Historique de l'aluminium, propriétés, structure, obtention, utilisations

Il aluminium C'est un élément métallique qui appartient au groupe 13 (iii a) du tableau périodique et est représenté par le symbole du. C'est un métal léger à faible densité et dureté. À la suite de ses propriétés amphotériques, il a été classé par certains scientifiques comme métalloïde.

Il s'agit d'un métal ductile et très malléable, il est donc servi pour la fabrication de fil, des feuilles d'aluminium de peu d'épaisseur, en plus de tout type d'objet ou de figure; Par exemple, les célèbres canettes avec leurs alliages, ou le papier d'aluminium avec lequel la nourriture ou les desserts sont enveloppés.

Foil en aluminium ridé, l'un des objets les plus simples et tous les jours fabriqués avec ce métal. Source: Pexels.

L'homme a utilisé de l'aluminium (un aluminium et un potassium hydraté) depuis les temps anciens en médecine, en bronzage en cuir et comme mordant pour la coloration des tissus. Ainsi, leurs minéraux ont toujours été connus.

Cependant, l'aluminium comme métal a été isolé très tard, en 1825, par Øersted, ce qui a conduit à une activité scientifique qui a permis l'utilisation industrielle de la même. À ce moment, l'aluminium était le métal le plus mondial, après le fer.

L'aluminium est principalement dans la partie supérieure de la croûte terrestre, constituant 8% en poids. Il correspond à son troisième élément le plus abondant, surmonté par l'oxygène et le silicium dans ses minéraux de silice et de silecats.

La bauxite est une association de minéraux, parmi lesquelles: l'alumine (oxyde d'aluminium) et les oxydes de fer métalliques, le titane et le silicium. Représente la principale ressource naturelle de l'exploitation de l'exploitation en aluminium.

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Histoire

Alun

En Mésopotamie, 5000 ans pour. C., Ils ont déjà fait des céramiques à l'aide d'argiles contenant des composés en aluminium. Pendant ce temps, 4000, les Babyloniens et les Égyptiens ont utilisé l'aluminium dans certains composés chimiques.

Le premier document écrit lié à l'alumine a été réalisé par Hérodote, historien grec, au 5ème siècle. C. L'aluminium [kal (donc₄)₂· 12h₂Ou] il a été utilisé comme mordant dans la coloration des tissus et pour protéger le bois, avec lequel les portes des forces, des incendies ont été conçues.

De la même manière, Plinio "El Viejo" au 1er siècle fait référence à l'ancienne.

Depuis le XVIe siècle, l'alun a été utilisé dans le bronzage. C'était une substance gélatineuse qui a donné la cohérence au journal et a permis à son utilisation par écrit.

En 1767, le chimiste suisse Torbern Bergman a atteint la synthèse en aluminium. Pour ce faire, il a réchauffé la lunita [kal₃(SW₄)₂(OH)₆] avec de l'acide sulfurique, puis ajouté à la solution.

Reconnaissance en alumine

En 1782, le chimiste français Antoine Lavoisier a dit que l'alumine (à₂SOIT₃) C'était un élément oxyde. Cela a une telle affinité pour l'oxygène qui était difficile à séparer. Par conséquent, Lavoisier prédit alors l'existence de l'aluminium.

Plus tard, en 1807, le chimiste anglais Sir Humphry Davy a soumis l'alumine à l'électrolyse. Cependant, la méthode qu'il a utilisée a généré un alliage d'aluminium avec du potassium et du sodium, il ne pouvait donc pas isoler le métal.

Davy a déclaré que l'alumine avait une base métallique, qui a initialement désignée «aluminium», basée sur le mot latin «ancienne», un nom utilisé pour l'aluminium. Par la suite, Davy a changé le nom en "aluminium", le nom actuel en anglais.

En 1821, le chimiste allemand Eilhard Mitscherlich a réussi à découvrir la formule correcte de l'alumine:₂SOIT₃.

Isolement

La même année, le géologue français Pierre Berthier a découvert un minéral en aluminium dans un gisement en argile rougeâtre rocheux en France, dans la région de Les Baux. Berthier désigné minéral comme bauxite. Ce minéral est actuellement la principale source d'aluminium.

En 1825, le chimiste danois Hans Christian Øersted a produit une barre métallique d'un présumé aluminium. Il l'a décrit comme "un morceau de métal qui en couleur et en luminosité qui ressemble un peu à l'étain". Ørsted pourrait y parvenir en réduisant le chlorure d'aluminium, ALCL₃, Avec un amalgame de potassium.

