Chemie und Technik

59. Das Leichtmetall Aluminium

Eigenschaften.

Aluminium ist das wichtigste Leichtmetall.

Aluminium ist mit einer Dichte von 2,7 g/cm³ das wichtigste Leichtmetall. Da es sehr dehnbar ist, läßt es sich gut ziehen und walzen. Aluminiumfolien können bis 0,004 mm Dicke ausgewalzt werden. Das elektrische Leitvermögen des Aluminiums ist etwa um ⅓ schlechter als das von Kupfer. Bemerkenswert sind auch seine chemischen Eigenschaften. Aluminium ist ein unedles Metall und wird deshalb von verd. Salz- und Schwefelsäure unter Wasserstoffentwicklung zersetzt.

2Al	+	6H+(aq)	+	6Cl–(aq)		2Al3+(aq)	+	6Cl–(aq)	+	3H2 ↑
		Salzsäure				Aluminiumchlorid

In Reagenzgläsern werden Aluminiumspäne mit verd. Salzsäure und mit verd. Schwefelsäure übergossen.

Vorsicht! Aluminiumblech wird mit konz. Salpetersäure überschichtet. Beobachtung!

Während Aluminiumpulver blitzartig abbrennt (Versuch , Kapitel 14), erweist sich ein Stück Aluminiumblech als feuerfest. Dieser Unterschied beruht u. a. (Oberfläche!) auf der Passivierung des Aluminiums durch Bildung einer Oxidhaut, die beim Erhitzen eines Aluminiumbleches an Luft entsteht. Die Erzeugung einer Oxidhaut wird heute auf elektrochemischem Wege durchgeführt; elektrisch oxidiertes Aluminium ist Eloxal. Mit konz. Salpetersäure wird die Oberfläche von Aluminium oxidiert, so dass das Metall von weiterer Säure nicht mehr angegriffen werden kann (Versuch ). Auch diese Erscheinung beruht auf einer Passivierung. Die Wasserstoffentwicklung bei der Reaktion des Metalls mit Natronlauge ist auf eine primäre Reaktion des Aluminiums mit Wasser (vgl. Natrium, Kapitel 40) zurückzuführen.

2Al

+

2Na+(aq)

+

2OH–(aq)

+

6H2O

H2O

2Na+(aq)

+

2[Al(OH)4]–

+

3H2 ↑

Salzsäure

Natriumaluminat

59.1 Aluminiumabsatzmärkte in Deutschland (2001). Gesamtproduktion 2004: 2,25 Mio t.
Quelle: GDA

In einem Reagenzglas werden Aluminiumspäne mit verd. Natronlauge übergossen und erwärmt. Knallgasprobe!

Passivierung: Bildung einer schützenden Oxidhaut auf Aluminium an Luft oder auf elektrochemischen Wege.

Amphoteres Verhalten: Aluminium vildet mit Säuren und Laugen Salze.

Vorkommen: Feldspäte, Buxit, Ton, Edelsteine.

Gewinnung durch Schmelzelektrolyse von Al₂O₃.

Welche Faktoren bestimmen den Standort für eine Aluminiumhütte? Sind Umweltgefährdungen in der Nähe von Aluminiumhütten bekannt geworden? Zeitungsberichte!

Nenne Beistpiele für die Verwendung von Aluminium in Haushalt und Technik.

Auf die Struktur dieser Verbindung kann hier nicht eingegangen werden. Das Alumination ist ein sog. Komplexion. Elemente, die mit Säuren und Laugen Salze bilden, nennt man amphotere Elemente. Viele Gebrauchsmetalle gehören dazu.

Vorkommen.

Aluminium ist das häufigste Metall der Erdrinde. Als unedles Metall kommt es nicht gediegen vor. Seine wichtigsten Vorkommen sind die Feldspäte und deren Verwitterungsprodukte, die Tone. Die Edelsteine Rubin (rot) und Saphir (blau) sind Aluminiumoxide, die durch Spuren anderer Oxide gefärbt sind. Ausgangsmaterial für die Aluminiumgewinnung ist der Bauxit AlO(OH).

