Sejarah aluminium, sifat, struktur, memperoleh, menggunakan

Dia aluminium Ini adalah elemen logam yang termasuk dalam kelompok 13 (iii a) dari tabel periodik dan diwakili oleh simbol ke. Itu adalah logam ringan dengan kepadatan dan kekerasan rendah. Mengikuti sifat amfoteriknya, telah diklasifikasikan oleh beberapa ilmuwan sebagai metaloid.

Ini adalah logam yang ulet dan sangat lunak, sehingga disajikan untuk pembuatan kawat, lembaran aluminium dengan ketebalan kecil, selain jenis objek atau gambar apa pun; Misalnya, kaleng terkenal dengan paduan mereka, atau aluminium foil dengan makanan atau makanan penutup yang dibungkus.

Foil aluminium keriput, salah satu benda paling sederhana dan harian yang dibuat dengan logam ini. Sumber: Pexels.

Manusia telah menggunakan aluminium (aluminium dan kalium terhidrasi) sejak zaman kuno dalam pengobatan, penyamakan kulit dan sebagai mordan untuk pewarnaan jaringan. Dengan demikian, mineral mereka selalu diketahui.

Namun, aluminium sebagai logam diisolasi sangat terlambat, pada tahun 1825, oleh Øersted, yang menyebabkan aktivitas ilmiah yang memungkinkan penggunaan industri yang sama. Pada saat itu, aluminium adalah logam paling di seluruh dunia, setelah besi.

Aluminium terutama berada di bagian atas kerak bumi, merupakan 8% berdasarkan berat yang sama. Ini sesuai dengan elemen ketiga yang paling melimpah, diatasi dengan oksigen dan silikon dalam silika dan silikat mineral.

Bauksit adalah asosiasi mineral, di antaranya adalah: alumina (aluminium oksida), dan oksida besi logam, titanium dan silikon. Mewakili sumber daya alam utama untuk eksploitasi penambangan aluminium.

[TOC]

Sejarah

Tawas

Di Mesopotamia, 5000 tahun. C., Mereka sudah membuat keramik menggunakan lempung yang mengandung senyawa aluminium. Sementara itu, 4000, Babilonia dan Mesir menggunakan aluminium dalam beberapa senyawa kimia.

Dokumen tertulis pertama yang terkait dengan alumin dibuat oleh Herodotus, sejarawan Yunani, pada abad ke -5. C. Aluminium [kal (jadi₄)₂· 12h₂Atau] itu digunakan sebagai mordan dalam pewarnaan kain dan untuk melindungi kayu, yang dengannya pintu -pintu kekuatan, kebakaran dirancang.

Dengan cara yang sama, Plinio "El Viejo" pada abad ke -1 mengacu pada alumen, hari ini yang dikenal sebagai aluminium, sebagai zat yang digunakan dalam kedokteran dan mordan.

Dari abad keenam belas tawas itu digunakan dalam tan. Ini adalah zat agar -agar yang memberikan konsistensi pada kertas dan memungkinkan penggunaannya secara tertulis.

Pada 1767, ahli kimia Swiss Torbern Bergman mencapai sintesis aluminium. Untuk melakukan ini, dia menghangatkan lunita [kal₃(SW₄)₂(OH)₆] dengan asam sulfat, dan kemudian ditambahkan ke larutan.

Pengakuan di Alumina

Pada 1782, ahli kimia Prancis Antoine Lavoisier mengatakan bahwa alumina (kepada₂SALAH SATU₃) Itu adalah elemen oksida. Ini memiliki afinitas terhadap oksigen yang sulit dipisahkan. Oleh karena itu, Lavoisier diprediksi pada saat itu keberadaan aluminium.

Belakangan, pada tahun 1807, ahli kimia Inggris Sir Humphry Davy mengalami alumina untuk elektrolisis. Namun, metode yang ia gunakan menghasilkan paduan aluminium dengan kalium dan natrium, sehingga ia tidak bisa mengisolasi logam.

Davy berkomentar bahwa alumina memiliki dasar logam, yang awalnya ditetapkan sebagai 'aluminium', berdasarkan kata Latin 'alumen', nama yang digunakan untuk aluminium. Selanjutnya, Davy mengubah nama menjadi "aluminium", nama saat ini dalam bahasa Inggris.

