Magnesium Bor  Gallium Silicium  
 Aluminium                                       13Al
 engl. aluminium; lat. alumen ("Alaun")
 
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Relat. Atommasse   
Ordnungszahl    
Schmelzpunkt    
Siedepunkt    
Oxidationszahlen     
Dichte    
Härte (Mohs)     
Elektronegativität    
Elektronenkonfig.   
Natürl. Häufigkeit 
26,9815385   
13   
660,32 °C     
2519 °C    
3   
2,6989 g/cm³    
2,75     
1,61 (Pauling)       
[Ne]3s23p1   
Al-27  100%
 
   
     

Film

16 sek
Beim Streuen von feiner Aluminiumbronze in eine Brennerflamme erhält man ein kleines Feuerwerk. 
    
Al-Pulver phlegmatisiert 
GHSGefahr
Gefahren (H-Sätze) 
H 228, 261 
 
Das kompakte Metall ist nicht 
kennzeichnungspflichtig.
CAS-Nummer 
7429-90-5 
  
  
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Physikalisch-chemische Eigenschaften
Reines Aluminium glänzt hell silbrig, es besitzt im sichtbaren Licht ein durchgängig konstant gutes Reflexionsvermögen, so dass es sich für Spiegelbeschichtungen hervorragend eignet. Aluminium ist relativ weich, man kann es mit einem Messer ritzen. Dies erklärt auch, warum sich Aluminium maschinell zu dünnen Blechen und Folien walzen lässt. Das Leichtmetall ist sehr zäh, kompakte Stücke lassen sich mit Hammer und Meißel kaum trennen. Aluminium hat eine niedrige Schmelztemperatur, Folien und dünne Bleche lassen sich mit der rauschenden Brennerflamme schmelzen. Außerdem besitzt es eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit und auch eine gute Wärmeleitfähigkeit.


Aluminium aus der Schmelzflusselektrolyse

Aluminium kompakt

Kompaktes Aluminium ist sehr zäh, es lässt sich maschinell aber gut bearbeiten.



Fein verteiltes Aluminium verbrennt an der Luft unter Lichtblitz und starker Wärmeentwicklung zu Aluminiumoxid Al2O3. Als Nebenprodukt entsteht durch eine Reaktion mit dem Luftstickstoff Aluminiumnitrid AlN.
  
4 Al  +  3 O2 reagiert zu  2 Al2O3       ΔHR = -3352 kJ/mol   

2 Al  +  N2 reagiert zu  2 AlN
 
 
 Metallpulver in der Brennerflamme


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Bläst man feines Aluminiumpulver (Al) über eine Brennerflamme, verbrennt dieses unter heller Feuererscheinung.
 
 
Aluminium ist gegen Luftfeuchtigkeit und Luftsauerstoff viel unempfindlicher als Eisen. Dies beruht auf der dünnen Oxidschicht, die sich bei frisch angeritztem Aluminium innerhalb weniger Sekunden bildet und das darunter liegende Aluminium vor weiterer Korrosion schützt. Aluminium reagiert sehr gerne mit Sauerstoff und eignet sich als Reduktionsmittel zum Beispiel bei der Herstellung von Roheisen aus Eisenerz im Thermitverfahren. Das Aluminiumpulver entzieht dabei dem Metalloxid die Sauerstoffatome.


 Thermitschweißen bei der Bahn

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Beim Thermitschweißen wird ein Gemisch aus Aluminiumgrieß und Eisenoxid gezündet. Das Aluminium reduziert das Eisenoxid und man erhält elementares Eisen.
Film erhältlich auf >DVD  


Von Salzen verschiedener Metalle (Blei, Eisen, Kupfer, Nickel, Natrium, Quecksilber, Zink und Zinn) wird Aluminium angegriffen. Es löst sich auch sehr leicht in starken Säuren unter Wasserstoffbildung und Bildung der entsprechenden Salze, mit Salzsäure erhält man Aluminiumchlorid und Wasserstoff:   
  
2 Al  +  6 HCl  +  6 H2O reagiert zu  2 AlCl3 • 6 H2O  +  3 H2
   
Die dabei entstehenden Salze reagieren infolge ihrer Hydrolyse in wässrigen Lösungen sauer. Zunächst löst es sich langsam, solange bis sich die schützende Oxidschicht aufgelöst hat, dann erfolgt eine raschere Zersetzung. In oxidierend wirkenden Säuren wie (kalte) Salpetersäure wird Aluminium nicht angegriffen, da sich die oxidierte Schutzschicht des Metalls weiter verstärkt. Mit Natronlauge bildet es unter stürmischer Wasserstoffentwicklung Natriumhydroxoaluminat:   
  
