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Aluminium

Informationen zur Chemie und zur Physik des Aluminiums.



Aluminium

Aluminium - Symbol Al, Ordnungszahl 13 - ist ein metallisches chemisches Element der 3. Hauptgruppe (Borgruppe, Erdmetalle, Triele). In reiner Form zeigt es sich als silbrig-weißes, weiches, nichtmagnetisches, duktiles Metall.

Das reine Aluminium-Metall ist chemisch sehr reaktiv, so dass man es in der Natur nur an andere Elemente gebunden findet, meist als Bestandteil von Mineralien, von denen 270 verschiedene bekannt sind.

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Aluminium

Bezeichnung:Aluminium Andere Namen:Aluminum Symbol:Al Ordnungszahl:13 Atommasse:26,9815384(3) u Periodensystem-Stellung:13. Gruppe (3. Hauptgruppe), p-Block Gruppen-Zugehörigkeit:Metalle, Borgruppe (Triele) Entdeckung:Hans Christian Oersted (1825) Bedeutung des Namens:Alumen, Alaun (aluminumhaltiges Mineral) Historische Bezeichnungen:Alumium Irdisches Vorkommen:Dritthäugistes Element, häufigstes Metall Englischer Name:Aluminium; Aluminum CAS-Nummer:7429-90-5 InChI-Key:XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N

 

Das Aluminium-Atom

Das Al-Atom - und damit das chemische Element Aluminium - ist eindeutig durch die 13 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Aluminium-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Aluminium-Isotope bzw. Al-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Aluminium-Vorkommen bestehen aus nur einem Isotop: 27Al; die relative Atommasse wird mit 26,9815384(3) u angegeben.

 

Elektronenkonfiguration

SymbolOZKurzform1s2s2p3s3p3d
Al13[Ne] 3s2 3p1 22621

 

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Aluminium-Atom zu trennen.

1. IE: 5,985768 eV2. IE: 18,82855 eV3. IE: 28,44765 eV4. IE: 119,992 eV5. IE: 153,825 eV6. IE: 190,49 eV
7. IE: 241,76 eV8. IE: 284,66 eV9. IE: 330,13 eV10. IE: 398,75 eV11. IE: 442,00 eV12. IE: 2085,98 eV
13. IE: 2304,1410 eV14. IE: eV15. IE: eV16. IE: eV17. IE: eV18. IE: eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Aluminium-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

KLILIILIII
1s2s2p1/22p3/2
1559,6117,872,9572,55

 

Weitere Daten

Atomradius:118 pm (berechnet)
125 pm (empirisch, nach Slater)
Kovalente Radien:121(4) pm (nach Cordero et al.)
126 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
113 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
111 pm (in Dreifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
Van-der-Waals-Radius:200 pm Molvolumen:10,00 cm3 mol-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ωK: 0,039; ωL1: 0,000026; ωL2: 0,00075; ωL3: 0,00075 Coster-Kronig-Übergänge:F12: 0,32; F13: 0,64; F23:

 

Spektrallinien des Aluminiums

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Aluminiums mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Aluminium-Spektrallinien

 

 

Chemie des Aluminiums

Als Element der dritten Hauptgruppe ist die Chemie des Aluminiums geprägt von den drei Valenzelelektronen, die in chemischen Reaktionen bereitwillig unter Bildung von Aluminium(III)-Verbindungen bereitgestellt werden. Die Koordinationszahl dieser Verbindungen variiert, im Allgemeinen ist das Al3+-Ion jedoch sechsfach oder vierfach koordiniert. Fast alle Aluminium(III)-verbnidungen sind farblos.

Seltener und weniger stabil sind Verbindungen mit niedrigeren Al-Oxidationsstufen.

Bekannt ist Aluminium für seine Beständigkeit gegenüber Korrosion, die in der Ausbildung einer sehr dünnen Oberfächenschicht aus ca. 0,05 μm Aluminiumoxid begründet ist, die sich unter dem Einfluss des Luftsauerstoffs auf das blanke Aluminium-Metall bildet - der Vorgang wird als Pasivierung bezeichnet.

Diese Korrosionsbeständigkeit wird allerdings durch wässrige Salz-Lösungen vor allem in Gegenwart verschiedener anderer Metalle stark reduziert und insbesondere durch die Anwesenheit durch gelöste Chloride - wie zum Beispiel normales Salz (Natriumchlorid) - nahezu aufgehoben. Daher werden unter anderem auch Haushaltsleitungen nicht aus Aluminiumrohren gefertigt.

 

Chemische Daten

Elektronegativität:1,61 nach Pauling
1,47 nach Allred-Rochow
1,613 nach Allen
1,4 nach Mulliken
1,54 nach Sanderson
4,6393 eV nach Gosh-Gupta
3,23 eV nach Pearson
Elektronaffinität:0,432 83(5) eV bzw. 41,762(5) kJ mol-1Oxidationsstufen:+3 (-2, -1, +1. +2)

 

Standardpotentiale

E0 (V)NoxName Ox.Ox.e-Red.Name Red.Nox
-2,33+ IIITetrahydroxyaluminat-AnionAl(OH)4-+ 3 e-Al (s) + 4 OH-Aluminium0
-2,31+ IIIAluminiumhydroxidAl(OH)3 (s)+ 3 e-Al (s) + 3 OH-Aluminium0
-1,66+ IIIAluminium(III)-KationAl3++ 3 e-Al (s)Aluminium0

 

Material- und physikalische Eigenschaften des Aluminiums

Die nachfolgende Tabelle führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Aluminiums auf.