Pada tahun 1821, ahli kimia Jerman Eilhard Mitscherlich berhasil menemukan formula alumina yang benar:₂SALAH SATU₃.

Isolasi

Pada tahun yang sama, ahli geologi Prancis Pierre Berthier menemukan mineral aluminium di deposit tanah liat kemerahan berbatu di Prancis, di wilayah Les Baux. Mineral yang ditunjuk Berthier sebagai bauksit. Mineral ini saat ini merupakan sumber utama aluminium.

Pada tahun 1825, ahli kimia Denmark Hans Christian Øersted menghasilkan bar logam dari dugaan aluminium. Dia menggambarkannya sebagai "sepotong logam yang berwarna dan kecerahan yang terlihat agak seperti kaleng". Ørsted bisa mencapainya dengan mengurangi aluminium klorida, alcl₃, Dengan kalium amalgam.

Namun, diperkirakan bahwa peneliti tidak mendapatkan aluminium murni, tetapi aluminium dan paduan kalium.

Pada tahun 1827, ahli kimia Jerman Friedrich Wöehler berhasil menghasilkan sekitar 30 gram bahan aluminium. Kemudian, setelah 18 tahun penelitian, Wöehler pada tahun 1845 mencapai produksi sel darah seukuran headpiece, dengan kilau keabu -abuan dan keabu -abuan.

Wöehler bahkan menggambarkan beberapa sifat logam, seperti warna, gravitasi spesifik, keuletan dan stabilitas.

Produksi industri

Pada tahun 1855, ahli kimia Prancis Henri Sainte-Claire Deville meningkatkan metode Wöehler. Untuk melakukan ini, ia menggunakan reduksi aluminium klorida atau natrium aluminium klorida dengan natrium logam, menggunakan kreol (Na₃Alf₆) sebagai aliran.

Ini memungkinkan produksi industri aluminium di Rouen, Prancis, dan antara 1855 dan 1890 produksi 200 ton aluminium tercapai.

Dapat melayani Anda: kertas shortasol

Pada tahun 1886, insinyur Prancis Paul Herult dan mahasiswa Amerika Charles Hall, secara mandiri menciptakan metode untuk produksi aluminium. Metode ini terdiri dari reduksi elektrolitik aluminium oksida dalam creole cair, menggunakan arus kontinu.

Metode ini efisien, tetapi memiliki masalah kebutuhan listrik yang tinggi, yang meningkatkan produksi. Herult memecahkan masalah ini dengan mendirikan industrinya di Neuhausen (Swiss), untuk memanfaatkan katarak Rin sebagai generator listrik.

Hall awalnya dipasang di Pittsburg (EE.UU.), Tapi kemudian dia memindahkan industrinya di dekat katarak Niagara.

Akhirnya, pada tahun 1889 Karl Joseph Bayer menciptakan metode produksi alumina. Ini terdiri dari pemanasan bauksit di dalam wadah tertutup dengan larutan alkali. Selama proses pemanasan, fraksi alumina dalam larutan saline dipulihkan.

Sifat fisik dan kimia

Penampilan fisik

Kubus Aluminium Logam. Sumber: Carsten Niehaus [domain publik]

Sillyic grey -gray solid dengan kilau logam (gambar superior). Ini adalah logam lembut, tetapi mengeras dengan sedikit silikon dan besi. Selain itu, ditandai dengan menjadi sangat ulet dan lunak, karena lembaran aluminium dengan ketebalan dapat dibuat hingga 4 mikron.

Berat atom

26.981 u

Nomor Atom (Z)

13

Titik lebur

660.32 ºC

Titik didih

2.470 ºC

Kepadatan

Suhu sekitar: 2,70 g/ml

Titik fusi (cair): 2.375 g/ml

Kepadatannya sangat rendah dibandingkan dengan logam lain. Karena alasan itu aluminium cukup ringan.