On pensait cependant que le chercheur n'a pas obtenu d'aluminium pur, mais un alliage d'aluminium et de potassium.

En 1827, le chimiste allemand Friedrich Wöehler a réussi à produire environ 30 grammes de matériaux en aluminium. Puis, après 18 ans de travaux de recherche, Wöehler en 1845 a atteint la production de cellules sanguines de la taille d'un casque, avec une brillance grisâtre et grisâtre.

Wöehler a même décrit certaines propriétés du métal, comme la couleur, la gravité spécifique, la ductilité et la stabilité.

Production industrielle

En 1855, le chimiste français Henri Sainte-Claire Deville a amélioré la méthode Wöehler. Pour ce faire, il a utilisé la réduction du chlorure d'aluminium ou du chlorure d'aluminium de sodium avec du sodium métallique, en utilisant le créole (Na₃Alf₆) comme un flux.

Cela a permis à la production industrielle d'aluminium à Rouen, en France, et entre 1855 et 1890, la production de 200 tonnes d'aluminium a été réalisée.

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En 1886, l'ingénieur français Paul Herult et l'étudiant américain Charles Hall, ont créé indépendamment une méthode pour la production d'aluminium. La méthode se compose de la réduction électrolytique de l'oxyde d'aluminium dans le créole fondu, en utilisant un courant continu.

La méthode était efficace, mais avait le problème de ses besoins élevés en électricité, ce qui a augmenté la production. Herult a résolu ce problème en établissant son industrie à Neuhausen (Suisse), pour profiter des cataractes Rin en tant que générateurs d'électricité.

Hall a été initialement installé à Pittsburg (EE.Uu.), Mais ensuite il a déplacé son industrie près des cataractes du Niagara.

Enfin, en 1889, Karl Joseph Bayer a créé une méthode de production d'alumine. Cela consiste à chauffer la bauxite à l'intérieur d'un récipient fermé avec une solution alcaline. Pendant le processus de chauffage, la fraction d'alumine dans la solution saline est récupérée.

Proprietes physiques et chimiques

Apparence physique

Cube en aluminium métallique. Source: Carsten Niehaus [domaine public]

Gray-gris siothicien avec un lustre métallique (image supérieure). C'est un métal doux, mais il durcit avec de petites quantités de silicium et de fer. De plus, il est caractérisé par un très ductile et malléable, car les feuilles d'aluminium d'une épaisseur peuvent être faites jusqu'à 4 microns.

Poids atomique

26 981 U

Numéro atomique (z)

13

Point de fusion

660,32 ºC

Point d'ébullition

2.470 ºC

Densité

Température ambiante: 2,70 g / ml

Point de fusion (liquide): 2 375 g / ml

Sa densité est considérablement faible par rapport à celle des autres métaux. Pour cette raison, l'aluminium est assez léger.

Chaleur de fusion

10,71 kJ / mol

Chaleur de vaporisation

284 kJ / mol

Capacité calorique molaire

24.20 J / (mol · k)

Électronégativité

1.61 sur l'échelle Pauling

Énergie d'ionisation

-Premièrement: 577,5 kJ / mol

-Deuxième: 1.816,7 kJ / mol

-Troisième: 2.744,8 kJ / mol

Dilatation thermique

23,1 µm / (m · k) à 25 ° C

Conductivité thermique

237 w / (m · k)

L'aluminium a une conductance thermique trois fois supérieure à celle de l'acier.

Résistivité électrique

26,5 nΩ · m à 20 ºC

Sa conductance électrique est un 2/3 dont le cuivre présente.

Ordre magnétique

Paramagnétique

Dureté

2,75 sur l'échelle Mohs

Réactivité

L'aluminium est résistant à la corrosion car lorsque la mince couche d'oxyde est exposée à l'air à l'air₂SOIT₃ qui est formé à sa surface empêche l'oxydation de continuer à l'intérieur du métal.

Dans les solutions acides réagit avec l'eau pour former de l'hydrogène; tandis que dans des solutions alcalines, l'ion aluminate (Al₂^-).

Les acides dilués ne peuvent pas le dissoudre, mais il le fait en présence d'acide chlorhydrique concentré. Cependant, l'aluminium est concentré résistant.

L'aluminium pulvérisé est incinéré en présence d'oxygène et de dioxyde de carbone, pour former l'aluminium et l'oxyde de carbure d'aluminium. Il peut être corrodé par du chlorure présent dans une solution de chlorure de sodium. Pour cette raison, l'utilisation de l'aluminium dans les tuyaux n'est pas recommandée.

