Aluminium

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Aluminium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Al und der Ordnungszahl 13. Im Periodensystem gehört Aluminium zur dritten Hauptgruppe (Borgruppe). Aluminium ist nach Sauerstoff und Silicium das dritthäufigste Element und häufigste Metall in der Erdkruste. Dort tritt es wegen seiner Reaktionsfreudigkeit fast nur in chemisch gebundenem Zustand auf, beispielsweise in Ton, Granit, seltener in Korund, Rubin oder Saphir.

Eigenschaften[Bearbeiten]

Aluminiumfolie

Aluminium ist ein relativ weiches und zähes Metall, es ist dehnbar und kann durch Auswalzen zu dünnen Folien verarbeitet werden. Wegen seiner geringen Dichte wird Aluminium gern zur Gewichtsreduktion verwendet, die zum Beispiel bei Transportmitteln zum geringeren Treibstoffverbrauch beiträgt, vor allem in der Luft- und Raumfahrt. In der Verpackungsindustrie wird Aluminium wegen seiner Barriere gegenüber Sauerstoff, Licht und anderen Umwelteinflüssen zu Getränke- und Konservendosen sowie zu Aluminiumfolie verarbeitet.

Das reine Leichtmetall Aluminium hat aufgrund einer sich sehr schnell an der Luft bildenden dünnen Oxidschicht ein stumpfes, silbergraues Aussehen. Diese passivierende Oxidschicht macht reines Aluminium bei pH-Werten von 4 bis 9 sehr korrosionsbeständig, sie erreicht eine Dicke von etwa 0,05 µm. Diese Oxidschicht schützt auch vor weiterer Oxidation, ist aber bei der elektrischen Kontaktierung und beim Schweißen hinderlich. Sie kann durch elektrische Oxidation Eloxieren oder auf chemischem Weg verstärkt werden.

Aluminium ist ein guter elektrischer Leiter: Aluminium leitet Strom je Masseneinheit besser als Kupfer. Weil Kupfer reaktionsträger und die Verarbeitung weniger problematisch als bei Aluminium ist, wird meistens Kupfer verwendet und Aluminium nur, wenn es auf das Gewicht ankommt.

Herstellung[Bearbeiten]

Kryolith-Tonerde-Verfahren

Das Ausgangsmaterial für die Aluminiumproduktion ist Bauxit. Das in diesem Erz enthaltene Aluminiumoxid/-hydroxid-Gemisch wird zunächst mit Natronlauge aufgeschlossen (Bayer-Verfahren), um es von Fremdbestandteilen wie Eisen- und Siliciumoxid zu befreien. Die Herstellung von Aluminium erfolgt dann durch Schmelzflusselektrolyse von Aluminiumoxid nach dem Kryolith-Tonerde-Verfahren.

Zur Herabsetzung des Schmelzpunktes wird das Aluminiumoxid zusammen mit Kryolith geschmolzen. Bei der Elektrolyse entsteht an der den Boden des Gefäßes bildenden Kathode Aluminium und an der Anode Sauerstoff, der mit dem Graphit (Kohlenstoff) der Anode zu Kohlendioxid und Kohlenstoffmonoxid reagiert. Die Graphitblöcke, welche die Anode bilden, brennen wegen des im Prozess entstehenden Sauerstoffs langsam ab und werden von Zeit zu Zeit ersetzt. Die Graphit-Kathode (Gefäßboden) ist gegenüber dem Aluminium inert. Das sich am Boden sammelnde flüssige Aluminium wird mit einem Saugrohr abgesaugt.

Der Prozess ist aufgrund der hohen Bindungsenergie des Aluminiums und seiner Dreiwertigkeit recht energieaufwändig und nur in der Nähe preiswert zur Verfügung stehender Elektroenergie wirtschaftlich. Der Energieaufwand beträgt etwa 13–16 kWh/kg; mit der Energiemenge für die Herstellung einer Tonne Aluminium könnte man ein Einfamilienhaus 2 Jahre lang versorgen. Umweltverbände kritisieren den Einsatz von Aluminium wegen des hohen Ressourcenverbrauchs bei der Herstellung. Andererseits lässt sich Aluminium mit vergleichsweise geringem Energieaufwand hervorragend recyceln.

Gewinnung[Bearbeiten]

Schmelzflusselektrolyse

Veredelung[Bearbeiten]

Eloxal-Verfahren

Qualitativer Nachweis[Bearbeiten]

Urotropin-Gruppe