irreverzibilisen kicsapja, ezért sóit, például a timsót (KAl(SO4)2·12H2O) vérzéscsillapítónak használják.

Valószínűleg szerepet játszik az Alzheimer-kór kialakulásában. A szervezetbe került nagyobb mennyiségű alumínium alumíniummérgezést okozhat, amelynek tünetei a következők:

kiszáradt bőr, fejfájás, felfúvódás, gyomorégés, emlékezetvesztés, izombénulás, zavartság, a nyálkahártya kiszáradása, megfázásra való hajlam.

Iparilag előállított tiszta alumínium A timföldből elektrolízissel 99,7% 99,5%-os és 99,0%-os tisztaságú kohóalumíniumot lehet előállítani. Ez jó korrózióállóságú, kis villamos ellenállású, de kis szilárdságú fém. Előnyös tulajdonságai a szennyezők csökkentésével javulnak. Az alumínium finomítását többszöri elektrolízissel végzik. Ezzel a módszerrel 99,99%-os tisztaságú alumínium állítható elő. Ez a művelet igen energiaigényes: 1 kg kohóalumínium előállításához 20 kWh, 1 kg nagytisztaságú alumíniumhoz pedig 39-40 kWh villamos energia szükséges. A tiszta alumínium képlékeny alakíthatósága kitűnő, de nehezen forgácsolható (kenődik).

Nagytisztaságú alumínium A 99,99%-os alumínium felhasználása lemez, szalag, rúd és huzal formájában történik. Elsősorban a villamosipar, a vegyipar és a műszeripar dolgozza fel. A fém szilárdságát kismennyiségű magnézium ötvözésével javítják, ez nem jár a vezetőképesség, korrózióállás és jó hidegalakíthatóság romlásával.

+ 99,99%-os alumínium és magnézium ötvözetéből készült lemezek szilárdsági tulajdonságai Anyagminőség Al 99,99% Al 99,99% Jellemzők +0,73% Mg +1,6-1,9% Mg +2,5-3% Mg Rm N/mm² lágy 35-60 100 150-180 200-220 félkemény 70-100 - - -kemény 110-138 190 200-250 280-300 σF N/mm² lágy 13-22 35 70-90 110-130félkemény 30-60 - - -kemény 100-128 184 170-210 230-260 δ10 %lágy 50-40 27,2 26 26félkemény 9-5 - - -kemény 5-4 3,8 4-5 4-5 HBlágy 12-15 29,2 56 65félkemény 18-24 - - -kemény 25-30 48,4 75 90

Kohóalumínium A kohóalumíniumot ötvözési célokra 15 kg-os tömbökben, plasztikus feldolgozásra 100–180 kg tömegű hengerlési, illetve préstuskókban hozzák forgalomba.

+ Kohóalumíniumból készült félgyártmányok szilárdsági tulajdonságai Anyagminőség Al 99,7 és Al 99,5 Al 99,3 és Al 99 lemez rúd cső huzal lemez rúd cső huzal Rm N/mm² lágy 70 70 70 65-90 80 80 80 65-90félkemény 100 90 90 110-160 110 100 100 110-160kemény 130 130 140-180 140 140 140 140 140-180 δ10 %lágy 22 22 22 22 20 22 20 22félkemény 6 6 5 4 4,5 5 4 4kemény 4 3 2 2 3 3 2 2 HBlágy 18-25 18-24 - - 20-30 20-26 - -félkemény 25-35 26-33 - - 30-38 28-35 - -kemény 35-40 35-38 - - 38-45 37-42 - -

Óvintézkedések Megfelelő tárolás esetén nem reakcióképes, veszélytelen.

Jegyzetek

Források Kémiai kislexikon (Makkay Ferenc, Kriterion Könyvkiadó) A Pallas nagy lexikona (Révai Testvérek Budapesten) Pattantyús. Gépész- és Villamosmérnökök Kézikönyve 2. kötet. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1961. Kémia Általános Iskola 8., Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest

További információk

Az alumínium - muszakiak.hu a magyar Wikipédia alumíniumot tartalmazó vegyületeinek listája

Aluminium