L'aluminium est oxydé par l'eau à des températures inférieures à 280 ºC.

2 à (s) +6 h₂O (g) => 2al (oh)₃(s) + 3h₂(g) + chaleur

Structure et configuration électroniques

Aluminium pour être un élément métallique (avec des colorants métalloïdes pour certains), leurs atomes interagissent les uns avec les autres grâce à la liaison métallique. Cette force non dirigée est régie par ses électrons de valence, qui sont dispersés par le verre dans toutes ses dimensions.

Ces électrons de valence sont les suivants, selon la configuration électronique de l'aluminium:

[NE] 3S² 3p¹

Par conséquent, l'aluminium est un métal trivalent, car il a trois électrons de Valence; deux dans l'orbital 3s, et un dans le 3P. Ces orbitales se chevauchent pour créer des orbitales moléculaires 3s et 3p, donc ensemble qu'ils finissent par former des bandes de conduite.

La bande S est pleine, tandis que le groupe P a beaucoup de vacance pour plus d'électrons. C'est pourquoi l'aluminium est un bon conducteur d'électricité.

Le lien métallique en aluminium, le rayon de ses atomes et ses caractéristiques électroniques définissent une FCC (Face Cenred Cubic, pour son acronyme en anglais). Un tel cristal FCC est, apparemment, le seul alotrope connu de l'aluminium, résistez donc sûrement aux fortes pressions qui l'ont sur.

Nombres d'oxydation

La configuration électronique de l'aluminium indique immédiatement qu'il est capable de perdre jusqu'à trois électrons; c'est-à-dire qu'il a une forte tendance à former le cation à³⁺. Lorsque l'existence de ce cation est supposée dans un composé dérivé de l'aluminium, il est dit que ce nombre de +3 d'oxydation; Comme on le sait, c'est le plus courant pour l'aluminium.

Cependant, il existe d'autres nombres d'oxydation possibles, bien que rares, pour ce métal; comme: -2 (à^2-), -1 (à^-), +1 (à⁺) et +2 (à²⁺).

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Dans l'Al₂SOIT₃, Par exemple, l'aluminium a un numéro d'oxydation de +3 (à₂³⁺SOIT₃^2-)); Pendant que dans Ali et Allo, +1 (à⁺F^-) et +2 (à²⁺SOIT^2-), respectivement. Cependant, dans des conditions ou des situations normales, A (III) ou +3 est de loin le nombre d'oxydation le plus abondant; Depuis, Al³⁺ est isoléctronique à gaz néon noble.

C'est pourquoi dans les textes scolaires, il est toujours supposé, et à juste titre, que l'aluminium a +3 comme seul numéro ou statut d'oxydation.

Où est-il et obtenez

L'aluminium est concentré dans la bande extérieure de la croûte terrestre, étant son troisième élément, seulement dépassé par l'oxygène et le silicium. L'aluminium représente 8% en poids de la croûte terrestre.

Il se trouve dans les roches ignées, principalement: aluminosilicate, feldspaths, feldspatoïdes et micas. Également dans des argiles rougeâtres, en tant que telle est le cas de la bauxite.

- Bauxitas

Mine Bauxitas. Source: utilisateur: vargaa [cc by-sa 4.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 4.0)]

Les bauxites sont un mélange de minéraux contenant de l'alumine hydratée et des impuretés; comme le fer et les oxydes de titane et la silice, avec les pourcentages de poids suivants:

-Au₂SOIT₃ 35-60%

-Foi₂SOIT₃ 10-30%

-Sio₂ 4 à 10%

-L'oncle₂ 2-5%

-H₂O Constitution 12-30%.

L'alumine se trouve dans la bauxite hydratée avec deux variantes:

-monohydrates (AL₂SOIT₃· H₂O), qui présente deux formes cristallographiques, la boemite et la diasporo

-Trihydrates (Al₂SOIT₃· 3h₂O), représenté par le gibbsita.

Bauxita est la principale source d'aluminium et fournit la plupart de l'aluminium obtenu par exploitation minière.

- Dépôts en aluminium

De modification

Principalement les bauxites formées par 40 à 50% d'Al₂SOIT₃, 20% de foi₂SOIT₃ et 3 à 10% SIO₂.

Hydrothermal

Allunite.

Magmatique

Des roches alumineuses qui ont des minéraux tels que les siennitas, les néphlines et les anortites (20% d'Al₂SOIT₃).