2 Al  +  2 NaOH  +  6 H2reagiert zu  2 Na[Al(OH)4]  +  3 H2    
   
 
 Aluminiumfolie in Natronlauge


 
 Eine Aluminiumfolie wird in Natronlauge rasch zersetzt.
Film erhältlich auf >DVD  
   
Toxikologie 
Die akut toxische Wirkung von Aluminium und seinen Verbindungen ist relativ gering. Beim Verschlucken werden sie über die Niere ausgeschieden. Bei Personen mit Nierenfunktionsstörungen können aber Probleme auftreten. Das Metall hat die Eigenschaft, sich um Amalgamfüllungen herum anzulagern. Eine andere Aufnahmemöglichkeit besteht bei der medikamentösen Einnahme von aluminiumhaltigen Antazida oder bei Dialysepatienten über die Gabe von aluminiumsalzhaltiger Dialyseflüssigkeit. Die Aluminium-Ionen lagern sich im Gehirngewebe ein. Ein bekanntes Krankheitsbild ist die Dialyseenzephalopathie. [Lit 37]  Bei dieser Erkrankung des zentralen Nervensystems treten Symptome wie Gedächtnisstörungen oder Krampfanfälle und im Endstadium sogar Demenz auf. Beim Einatmen von Aluminiumstäuben über einen längeren Zeitraum hinweg können chronische Lungenkrankheiten entstehen.

Gelöste Aluminium-Ionen gelangen auch über das Trinkwasser und über Nahrungsmittel in den menschlichen Körper. Verpackungen aus Aluminium können Aluminium-Ionen freisetzen, wenn sie mit Säuren in Kontakt kommen. Aluminiumsalze sind als Lebensmittel-Zusatzstoffe zugelassen. Eine übermäßige Aluminium-Aufnahme führt zu erhöhten Blutwerten. [vgl. Lit 95] Die Verwendung löslicher Aluminiumsalze in kosmetischen Produkten und Medikamenten ist problematisch. Sie können allergische Reaktionen auf der Haut auslösen. Nach der Studie einer Genfer Forschergruppe, die 2016 im International Journal of Cancer veröffentlicht wurde, kann Aluminiumchlorid in Deos Brustkrebs verursachen. [Lit 100] Eine Ursachenwirkung für die Entstehung von Alzheimer durch erhöhte Aluminium-Blutwerte ist umstritten. Einige wissenschaftliche Studien sahen bisher keinen Zusammenhang. [Lit 92] Vertreter der Alternativmedizin argumentieren, dass in den Gehirnen von verstorbenen Alzheimerpatienten ein erhöhter Aluminiumgehalt feststellbar ist. Im Gehirn und anderen Organen werden Depots angelegt. Sie stufen Aluminium-Ionen als neurotoxisch ein. [Lit 93 und 94]
  
Vorkommen 
Häufigkeit   sehr häufig

Aluminium ist das in der Erdhülle nach Silicium am häufigsten vorkommende metallische Element. Es tritt elementar in der Natur nur sehr selten auf, meistens in Form von silbergrau glänzenden Einlagerungen in bestimmten Gesteinen. In den Feldspäten und Glimmern ist Aluminium als Aluminiumsilicat in großen Mengen chemisch gebunden. Das Mineral Korund ist aus Aluminiumoxid aufgebaut. Das wichtigste Aluminiumerz ist das Gestein Bauxit, das im wesentlichen aus einem Gemisch von Al-Hydroxiden und Al-Oxiden besteht. Bedeutende Vorkommen befinden sich in Australien, Guinea, Brasilien, Jamaika, Indien, Guyana und Indonesien. 
  
 
 
  Gestein Bauxit und Mineral Korund als Varietät Saphir

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 Der Bauxit stammt aus Les Baux/Provence und der Saphir aus Sri Lanka
 
 
Geschichte 
Der dänische Chemiker Hans Christian Oersted (1777-1851) stellte 1825 das Element erstmals aus Alaunerde her. Es gelang ihm, Aluminiumchlorid mit Kaliumamalgam zu unreinem Aluminium zu reduzieren. Der Name leitet sich vom lateinischen Wort alumen für Alaun ab. Reineres Aluminium produzierte Friedrich Wöhler 1827 durch Reduktion von Aluminiumchlorid mit elementarem Kalium. An den erhaltenen Metallflittern konnte Wöhler erstmals die Eigenschaften des Metalls untersuchen. Im Jahre 1854 gelang dem Pariser Chemiker Henri Sainte-Claire Deville (1818-1881) eine Darstellung des reinen Aluminiums aus dem Mineral Kryolith durch eine Reduktion mit Natrium. Dadurch war die Grundlage für die großtechnische Produktion des heute sehr bedeutenden Metalls gelegt.
   
