Hliník

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Prejsť na: navigácia, hľadanie
Symbol rozcestia O iných významoch výrazu Hliník pozri Hliník (rozlišovacia stránka).
Hliník
13 horčík ← hliník → kremík
B

Al

Ga
Al
Vzhľad
striebrobiely kov
hliník
Emisné spektrá
Emisné spektrum
Všeobecné
Názov (lat.), značka, protónové číslo hliník (aluminium), Al, 13
Umiestnenie v PSP 13. skupina3. periódablok p
Séria kovy
Atómové vlastnosti
Atómová hmotnosť 26,9815386 g·mol−1
Elektrónová konfigurácia [Ne] 3s2 3p1
Atómový polomer 143 pm
Kovalentný polomer 121 pm
Kovový polomer 143 pm
Van der Waalsov pol. 184 pm
Iónový polomer
pre: Al3+
50 pm
Chemické vlastnosti
Elektronegativita 1,61 (podľa Paulinga)
Ionizačná energia(e) 1: 577,5 kJ.mol−1
2: 1 815,7 kJ.mol−1
3: 2 744,8 kJ.mol−1
Oxidačné číslo(a) II, III
Št. potenciál
(Al3+/Al)
-1,66 V
Fyzikálne vlastnosti (za norm. podmienok)
Skupenstvo pevné
Hustota 2,70 kg·dm−3
Hustota kvapaliny
(pri 933,47 K)
2,375 kg·dm−3
Teplota topenia 933,47 K (660,32 °C)
Teplota varu 2 792 K (2 518,85 °C)
Sk. teplo topenia 10,71 kJ·mol−1
Sk. teplo varu 294,0 kJ·mol−1
Tepelná kapacita 24,200 J·mol−1·K−1
Tlak pary
p(Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
pri T(K) 1 482 1 632 1 817 2 054 2 364 2 790
Iné
Kryštálová sústava kubická, plošne centrovaná
Magnetizmus paramagnetický
Elektrický odpor 28,2 nΩ·m
Tep. vodivosť 237 W·m−1·K−1
Tep. rožťažnosť 23,1 µm·m−1·K−1
Rýchl. zvuku 5 000 m·s−1
Youngov modul 70 GPa
Pružnosť v šmyku 25 GPa
Objemová pružnosť 76 GPa
Poissonovo č. 0,35
Tvrdosť (Mohs) 2,75
Tvrdosť (Brinell) 245 MPa
Reg. číslo CAS 7429-90-5
Izotop(y) (vybrané)
Izotop Výskyt t1/2 Rr Er (MeV) Pr
Radioactive.svg 26Al stopy 7,17x105 r. β+ 1,17 26Mg
synt.   ε 26Mg
synt.   γ 1,8086
27Al 100 % stabilný s 14 neutrónmi
Commons-logo.svg
 Commons ponúka multimediálny obsah na tému hliník.
Pozri aj chemický portál

Hliník alebo alumínium (lat. aluminium) je chemický prvok v Periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku Al a protónové číslo 13. Patrí medzi kovy s nízkou hustotou. Hliník je tretím najrozšírenejším prvkom v zemskej kôre. Zemská kôra obsahuje 8,13 %. Väčšie zastúpenie má už len kyslík 46,60 % a kremík 22,72 %. S ostatnými prvkami vytvára viacero zlúčenín, ktoré sa významnou mierou podieľajú na stavbe zemskej kôry. Najpočetnejšou skupinou sú kremičitany a hlinitokremičitany (kaolinit), ktoré sú aj jeho najvýdatnejšími zdrojmi. Najvýdatnejšou ťažobnou surovinou je bauxit Al2O3 . nH2O, okrem toho sa vyskytuje vo forme oxidu hlinitého ako nerast korund Al2O3.

História[upraviť | upraviť zdroj]

Hliník objavil v roku 1827 nemecký chemik a lekár Friedrich Wöhler. Hliník bol v tej dobe vzácnym kovom. Využíval sa na dekoračné účely. Na uniformách vojakov armády Napoleona III. sa leskli gombíky z hliníka. Jeho cena klesla, keď bola vo Švajčiarsku postavená prvá továreň na výrobu hliníka. Pre svoju ľahkosť začal nahrádzať železo a iné kovy. Najväčšie využitie má tam, kde je potrebná vysoká pevnosť pri nízkej hmotnosti - letecký priemysel, obkladové panely, tlakovo odlievané súčiastky hlavne pre automobilový priemysel...

Príprava základných surovín[upraviť | upraviť zdroj]

Základným vstupom pre výrobu hliníka je čistý oxid hlinitý Al2O3, ktorý sa získava čistením bauxitu, ktorý býva znečistený rôznymi oxidmi, najčastejšie oxidmi titánu, železa a kremíka. Proces čistenia bauxitu sa vykonáva pomocou hydroxidu sodného pod tlakom. K takto očistenému Al2O3 sa pridá kryolit Na3[AlF6] a fluorit CaF2, aby sa znížila teplota tavenia. Na oddelenie oxidu hlinitého od hydroxidu železitého sa využíva aj amfotérny charakter hydroxidu hlinitého Al(OH)3. Hydroxid železitý nemá amfotérny charakter a preto sa nerozpúšťa v alkalickom hydroxide. Z toho vyplýva, že ak pridáme alk. hydroxid, napr. hydroxid draselný KOH, dôjde len k rozpusteniu Al(OH)3. Výsledný filtrát bude obsahovať katióny hliníka Al3+, ktoré dokážeme jednoducho premeniť opäť na hydroxid hlinitý. Z neho sušením získame oxid hlinitý.