Panas fusi

10,71 kJ/mol

Panas penguapan

284 kJ/mol

Kapasitas kalori molar

24.20 J/(mol · k)

Elektronegativitas

1.61 Pada skala Pauling

Energi ionisasi

-Pertama: 577,5 kJ/mol

-Kedua: 1.816.7 kJ/mol

-Ketiga: 2.744.8 kJ/mol

Ekspansi termal

23.1 µm/(m · k) pada 25 ° C

Konduktivitas termal

237 w/(m · k)

Aluminium memiliki konduktansi termal tiga kali lebih besar dari baja.

Resistivitas listrik

26.5 nΩ · m pada 20 ºC

Konduktansi listriknya adalah 2/3 di mana tembaga disajikan.

Urutan magnetik

Paramagnetik

Kekerasan

2,75 pada skala Mohs

Reaktivitas

Aluminium tahan korosi karena ketika lapisan oksida tipis terpapar ke udara ke udara₂SALAH SATU₃ yang terbentuk di permukaannya mencegah oksidasi berlanjut di dalam logam.

Dalam larutan asam bereaksi dengan air untuk membentuk hidrogen; saat dalam larutan alkali ion aluminasi (AL₂^-).

Asam encer tidak dapat melarutkannya, tetapi di hadapan asam klorida terkonsentrasi. Namun, aluminium terkonsentrasi tahan asam nitrat, meskipun diserang oleh hidroksida untuk menghasilkan ion hidrogen dan aluminasi.

Aluminium semprot dibakar di hadapan oksigen dan karbon dioksida, untuk membentuk aluminium dan aluminium karbida oksida. Ini dapat dikorosi dengan klorida yang ada dalam larutan natrium klorida. Untuk alasan ini, penggunaan aluminium di dalam pipa tidak disarankan.

Aluminium dioksidasi oleh air pada suhu di bawah 280 ºC.

2 hingga (s) +6 jam₂O (g) => 2al (OH)₃(S) +3H₂(g)+panas

Struktur dan konfigurasi elektronik

Aluminium untuk menjadi elemen logam (dengan pewarna metalloid untuk beberapa), atom mereka untuk berinteraksi satu sama lain berkat ikatan logam. Kekuatan non -arah ini diatur oleh elektron valensi, yang tersebar oleh kaca dalam semua dimensinya.

Elektron valensi seperti itu adalah sebagai berikut, sesuai dengan konfigurasi elektronik aluminium:

[Ne] 3s² 3p¹

Oleh karena itu, aluminium adalah logam trivalen, karena memiliki tiga elektron Valencia; dua di orbital 3S, dan satu di 3p. Orbital ini tumpang tindih untuk berasal dari orbital molekul 3s dan 3p, jadi bersama -sama bahwa mereka akhirnya membentuk pita penggerak.

Band S penuh, sedangkan p band memiliki banyak lowongan untuk lebih banyak elektron. Itulah sebabnya aluminium adalah konduktor listrik yang baik.

Tautan logam aluminium, jari -jari atom -atomnya, dan karakteristik elektroniknya menentukan FCC (wajah Cenred Cubic, untuk akronimnya dalam bahasa Inggris). Kristal FCC seperti itu, tampaknya, satu -satunya alotrop aluminium yang diketahui, jadi pasti menahan tekanan tinggi yang beroperasi di atasnya.

Angka oksidasi

Konfigurasi elektronik aluminium segera menunjukkan bahwa ia mampu kehilangan hingga tiga elektron; yaitu, ia memiliki kecenderungan tinggi untuk membentuk kation³⁺. Ketika keberadaan kation ini diasumsikan dalam senyawa yang berasal dari aluminium, dikatakan bahwa ini memiliki jumlah oksidasi +3; Seperti diketahui, ini adalah yang paling umum untuk aluminium.

Namun, ada jumlah oksidasi lain yang mungkin, meskipun jarang, untuk logam ini; seperti: -2 (ke^2-), -1 (ke^-), +1 (ke⁺) dan +2 (ke²⁺).

Dapat melayani Anda: lithium oksida

Di al₂SALAH SATU₃, Misalnya, aluminium memiliki nomor oksidasi +3 (AT₂³⁺SALAH SATU₃^2-); saat berada di Ali dan Allo, +1 (ke⁺F^-) dan +2 (ke²⁺SALAH SATU^2-), masing -masing. Namun, dalam kondisi atau situasi normal, A (III) atau +3 sejauh ini merupakan angka oksidasi yang paling melimpah; Sejak itu, al³⁺ adalah isolektronik ke gas neon mulia.