 
Die Entdeckung des Aluminiums

Oersted     Wöhler

Oersted gelang die erste Synthese, Friedrich Wöhler stellte als erster reines Aluminium her.
 
  
Herstellung     
Die Aluminiumgewinnung aus Bauxit erfolgt in mehreren Schritten: Das Erz wird zunächst von Verunreinigungen gereinigt. Durch Zugabe von Natronlauge wird das im fein gemahlenen Bauxit enthaltene Aluminiumhydroxid zu wasserlöslichem Natriumaluminat Na[Al(OH)4] umgewandelt. Die ebenfalls enthaltenen Oxide der anderen Metalle gehen nicht in Lösung, sie bleiben im sogenannten Rotschlamm zurück. Die typische rote Farbe des Rotschlammes wird durch Eisenhydroxide verursacht. Die Metalloxide und -hydroxide können aus dem Rotschlamm abfiltriert werden, so dass die Natronlauge im Filtrat verbleibt. Durch Abkühlen auf unter 90°C und durch Zugabe von Impfkristallen bildet sich reines Aluminium(III)-oxid-Trihydrat. Die Natronlauge wird abgetrennt. Nach dem Erhitzen auf über 1200°C erhält man trockene Tonerde oder Aluminiumoxid Al2O3. [Lit 7 und 74]  Das Metall wird anschließend in der Schmelzfluss-Elektrolyse nach Hall-Héroult gewonnen. Um den Schmelzpunkt der Tonerde herabzusetzen, gibt man das Flussmittel Kryolith hinzu. Die Elektrolyse erfolgt bei einer Spannung von etwa 5 Volt. Das Aluminium bildet sich an der Kohle-Kathode, es ist aufgrund der hohen Badtemperatur von 950°C flüssig. 
   
 
 Schmelzflusselektrolyse


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 Das gebildete Aluminium bleibt aufgrund der höheren Dichte am Boden der Schmelze.
 
  
Verwendung 
Die gewöhnlichen Spiegel im Schlaf- und Badezimmer sind heute nicht mehr mit Silber, sondern mit Aluminium beschichtet. Aluminium und seine Legierungen gehören zu den wichtigsten Werkstoffen zum Bau von Profilen, Rohren und Blechen. In der Lebensmittelindustrie ist Aluminiumfolie ein wichtiges Verpackungsmittel. Das Metall dient aber auch zur Herstellung von Kochgeschirr, Milchkannen und Trinkbechern. Aluminiumbronze wird in Rostschutzfarbe eingesetzt und spielt bei der Herstellung von Feuerwerkskörpern und Sprengstoffen eine Rolle. In Grießform wird es beim Thermitschweißen eingesetzt. Reinstes Aluminium wird in elektrischem Leitermaterial eingesetzt, beispielsweise in Hochspannungsleitungen. Duraluminium ist eine wichtige Aluminiumlegierung für den Fahrzeug- und Maschinenbau und für die Luftfahrt. Sie enthält neben dem Aluminium etwa 4% Kupfer, 0,5% Magnesium und 0,6% Mangan, sowie Spuren von Eisen und Silicium.
   
  
 Eloxierte Gegenstände


 
 Beim Eloxieren wird auf elektrochemischem Weg eine besonders dicke Oxidschicht erzeugt.
 
  
Beim Eloxieren wird das Aluminium auf elektrolytischem Weg oxidiert. Der zu eloxierende Gegenstand wird als Anode in eine Elektrolytlösung, bestehend aus verdünnter Schwefelsäure, gehängt. Beim Anlegen einer Spannung entsteht an der Kathode (Blei oder Aluminium) Wasserstoff und die Anode überzieht sich mit einer Oxidschicht. Diese Schicht ist besonders dick, widerstandfähig und schützt gut vor Korrosion. Die Eloxalschicht enthält Poren, in die man Farbstoffe einlagern kann. So erhalten eloxierte Gegenstände ein ästhetisch ansprechendes Aussehen.
 
Experimente - Medien  
Schmelzfluss-Elektrolyse 
Demonstrationen zum Thermitverfahren 
Thermitschweißen bei der Bahn
 
 
Aluminiumverbindungen im Portrait
 
 Aluminiumchlorid
Aluminiumoxid
 Aluminiumsulfat  


 
 
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