Métamorphique

Silicates d'aluminium (Andalucita, Sillimanita et Cianita).

Détritique

Dépôts de Caolin et diverses argiles (32% d'Al₂SOIT₃).

- Exploitation de bauxite

La bauxite est exploitée dans un ciel ouvert. Une fois que les rochers ou les argiles qui le contiennent sont collectées, elles sont écrasées et broyées dans des moulins à boulets et à barre, jusqu'à ce que vous obteniez des particules de 2 mm de diamètre. Dans ces processus, le matériau traité reste humidifié.

Dans l'obtention de l'alumine, le processus créé par Bayer est suivi en 1989. La bauxite moulue est digérée par l'ajout d'hydroxyde de sodium, formant l'aluminate de sodium qui est solubilisée; tandis que les contaminants en fer, en titane et en silicium restent en suspension.

Les polluants OPT et l'alumine trihydratée est précipitée à partir de l'aluminé de sodium pour le refroidissement et la dilution. Par la suite, l'alumine trihydrate est décrite comme provoquant une alumine anhydre et d'eau.

- Électrolyse en alumine

Pour obtenir de l'aluminium, l'alumine est soumise à une électrolyse, généralement suivant la méthode créée par Hall-Hrult (1886). Le processus consiste à réduire l'alumine fondu en créole.

L'oxygène se lie à l'anode de carbone et est libéré sous forme de dioxyde de carbone. Pendant ce temps, l'aluminium libéré est déposé au bas de la cellule électrolytique où il s'accumule.

Alliages

Les alliages en aluminium sont généralement identifiés avec quatre nombres.

1xxx

Le code 1xxx correspond à l'aluminium avec une pureté de 99%.

2xxx

Le code 2xxx correspond à l'alliage d'aluminium avec du cuivre. Ce sont de forts alliages qui ont été utilisés dans les véhicules aérospatiaux, mais ils ont été fissurés par corrosion. Ces alliages sont connus sous le nom de duraluminoso.

3xxx

Le code 3xxx couvre les alliages dans lesquels l'aluminium de manganèse et une petite quantité de magnésium sont ajoutés. Ils sont très résistants à l'usure, en utilisant l'alliage 3003 dans l'élaboration des ustensiles de cuisine, et le 3004 en boissons de boisson.

4xxx

Le code 4xxx représente les alliages dans lesquels le silicium est ajouté à l'aluminium, ce qui diminue le point de fusion du compteur. Cet alliage est utilisé dans l'élaboration des fils de soudage. 4043 L'alliage est utilisé dans le soudage de voiture et les éléments structurels.

5xxx

Le code 5xxx couvre les alliages dans lesquels l'aluminium est principalement ajouté.

Ce sont des alliages forts et résistants à la corrosion de l'eau de mer, utilisés pour fabriquer des conteneurs de pression et diverses applications marines. 5182 L'alliage est utilisé pour fabriquer les canettes de rafraîchissement.

6xxx

Le code 6xxx englobe les alliages dans lesquels le silicium et le magnésium en aluminium sont ajoutés. Ces alliages sont moulables, soudables et résistants à la corrosion. L'alliage le plus courant de cette série est utilisé dans l'architecture, les cadres de vélo et dans l'élaboration de l'iPhone 6.

7xxx

Le code 7xxx indique les alliages dans lesquels le zinc est ajouté à l'aluminium. Ces alliages, également appelés Ergal, sont résistants à la rupture et sont d'une grande dureté, en utilisant des alliages 7050 et 7075 dans la construction d'avions.

Des risques

Exposition directe

Le contact avec l'aluminium en poudre peut provoquer une irritation de la peau et des yeux. Une exposition élevée et prolongée à l'aluminium peut provoquer des symptômes similaires à la grippe, aux maux de tête, à la fièvre et aux frissons; De plus, la douleur et l'oppression pectorale peuvent se produire.

Peut vous servir: propriétés étendues de la matière

Une fine exposition aux poussières en aluminium peut provoquer des cicatrices pulmonaires (fibrose pulmonaire), avec des symptômes de toux et un raccourcissement respiratoire. L'OSHA a établi une limite de 5 mg / m³ Pour une exposition à la poussière d'aluminium dans une journée de 8 heures par jour.

La valeur de tolérance biologique pour l'exposition professionnelle à l'aluminium a été établie dans 50 µg / g de créatinine dans l'urine. Une performance décroissante dans les tests neuropsychologiques est présentée lorsque la concentration en aluminium dans l'urine dépasse 100 µg / g de créatinine.