Schmelzpunkt:660,32 °C Schmelzenthalpie (molar):10,71 kJ mol-1 Schmelzenthalpie (spezifisch):398 kJ kg-1 Siedepunkt:2519 °C Verdampfungsenthalpie:293,72 kJ mol-1 Wärmekapazität:24,200 J mol-1 K-1 (molar)
0,897 J g-1 K-1 (spezifisch)
Debye-Temperatur:433 K Thermische Leitfähigkeit:237 W m-1 K-1 Wärmeausdehnung:23,1 μm m-1 K-1 bei 25 °C Elektrischer Widerstand:26,5 nΩ m bei 20 °C Dichte:2,70 g cm-3 Elastizitätsmodul:70,2 GPa (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):72,2 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,01385 GPa-1 300 K Poisson-Zahl:0,35 (Querdehnzahl, dimensionslos) Kristallstruktur:Kubisch-flächenzentriert - fcc Gitterkonstanten:a = b = c = 404,9 pm, Z=4 Raumgruppe:Fm3m - Nr. 225 Härte:nach Mohs: 3
nach Vickers: 0,167 GPa
nach Brinell: 0,245 GPa
nach Brinell (neu): 0,184 GPa (geglüht)
Magnetismus:paramagnetisch Magnetische Suszeptibilität:16,5 × 10-6 cm3 mol-1 Schallgeschwindigkeit:5000 m s-1 bei 20 °C

 

 

Geochemie, Vorkommen, Verteilung

Die Erdkruste enthält etwa 8 Gewichtsprozente Aluminum in gebundener Form; insgesamt ist es nach Sauerstoff und Silicium das dritthäufigste Element und das am häufigsten vorkommende Metall in der Kruste. Der tieferliegende Erdmantel enthält hingegen sehr viel weniger von dem Metall. Haupterz zur Gewinnung von Aluminium ist das Bauxit.

Erdkruste:82300 mg kg-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Erdmantel:23800 ppm Meerwasser:0,002 mg L-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Sonnensystem:0,085 (bezogen auf Silicium, Si=1)

 

Externe Informationsangebote

Die nachfolgende Liste enthält einige Berichte sowie interessante Informationsangebote zum Aluminium und zu den Aluminiumverbindungen anderer Anbieter, für dessen Inhalte die jeweiligen Seitenbetreiber verantwortlich sind.



Informationen, Daten zum Element

Aluminium - Fakten
Umfangreiche Sammlung von PDF-Texte zum Thema Aluminium und Aluminiumindustrie. GDA

Werkstoff Aluminum
Lexikon: Aluminium A bis Z. GDA



Einzelne Verbindungen

Aluminium und Aluminiumverbindungen
Chemikalien-Datenbank: physikalische und chemische Eigenschaften, Sicherheitsdatenblätter, kommerziell verfügbaren Stoffen und Verbindungen; verschiedene Suchkriterien einschließlich Struktursuche



Synthese, Herstellung, Produktion

Gewinnung von Aluminium
Schmelzflusselektrolyse

Herstellung von Aluminium
Vom Bauxit zum Aluminium. FH Münster - Format: PDF

Herstellung von Aluminium
Überblick

Rotschlamm
Reststoff aus der Aluminiumproduktion - Ökologischer Rucksack oder Input für Produktionsprozesse? - Format: PDF



Analyse und Bestimmung

Aluminium Nachweis
Der virtuelle Trennungsgang: Urotropin-Gruppe. Universität Freiburg



Mineralogie

Aluminiumhaltige Minerale
Informationen zum Aluminium und den Aluminiummineralien. Mineralien Atlas



Toxikologie, Medizin, Physiologie

Aluminiumhaltige Antitranspirantien tragen zur Aufnahme von Aluminium bei
Stellungnahme Nr. 007/2014 des Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR) vom 26. Februar 2014 - Format: PDF



Journale, Fachzeitschriften

Aluminium Today
Fachjournal für die Aluminiumindustrie mit aktuellen Informationen



Dissertationen

Aluminiumorganisch stabilisierte Übergangsmetallkolloide
Synthese, Bildungsmechanismus und Aufbau von organisierten Strukturen. RWTH Aachen, 2002

Nanostrukturierung von Aluminium-Oberflächen
Studien zur Nanostrukturierung von Aluminium-Oberflächen mittels elektrochemischer Methoden. Dissertation, 2009. Universität Giessen

Rotschlamm im Bayer-Prozess
Über das Natrium-Aluminium-Silikat im Rotschlamm des Bayer-Prozesses. Dissertation, 1964. ETH Zürich



Organisationen, Verbände

 


Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 13.02.2019.



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