Itulah sebabnya dalam teks sekolah selalu diasumsikan, dan benar, bahwa aluminium memiliki +3 sebagai satu -satunya angka atau status oksidasi.

Dimana itu dan dapatkan

Aluminium terkonsentrasi di strip luar kerak bumi, menjadi elemen ketiga, hanya dilampaui oleh oksigen dan silikon. Aluminium mewakili 8% berdasarkan berat kulit bumi.

Ini ditemukan di batuan beku, terutama: aluminosilikat, feldspars, feldspatoids dan micas. Juga di lempung kemerahan, dengan demikian adalah kasus bauksit.

- Bauxitas

Tambang Bauxitas. Sumber: Pengguna: Vargaa [CC BY-SA 4.0 (https: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/4.0)]

Bauksit adalah campuran mineral yang mengandung alumina dan kotoran terhidrasi; seperti besi dan titanium oksida, dan silika, dengan persentase berat berikut:

-Ke₂SALAH SATU₃ 35-60%

-Keyakinan₂SALAH SATU₃ 10-30%

-Sio₂ 4-10%

-Paman₂ 2-5%

-H₂O Konstitusi 12-30%.

Alumina ditemukan di baukit terhidrasi dengan dua varian:

-Monohydrates (al₂SALAH SATU₃· H₂O), yang menyajikan dua bentuk kristalografi, boemite dan diasporo

-Trihydrates (al₂SALAH SATU₃· 3H₂O), diwakili oleh Gibbsita.

Bauxita adalah sumber utama aluminium dan memasok sebagian besar aluminium yang diperoleh dengan eksploitasi penambangan.

- Deposit aluminium

Perubahan

Terutama Bauksit yang dibentuk oleh 40-50% AL₂SALAH SATU₃, 20% Iman₂SALAH SATU₃ dan 3-10% sio₂.

Hidrotermal

Alunite.

Magmatik

Batuan alumous yang memiliki mineral seperti Sienitas, nephline dan anortit (20% AL₂SALAH SATU₃).

Metamorfik

Silikat aluminium (Andalucita, Sillimanita dan Cianita).

Detritik

Deposit Caolin dan berbagai lempung (32% dari AL₂SALAH SATU₃).

- Eksploitasi Bauxite

Bauksit dieksploitasi di langit terbuka. Setelah batu atau tanah liat yang mengandungnya dikumpulkan, mereka dihancurkan dan ditumbuk dalam ball dan batang pabrik, sampai Anda mendapatkan partikel berdiameter 2 mm. Dalam proses ini bahan yang dirawat tetap dibasahi.

Dalam mendapatkan alumina, proses yang dibuat oleh Bayer diikuti pada tahun 1989. Bauksit tanah dicerna dengan penambahan natrium hidroksida, membentuk natrium aluminasi yang dilarutkan; Sementara kontaminan besi, titanium dan silikon tetap dalam suspensi.

Polutan opt dan trihidrat alumina diendapkan dari natrium aluminasi untuk pendinginan dan pengenceran. Selanjutnya, alumina trihidrat dijelaskan menyebabkan anhidrat dan alumina air.

- Elektrolisis alumia

Untuk mendapatkan aluminium, alumina mengalami elektrolisis, biasanya mengikuti metode yang dibuat oleh Hall-Hrult (1886). Prosesnya terdiri dari mengurangi alumina cair di Creole.

Oksigen berikatan dengan anoda karbon dan dilepaskan sebagai karbon dioksida. Sementara itu, aluminium yang dibebaskan diendapkan di bagian bawah sel elektrolitik di mana ia menumpuk.

Paduan

Paduan aluminium biasanya diidentifikasi dengan empat angka.

1xxx

Kode 1xxx sesuai dengan aluminium dengan kemurnian 99%.

2xxx

Kode 2xxx sesuai dengan paduan aluminium dengan tembaga. Mereka adalah paduan kuat yang digunakan dalam kendaraan dirgantara, tetapi mereka retak oleh korosi. Paduan ini dikenal sebagai duraluminoso.