Cancer du sein

L'aluminium est utilisé comme chlorhydrate d'aluminium dans les déodorants antitranspirants, ayant été lié à l'apparition d'un cancer du sein. Cependant, cette relation n'a pas été clairement établie, entre autres choses, car l'absorption cutanée de la chlorhydrate d'aluminium n'est que de 0,01%.

Effets neurotoxiques

L'aluminium est neurotoxique et chez les personnes exposées au travail, elle a été liée à des maladies neurologiques, qui comprennent la maladie d'Alzheimer.

Le cerveau des patients d'Alzheimer a une concentration élevée en aluminium; Mais on ne sait pas si c'est la cause de la maladie ou une conséquence.

La présence d'effets neurotoxiques chez les patients atteints de dialyse a été déterminée. Dans cette procédure, les sels en aluminium ont été utilisés comme liant phosphate, qui produisait des concentrations élevées d'aluminium dans le sang (> 100 µg / L de plasma).

Les patients affectés ont eu une désorientation, des problèmes de mémoire et à des stades avancés, la démence. La neurotoxicité en aluminium est expliquée car il est difficile d'éliminer le cerveau et d'affecter son fonctionnement.

Apport en aluminium

L'aluminium est présent dans de nombreux aliments, en particulier le thé, les épices et en général, les légumes. L'European Food Safety Authority (EFSA) a établi une limite de tolérance à l'apport en aluminium dans la nourriture de 1 mg / kg de poids quotidien.

En 2008, l'EFSA a estimé que l'apport quotidien en aluminium dans les aliments variait entre 3 et 10 mg par jour, il est donc conclu qu'il ne représente pas un risque pour la santé; ainsi que l'utilisation d'ustensiles en aluminium pour cuire les aliments.

Applications

- Comme le métal

Électrique

L'aluminium est un bon conducteur électrique, il utilise donc en alliages dans les lignes de transmission électrique, les moteurs, les générateurs, les transformateurs et les condensateurs.

Construction

L'aluminium est utilisé dans l'élaboration des portes et des fenêtres, des partitions, des câbles, des revêtements, des isolateurs thermiques, des plafonds, etc.

Moyens de transport

L'aluminium est utilisé dans la fabrication de pièces automobiles, d'avions, de camions, de vélos, de motos, de bateaux, de vaisseau spatial, de voitures de chemin de fer, etc.

Conteneurs

Canettes en aluminium pour différentes variétés alimentaires. Source: pxhere.

Avec des canettes en aluminium sont conçues pour les boissons, les barils de bière, les plateaux, etc.

foyer

Cuillères en aluminium. Source: Pexels.

L'aluminium sert à fabriquer des ustensiles de cuisine: pots, casseroles, poailas et papier d'emballage; En plus des meubles, des lampes, etc.

Puissance réfléchissante

L'aluminium reflète efficacement l'énergie rayonnante; De la lumière ultraviolette au rayonnement infrarouge. La puissance réfléchissante de l'aluminium à la lumière visible est d'environ 80%, ce qui permet son utilisation comme écran dans les lampes.

De plus, l'aluminium conserve sa caractéristique réfléchissante même sous la forme de poussière fine, il peut donc être utilisé dans l'élaboration des peintures en argent.

- Composés en aluminium

Alumine

Il est utilisé pour fabriquer de l'aluminium métallique, des isolateurs et des bougies d'allumage. Lorsque l'alumine est chauffée, elle développe une structure poreuse qui absorbe l'eau, en utilisant des gaz et servant de siège à l'action des catalyseurs de plusieurs réactions chimiques.

Sulfate d'aluminium

Il est utilisé dans la fabrication en papier et comme remplissage de surface. Le sulfate d'aluminium sert à former de l'aluminium et de l'aluminium de potassium [kal (donc₄)₂· 12h₂SOIT]. Il s'agit de l'aluminium le plus utilisé et avec de nombreuses applications; comme la fabrication de médicaments, de peintures et de mordants pour la coloration en tissu.

Chlorure d'aluminium

C'est le catalyseur le plus utilisé dans les réactions de Friedel-Crafts. Ce sont des réactions organiques synthétiques utilisées dans la préparation des cétones aromatiques et de l'antraquinone. Le chlorure d'aluminium hydraté est utilisé comme un antitranspirant topique et déodorant.

Hydroxyde d'aluminium

Il est utilisé pour étancher les tissus et la production d'alumints.

Les références

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