Aluminium: Es ist nicht nur im Kühlschrank um Wochen alte Reste gewickelt gefunden. Dieses Element ist nach Silizium das zweithäufigste metallische Element in der Erdkruste. Es wird in Soda-Dosen und anderen Verpackungen, in Flugzeugen und Automobilen und sogar in diesem schicken iPhone 6 verwendet.
Aluminium schiere Massen — etwa 8% der Erdkruste nach Gewicht, nach der University of Wisconsin — macht es einfach, dieses Metall für selbstverständlich. Aber Aluminium ist leicht (ein Drittel des Gewichts von Stahl oder Kupfer, nach den USA, Geologische Umfrage) und einfach zu formen, falten und recyceln. Es widersteht Korrosion und hält der wiederholten Verwendung stand.
Das Lustige an Aluminium ist, dass es überhaupt nicht so nützlich sein sollte. Das Metall oxidiert oder verliert leicht Elektronen, die gleiche Art von Reaktion, die Eisen zum Rosten bringt. Im Gegensatz zu flockigem Eisenoxid haftet das Produkt dieser Reaktion, Aluminiumoxid, jedoch am ursprünglichen Metall und schützt es laut der University of Wisconsin vor weiterem Zerfall.,
Nur die Fakten
- Ordnungszahl (Anzahl der Protonen im Kern): 13
- Atomsymbol( im Periodensystem der Elemente): Al
- Atomgewicht( durchschnittliche Masse des Atoms): 26.9815386
- Dichte: 2,70 Gramm pro Kubikzentimeter
- Phase bei Raumtemperatur: Fest
- Schmelzpunkt: 1.220, 58 Grad Fahrenheit (660.,32 grad Celsius)
- Siedepunkt: 4,566 Grad F (2,519 Grad C)
- Anzahl der Isotope (Atome desselben Elements mit einer anderen Anzahl von Neutronen): 22, eine stabile
- Die häufigsten Isotope: Al-27 (stabil) und Al-26 (radioaktiv; Halbwertszeit 730.000 Jahre)
Wundermetall
Aluminium bildet sich in Sternen in einer Fusionsreaktion, in der Magnesium ein zusätzliches Proton aufnimmt, laut Chemicool, einer Chemie-Website von David D. Hsu vom Massachusetts Institute of Technology., Es kommt jedoch nicht in reiner Form in der Natur vor; In der Erdkruste tritt Aluminium am häufigsten als Verbindung auf, die Alaun (Kaliumaluminiumsulfat) genannt wird.
Der dänische Chemiker Hans Christian Oersted gelang es erstmals 1825, Aluminium aus Alaun zu gewinnen, so die Thomas Jefferson National Accelerator Facility. Spätere Wissenschaftler verfeinerten das Verfahren zum Ringen von Aluminium um Alaun, konnten den Preis jedoch nicht auf ein praktisches Niveau senken., Aluminium war jahrzehntelang mehr wert als Gold: Napoleon III., der erste Präsident der Zweiten Französischen Republik ab 1848, servierte stolz seine geehrtesten Gäste mit Aluminiumtellern und-besteck, weil es laut Aluminium Association ein so seltenes Metall war. Berichten zufolge hatte Napoleon III auch eine Aluminiumrassel für seinen Sohn gemacht, nach einem Artikel von 1911 im Good Housekeeping Magazine.,
Schließlich erfanden 1886 ein französischer Ingenieur namens Paul Heroult und ein Absolvent der Oberlin-Chemie namens Charles Hall unabhängig voneinander ein Verfahren, bei dem Aluminiumoxid in Kryolith (Natriumaluminiumfluorid) geschmolzen und einem elektrischen Strom ausgesetzt wird, so die American Chemical Society. Das Hall-Heroult-Verfahren wird heute noch zur Herstellung von Aluminium verwendet, zusammen mit dem Bayer-Verfahren, das laut ACS Aluminium aus Bauxiterz extrahiert.,
Die einzige stabile Form von Aluminium ist Al-27, und die meisten Isotope haben Halbwertszeiten von nur Millisekunden, was bedeutet, dass sie in weniger als einem Wimpernschlag verschwunden sind. Aber Al-26, das am längsten anhaltende radioaktive Isotop von Aluminium, hat eine Halbwertszeit von etwa 730.000 Jahren. Dieses Isotop ist in sternbildenden Regionen in der Galaxie gefunden, nach einer Januar 2006 Studie in der Zeitschrift Nature. In dieser Studie verwendeten NASA-Forscher nachweisbare Al-26-Ausbrüche, um Supernovas oder Sternexplosionen zu lokalisieren., Mit diesen Al-26-Fingerabdrücken schätzten die Wissenschaftler, dass in der Milchstraße durchschnittlich alle 50 Jahre eine Supernova auftritt und jedes Jahr sieben neue Sterne geboren werden.