3xxx

Kode 3xxx mencakup paduan di mana aluminium mangan dan sejumlah kecil magnesium ditambahkan. Mereka sangat tahan untuk dipakai, menggunakan 3003 paduan dalam elaborasi peralatan dapur, dan 3004 dalam minuman minuman.

4xxx

Kode 4xxx mewakili paduan di mana silikon ditambahkan ke aluminium, yang mengurangi titik leleh meter. Paduan ini digunakan dalam elaborasi kabel pengelasan. 4043 Paduan digunakan dalam pengelasan mobil dan elemen struktural.

5xxx

Kode 5xxx mencakup paduan di mana aluminium ditambahkan terutama.

Mereka adalah paduan yang kuat dan tahan terhadap korosi air laut, digunakan untuk membuat wadah tekanan dan berbagai aplikasi laut. 5182 Paduan digunakan untuk membuat kaleng penyegaran.

6xxx

Kode 6xxx mencakup paduan di mana silikon dan magnesium ke aluminium ditambahkan. Paduan ini dapat dicetak, dapat dilas dan tahan korosi. Paduan yang paling umum dari seri ini digunakan dalam arsitektur, bingkai sepeda dan dalam elaborasi iPhone 6.

7xxx

Kode 7xxx menunjukkan paduan di mana seng ditambahkan ke aluminium. Paduan ini, juga disebut ergal, tahan terhadap kerusakan dan sangat keras, menggunakan 7050 dan 7075 paduan dalam pembangunan pesawat terbang.

Risiko

Eksposur Langsung

Kontak dengan aluminium bubuk dapat menyebabkan iritasi kulit dan mata. Paparan aluminium yang tinggi dan berkepanjangan dapat menyebabkan gejala yang mirip dengan flu, sakit kepala, demam dan kedinginan; Selain itu, rasa sakit dan penindasan dada dapat terjadi.

Dapat melayani Anda: sifat materi yang luas

Paparan debu aluminium halus dapat menyebabkan bekas luka paru (fibrosis paru), dengan gejala batuk dan pemendekan pernapasan. OSHA menetapkan batas 5 mg/m³ Untuk paparan debu aluminium dalam 8 jam sehari setiap hari.

Nilai toleransi biologis untuk paparan kerja terhadap aluminium telah ditetapkan dalam 50 μg/g kreatinin dalam urin. Kinerja penurunan dalam tes neuropsikologis disajikan ketika konsentrasi aluminium dalam urin melebihi 100 μg/g kreatinin.

Kanker payudara

Aluminium digunakan sebagai aluminium hidroklorida dalam deodoran antitranspirant, yang terkait dengan penampilan kanker payudara. Namun, hubungan ini belum ditetapkan dengan jelas, antara lain, karena penyerapan kulit aluminium hidroklorida hanya 0,01%.

Efek neurotoksik

Aluminium bersifat neurotoksik dan pada orang dengan paparan kerja itu terkait dengan penyakit neurologis, yang meliputi penyakit Alzheimer.

Otak pasien Alzheimer memiliki konsentrasi aluminium yang tinggi; Tetapi tidak diketahui apakah itu penyebab penyakit atau konsekuensinya.

Kehadiran efek neurotoksik pada pasien dialisis telah ditentukan. Dalam prosedur ini, garam aluminium digunakan sebagai pengikat fosfat, yang menghasilkan konsentrasi aluminium darah tinggi (> 100 μg/L plasma).

Pasien yang terkena dampak mengalami disorientasi, masalah memori dan pada tahap lanjut, demensia. Neurotoksisitas aluminium dijelaskan karena sulit untuk menghilangkan otak dan mempengaruhi operasinya.

Asupan aluminium

Aluminium hadir dalam banyak makanan, terutama teh, rempah -rempah dan secara umum, sayuran. Otoritas Keamanan Pangan Eropa (EFSA) menetapkan batas toleransi untuk asupan aluminium dalam makanan 1 mg/kg berat badan harian.

Pada tahun 2008, EFSA memperkirakan bahwa asupan aluminium harian dalam makanan berkisar antara 3 dan 10 mg per hari, sehingga disimpulkan bahwa itu tidak mewakili risiko kesehatan; serta penggunaan peralatan aluminium untuk memasak makanan.