Výroba[upraviť | upraviť zdroj]

K taveniu dochádza v elektrickej peci elektrolytickým procesom. Pri elektrolýze sa používa jednosmerný prúd. Elektródy sú vyrobené zo zmesi uhlia, koksu a dechtu. Katódou sú platne, ktorými sú obložené steny pece, anódou je zväzok 6 až 12 uhlíkových elektród (grafitových tyčí). Kúpeľ tvorí 20% roztok Al2O3, ktorý je vystavený elektrolýze. Nastáva chemická reakcia: elektrolýza taveniny.

Al2O3 → 2Al3+ + 3O2−
Anóda
O2− - 2e → O20
O2 + C → CO2
Katóda
Al3+ + 3e → Al0

Na uhlíkových elektródach sa z kúpeľa extrahuje kyslík, ktorý okamžite reaguje s uhlíkom, za vzniku oxidu uhličitého CO2. Na katódových platničkách, ktorými je obložená pec sa izoluje čistý hliník vo forme taveniny. Tá sa neskôr odlieva do hlinených foriem. Výroba hliníka je energeticky veľmi náročná.

Amfotérny charakter Al, Al2O3 a Al(OH)3[upraviť | upraviť zdroj]

Amfotérny charakter znamená, že reaguje aj s kyselinou, aj so zásadou.

- reakcia s hydroxidovým aniónom OH-

Al3+ → Al(OH)3 (S) → [Al(OH)4]-

Al(OH)3 (S) - vzniká biely zákal

- reakcia s katiónom H3O+

[Al(OH)4]- → Al(OH)3 (S) → AI3+

Vlastnosti a využitie[upraviť | upraviť zdroj]

Hliník je odolný voči korózii a zapálený zhorí na oxid hlinitý Al2O3. Vo všetkých prostrediach okrem kyslého je neškodný, v kyslom sa rozpúšťa (kyslá kapusta, čaj). Kvôli toxickým a karcinogénnym účinkom (nahrádza kovy v metalproteínoch) je zakázané používať hliníkový riad.

Využíva sa hlavne pri aluminotermii - je to spôsob získavania kovov z ich oxidov, pričom sa využíva redukčná schopnosť hliníka.

napr. Me2O3 + Al → Al2O3 + Me

Ďalšie využitie hliníka - výroba alobalov, pri výrobe polyetylénu a zliatin.

Výroba zliatin má využitie v hutníckom priemysle pri výrobe dopravných prostriedkov a rôznych ľahkých konštrukcií.

Najznámejšou hlinikovou zliatinou je dural, ktorý je horčíkovou zliatinou hliníka. Hlavné uplatnenie duralu je v leteckom priemysle. Svoje miesto si v minulosti našiel pri výrobe bytových predmetov ako sú príbory a riady - bol nahradený drahším antikorom. Často sa používa v elektrotechnike pre jeho dobrú elektrickú vodivosť a nižšiu cenu ako meď, kde sa z hliníkových zliatin vyrábajú vodiče. Používa sa v lanách pre vysokonapäťové rozvody (elektrorozvodná sieť). V bytových rozvodoch sa prestal používať na konci 80-tych rokov. Dôvodom je, že hliník pri tlaku „odtečie“ - skrutkované elektrické spoje s hliníkovými vodičmi je potrebné doťahovať, inak časom dochádza ku strate elektrického kontaktu. Využíva sa tiež jeho veľmi dobrá tepelná vodivosť na výrobu rôznych chladičov a výmenníkov tepla. V stavebníctve sa používa na obkladové panely. Hliník je málo odolný voči poveternostným vplyvom, preto sa musí povrchovo upraviť - eloxovaním (elektrochemicky sa na jeho povrchu vytvorí vrstva oxidu, ktorá je odolná a dá sa farbiť a leštiť).

V priemysle má význam výroba tzv. penového hliníka. Takýto materiál má výhodný pomer pevnosti k hmotnosti. Technológie pre priemyselnú výrobu takéhoto materiálu vynašli slovenskí vedci pod vedením Ing. Františka Simančíka[1].

Okrem toho sa využívajú drahokamové odrody korundu Al2O3 - rubín a zafír. Al2O3 tiež slúži na výrobu šmirgľového papiera.

V liečiteľstve sa využíva napr. octan hlinitý Al(CH3COO)3 - soľ kyseliny octovej; ako obklad proti zápalom.

Významný je aj keramický priemysel - výroba porcelánu a hrubej keramiky. Základnou zložkou je kaolín (obsahuje minerál kaolinit). Porcelán vzniká vypálením zmesi kaolínu a rozdrveného živca s kremeňom (známy je karlovarský porcelán). Z hrubej keramiky sa vyrába napr. ohňovzdorný materiál, strešná krytina, kameninový riad, kvetináče, potrubia, atď.

Soli Al3+ sa nachádzajú v pitnej vode, v liekoch (acylpyrín, superpyrín - znižujú dráždivosť žalúdka), v prášku do pečiva, na mrazené ovocie a zeleninu (kvôli vzhľadu), stužovač šľahačky, sušené mlieko, instantná káva, atď.

Referencie[upraviť | upraviť zdroj]

  1. Kovové peny. [online]. fondstodola.sk, [cit. 2013-07-12]. Dostupné online.

Iné projekty[upraviť | upraviť zdroj]