Wer wusste?
- Aluminium ist reichlich vorhanden: Im Jahr 2012 wurden nach Angaben der US Environmental Protection Agency (EPA) 1,9 Millionen Tonnen Aluminium allein für Behälter und Verpackungen hergestellt. Weitere 1,7 Millionen Tonnen flossen in Geräte, Fahrzeugteile und andere langlebige Güter.,
- Eine einzelne Boeing-747 enthält laut Chemicool 147.000 Pfund (mehr als 66.000 Kilogramm) Aluminium.
- Versuchen Sie dies nicht zu Hause (es sei denn, Sie haben eine Dunstabzugshaube). Aluminiumpulver plus Jod plus ein paar Tropfen Wasser erzeugen eine ziemliche Anzeige: Wolken aus giftigem lila Joddampf und dann plötzlicher Flamme. Die Reaktion ist eine Demonstration, wie reaktives Aluminium wirklich sein kann.
- Recyceln! Das Recycling von Aluminium verbraucht laut EPA nur 5 Prozent der Energie, die benötigt wird, um neues Aluminium aus Erz zu gewinnen., Ab 2012 schafften es etwa 55 Prozent der Aluminium-Getränkedosen in den Recyclingbehälter.
- Die Spitze des Washington Monument ist mit einer 8,9 Zoll (22,6 Zentimeter) Aluminiumpyramide bedeckt. Die Aluminiumkappe diente ursprünglich als Spitze des Blitzableiters des Denkmals, musste jedoch mit Kupferstangen ergänzt werden, als klar wurde, dass die Kappe allein laut einem Artikel aus dem Jahr 1995 im Journal of the Minerals, Metals and Materials Society Schäden nicht verhindern konnte.
- Diese Dose Cola war vielleicht nicht lange im Regal., Nach Angaben der Aluminium Association dauert eine Aluminiumdose nach dem Recycling nur 60 Tage, um als neue Dose zurückzukehren.
- Trippy: Über 75 prozent aller aluminium jemals im einsatz ist immer noch, dank recycling, nach der Aluminium Association.
Aktuelle Forschung
Der vielleicht berühmteste Auftritt von Aluminium in der jüngsten Forschungsszene war 2011, als es eine Rolle beim Nobelpreis für Chemie spielte., Der Preisträger, der Materialwissenschaftler Dan Shechtman vom Technion-Israel Institute of Technology, entdeckte Quasikristalle, molekulare Strukturen sich nicht wiederholender Muster. Das Material, in dem Shechtman diese Quasikristalle entdeckte, war eine Mischung aus Mangan und Aluminium.