Aplikasi

- Sebagai logam

Listrik

Aluminium adalah konduktor listrik yang baik, sehingga menggunakan paduan dalam saluran transmisi listrik, mesin, generator, transformator dan kapasitor.

Konstruksi

Aluminium digunakan dalam elaborasi pintu dan jendela, partisi, kabel, pelapis, isolator termal, langit -langit, dll.

Sarana transportasi

Aluminium digunakan dalam pembuatan suku cadang mobil, pesawat terbang, truk, sepeda, sepeda motor, kapal, pesawat ruang angkasa, mobil kereta api, dll.

Wadah

Kaleng aluminium untuk varietas makanan yang berbeda. Sumber: Pxhere.

Dengan kaleng aluminium dibuat untuk minuman, barel bir, nampan, dll.

Rumah

Sendok aluminium. Sumber: Pexels.

Aluminium berfungsi untuk membuat peralatan dapur: pot, wajan, pailas, dan kertas pembungkus; Selain furnitur, lampu, dll.

Kekuatan reflektif

Aluminium secara efisien mencerminkan energi radiasi; Dari cahaya ultraviolet ke radiasi inframerah. Kekuatan reflektif aluminium ke cahaya yang terlihat adalah sekitar 80%, yang memungkinkan penggunaannya sebagai layar di lampu.

Selain itu, aluminium mempertahankan fitur reflektifnya bahkan dalam bentuk debu halus, sehingga dapat digunakan dalam elaborasi cat perak.

- Senyawa aluminium

Alumina

Ini digunakan untuk membuat aluminium logam, isolator, dan busi logam. Saat alumina dipanaskan, ia mengembangkan struktur berpori yang menyerap air, menggunakan gas dan berfungsi sebagai kursi untuk aksi katalis dari beberapa reaksi kimia.

Aluminium sulfat

Ini digunakan dalam pembuatan kertas dan sebagai pengisian permukaan. Aluminium sulfat berfungsi untuk membentuk aluminium dan kalium aluminium [KAL (jadi₄)₂· 12h₂SALAH SATU]. Ini adalah aluminium yang paling banyak digunakan dan dengan banyak aplikasi; seperti pembuatan obat -obatan, lukisan dan mordan untuk pewarnaan kain.

Aluminium klorida

Ini adalah katalis yang paling banyak digunakan dalam reaksi Friedel-Crafts. Ini adalah reaksi organik sintetis yang digunakan dalam persiapan keton aromatik dan antraquinone. Aluminium klorida terhidrasi digunakan sebagai antitranspirant topikal dan deodoran.

Aluminium hidroksida

Ini digunakan untuk menguangkan air jaringan dan produksi aluminat.

Referensi

1. Shiver & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Aluminium. Diperoleh dari: di.Wikipedia.org
3. Pusat Nasional Informasi Bioteknologi. (2019). Aluminium. Database pubchem. CID = 5359268. Pulih dari: pubchem.NCBI.Nlm.Nih.Pemerintah/senyawa/aluminium
4. Para editor Eeritlopaedia Britannica. (13 Januari 2019). Aluminium. Encyclopædia Britannica. Dipulihkan dari: Britannica.com
5. Rusal UC. (S.F.). Sejarah Siswa. Diperoleh dari: Aluminiumleader.com
6. Universitas Oviedo. (2019). Metalurgi Aluminium. [PDF]. Pulih dari: unioviedo.adalah
7. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (6 Februari 2019). Aluminium atau aluminium sekutu. Pulih dari: thinkco.com
8. Klotz, k., Weistehöfer, w., Neff, f., Hartwig, a., Van Thiel, C., & Drexler, h. (2017). Efek kesehatan paparan aluminium. DEUTSCHES ARZTEBLATT INTERNATIONAL, 114(39), 653-659. Doi: 10.3238/arztebl.2017.0653
9. Elsevier. (2019). Paduan Aluminium. Diperoleh dari: Scientedirect.com
10. Natalia g. M. (16 Januari 2012). Ketersediaan aluminium dalam makanan. Pulih dari: konsumen.adalah