Die Schmelzelektrolyse

Die Gewinnung erfolgt durch Elektrolyse einer Schmelze von besonders reinem Al₂O₃. Die Aufbereitung eines entsprechenden Oxids aus Bauxit stellt einen wichtigen und langwierigen Arbeitsprozeß dar. Die Elektrolyse erfordert hohe Stromstärken. Aluminiumhütten befinden sich nur dort, wo billiger Strom zur Verfügung steht. Vereinfacht lassen sich die Elektrodenvorgänge so darstellen:

Schmelzen:	Al2O3				2Al3+	+	3O2–
Kathode:	2Al3+	+	6e–			2Al
Anode:	3O2–			3/2 O2		+	6e–

59.2 Schmelzelektrolyse zur Erzeugung von Reinaluminium (Schema)

Verwendung.

Der Einsatz von Aluminium ist ständig im Steigen. Die Aufteilung des Aluminiumverbrauches in der Bundesrepublik geht aus Abb. 59.1 hervor.

59.3 Hier wird flüssiges Aluminium vom Elektrolyseofen abgesaugt.

• Lexikon Inhaltsverzeichnis
• Lehre von den Stoffen
  • 1. Der Mensch und die Chemie
  • 2. Der Stoffbegriff in der Chemie
  • 3. Experimente zur Stoffbeschreibung
• Modellvorstellungen
  • 4. Zustandsformen der Materie
  • 5. Diffusionsvorgänge
  • 6. Atome und Moleküle
  • 7. Chemische Reaktionen
  • 8. Reaktionen und Teilchenmodell
  • 9. Kennzeichen der chemischen Reaktion
  • 10. Chem. Symbole und Formeln
  • 11. Die chemische Gleichung
• Verbrennung - Luft - Sauerstoff
  • 12. Verbrennung als chem. Vorgang
  • 13. Feuergefährliche Stoffe - Brandschutz
  • 14. Verbrennungserscheinungen
  • 15. Die Zusammensetzung der Luft
  • 16. Luftverunreinigung
  • 17. Das Element Sauerstoff
• Wasser - Wasserstoff - Redoxvorgang
  • 18. Das Wasser als Lösungsmittel
  • 19. Wasserverschmutzung
  • 20. Zusammensetzung des Wassers
  • 21. Das Element Wasserstoff
  • 22. Wasserstoff als Reduktionsmittel
• Atombau und Periodensystem
  • 23. Energie und Stabilität
  • 24. Der Bau der Atome
  • 25. Atomhülle und Periodensystem
  • 26. Bedeutung des Periodensystems
• Grundlagen der Bindungslehre
  • 27. Von den Atomen zu Molekülen - Atombindung
  • 28. Vertiefung der Atombindung
  • 29. Die Molekülgestalt
  • 30. Die Ionenbindung
  • 31. Ionenverbindungen - Salze
  • 32. Schmelzen und Lösungen von Salzen
  • 33. Das Lösen von Salzen
  • 34. Die Ionenwanderung
  • 35. Die Elektrolyse
• Halogene - Alkalimetalle - Redoxreaktionen
  • 36. Das Kochsalz
  • 37. Das Element Chlor
  • 38. Redoxvorgänge als Elektronenübergänge
  • 39. Die VII. Hauptgruppe des PSE
  • 40. Die I. Hauptgruppe des PSE
• Säure - Base - Reaktionen
  • 41. Chlorwasserstoff - eine Säure
  • 42. Säuren - Protonenspender
  • 43. Säuren und Metalle
  • 44. Ammoniak - eine Base
  • 45. Hydroxide - Laugen
  • 46. Die Neutralisation
  • 47. Die verdünnte Schwefelsäure
  • 48. Die konzentrierte Schwefelsäure
• Chemie und Technik
  • 49. Gewinnung der Schwefelsäure
  • 50. Umweltschutz beim Kontaktverfahren
  • 51. Haber-Bosch-Verfahren
  • 52. Grundlagen der Mineraldüngung
  • 53. Oxide des Kohlenstoffs
  • 54. Kohlensäure und ihre Salze
  • 55. Kalkgehalt des Wassers
  • 56. Metalle
  • 57. Eisen
  • 58. Stahl
  • 59. Das Leichtmetall Aluminium
• Lernzielkontrolle (anorgan.)
• Sachverzeichnis (anorgan.)