Laut Yuntian Zhu, Professor für Material-und Ingenieurwissenschaften an der North Carolina State University, gibt es Hunderte von Aluminiumlegierungen oder Mischungen mit anderen Metallen auf dem Markt. Aluminium allein ist leicht, aber schwach, so dass andere Metalle hinzugefügt werden, um ihm mehr Muskeln zu geben.,
Zhu und seine Kollegen haben dieses Konzept auf die Spitze getrieben und Aluminium so stark wie Stahl geschaffen, berichteten sie in einem Papier, das 2010 in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde. Indem sie Aluminium, gemischt mit etwas Magnesium und Zink, extremem Druck aussetzten, stellten die Forscher fest, dass sie die Aluminiumkörner auf Nanogröße zerdrücken konnten. Diese kleineren Körner ermöglichen es der Legierung, sich zu bewegen, so dass sie nicht spröde wird und unter Druck wie Keramik einrastet. Aber die Bewegung ist so grollend, dass das Material sehr stark bleibt.,
„Die Nanostruktur macht es der Dislokation sehr schwer, sich zu bewegen, aber gleichzeitig, wenn Sie eine Kraft anwenden, die hoch genug ist, kann sie sich bewegen“, sagte Zhu zu Live Science.
Derzeit können die Forscher nur kleine Mengen dieser superfesten Aluminiumlegierung gleichzeitig herstellen, was bedeutet, dass kommerzielle Anwendungen noch nicht möglich sind.
Inzwischen verwenden Forscher in Oregon modernste Technologie, um wässrige Aluminium-oder Aluminiumverbindungen zu untersuchen, die in Wasser gebildet werden, insbesondere Aluminiumoxide., Aluminiumoxide sind Verbindungen, die sowohl Aluminium als auch Sauerstoff enthalten.
„Aluminiumoxid, insbesondere in Folienform, wird in vielen verschiedenen Branchen eingesetzt“, sagte Douglas Keszler, Direktor des Center for Sustainable Materials Chemistry an der Oregon State University. Diese Folien bilden gute kratzfeste, korrosionsbeständige Barrieren; Aluminiumoxide werden auch in der Wasseraufbereitung verwendet, um winzige Partikel auszufällen, sagte Keszler Live Science.,
Keszler und sein Team arbeiten daran, die tintenartigen Lösungen zu analysieren, die zu Aluminiumoxidfilmen erhitzt und getrocknet werden können.
„Wir haben nicht die chemischen Techniken, die es uns ermöglichen, mit solchen Lösungen gleichzeitig sowohl die Zusammensetzung als auch die Struktur, die molekulare Struktur dessen, was in der Lösung enthalten ist, zu identifizieren“, sagte Keszler. „Was wir also getan haben, ist, einige brandneue Lasertechniken zu verwenden und diese mit Hochleistungsberechnungen zu kombinieren, um gleichzeitig die Zusammensetzung und die Struktur ableiten zu können.,“
Sobald sie die Lösungen verstanden haben, können die Forscher den Herstellungsprozess der Filme besser kontrollieren-und lernen, sie energieeffizient herzustellen. Im Moment freut sich das Team am meisten über die Verwendung der Filme für den Elektronentunnel. Durch die Verlegung eines sehr reinen Aluminiumoxidfilms zwischen zwei Elektroden, sagte Keszler, sind die Wissenschaftler sehr nahe daran, Elektronen dazu zu bringen, von einer Elektrode zur anderen zu springen, ohne jemals mit dem Film zu interagieren: „Im Wesentlichen sofortige Übertragung von einer Elektrode zur anderen“, sagte Keszler.,
Dieses Elektronentunnelgerät könnte als billiger und einfacher Schalter verwendet werden, sagte Keszler.
Zusätzliche Ressourcen
- Hier ist ein Einblick, warum Aluminium vielleicht mehr kostet, als es sollte — ein Untersuchungsbericht der New York Times über den überhöhten Preis von Aluminium.
- Schauen Sie unter die Haube eines iPhones und finden Sie heraus, welche chemischen Elemente wie Aluminium das Smartphone in diesem von der American Chemical Society produzierten Video zum Ticken bringen.
- Dieses Discovery Channel-Video gibt einen visuellen Blick darauf, wie Aluminiumdosen recycelt werden.,
- Wussten Sie, dass der Science-Fiction — Autor Jules Verne in seinem Roman „Journey to the Moon“ über eine Aluminium-Weltraumrakete schrieb-Erfahren Sie mehr historische Fakten über Aluminium auf der Website der Aluminium Association.
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