Aluminium

Verbindingen van aluminium waren al in de oudheid bekend. Zo werd aluin onder meer gebruikt om bloedingen te stelpen. Het is echter niet eenvoudig het metaal uit aluin vrij te maken. Aluminium werd in 1807 ontdekt door Humphry Davy, die het trachtte te bereiden uit aluminiumoxide. In 1825 bereidde Hans Christian Ørsted een onzuivere vorm van aluminium uit aluminiumchloride en kaliumamalgaam. Jarenlang was het metaal zo kostbaar dat het in ornamenten toegepast werd, getuige de massief aluminium kap op de toren van het Washington Monument. Pas in 1886 werd dankzij het Hall-Héroult proces de elektrochemische productie van het metaal op grote schaal mogelijk.

De naam is afgeleid van het Latijnse aluin. (In het Engels heet het ook alumínium, maar in het Amerikaans alúminum.)

[bewerk] Toepassingen + bewerkingen

Het metaal is nu iets meer dan een eeuw beschikbaar, en in die tijd heeft het op stormachtige wijze de wereld veroverd. Het is economisch een bijzonder belangrijk metaal. Aluminium is licht (slechts een derde van het gewicht van staal of brons), en mits het een kleine hoeveelheid onzuiverheden bevat is het sterk, slijtvast en bestendig tegen corrosie. Het is een goede geleider, het is niet magnetisch, het vonkt niet, en het laat zich gemakkelijk vormen. Aluminium is daarmee het constructiemateriaal bij uitstek voor de vliegtuig- en ruimtevaartindustrie. Het metaal heeft een plasmonfrequentie van 15eV en is daarmee een uitstekende spiegel voor alle straling in het infrarode, zichtbare, en nabij-ultraviolette gebied; vooral als wordt voorkomen dat het spiegelend oppervlak aan oxidatie blootgesteld wordt. Het valt gemakkelijk op te dampen en aluminium spiegels worden wel in de astronomie gebruikt.

Het metaal wordt vaak door lasersnijden bewerkt.

Enige toepassingsgebieden:

Vervoer (auto, vliegtuig, ruimtevaartuig, trein, schip, enz.)
Verpakkingen (bierblikje, enz.)
Huishoudapparatuur (ketels, bestek, enz.)
Kampeeruitrusting (vouwstoel, tent, enz.)
Elektrische leidingen (geleidbaarheid is circa 60% van die van koper)
Speelgoed (Dinky Toys)
Constructiebouw (kozijn, deuren)
Velgen (aluminium autovelgen)
Aluminium daken en gevelbekleding
Bouwsteiger
Ladders (zie hoogwerker)
Jachtbouw
Verpakking

[bewerk] Bewerkingstechnieken in aluminium

buigen
walsen
zetten
lakken
gieten
spuitgieten
extruderen
anodiseren
graveren
bedrukken
dieptrekken

[bewerk] Winning

Bauxietmijn

Aluminium wordt gevonden op de grond: 8,5% van de aarde is bestreken met bauxiet, de ertsvorm van aluminium. Bauxiet bestaat uit Al₂O₃ (aluminiumoxide) en restant. Het bauxiet wordt in contact gebracht met natronloog. De natronloog raakt verzadigd van de aluminiumoxide en het restant zakt naar de bodem. De natronloog wordt daarna in een andere bak verdampt, die weer condenseert en wordt opgevangen. Wat er nu overblijft is aluminiumoxide in poedervorm. Dit poeder wordt vaak gebruikt voor slijpschijven. Dit heet het Bayer proces.

Het poeder wordt daarna in een andere bak gebracht met een keramische vloeibare substantie genaamd Kryoliet. Het poeder is er in opgelost en wordt door elektrolyse ontdaan van de zuurstof. (O3tjes) Dit gebeurt bij zo’n 658 graden Celsius (smeltpunt aluminium). Als de kryoliet en het vloeibare aluminium gescheiden zijn, is het proces gereed. Dit proces heet het Hall Herault proces.

Aluminium broodje.

[bewerk] Verschijning

Aangezien aluminium een tamelijk onedel metaal is komt het niet in pure vorm in de natuur voor. In verbindingen echter is aluminium bijzonder algemeen. Aluminiumhoudende mineralen zijn verantwoordelijk voor een flink percentage (circa 8,1%) van de aardkorst. Hoewel aluminium een bestanddeel is van klei, gebruikt de aluminiumindustrie als erts bij voorkeur het mineraal bauxiet. Dit wordt onder andere in Australië en Suriname gewonnen. Winning uit klei is moeilijker en daardoor onrendabel. Wel kost het naar verhouding veel energie om het metaal uit zijn verbindingen vrij te maken. Veel aluminium wordt daarom tegenwoordig in kringloop gebruikt. De winningsenergie van aluminium uit bauxiet bedraagt: 155MJ/kg. De herverwerkingsenergie bedraagt slechts 5% daarvan. Aluminium is hierdoor erg interessant om te recycleren. Het materiaal kent nagenoeg geen degeneratie, het is praktisch 100% recycleerbaar.

[bewerk] Opmerkelijke eigenschappen

Een rol aluminium in een Braziliaanse aluminiumfabriek.

Aluminium is een zilverwit, buigzaam metaal. Het is stabiel aan de lucht, maar alleen dankzij een dun en gesloten oxidehuidje, dat het metaal een doffe indruk geeft. In aanwezigheid van kwikzouten vormt echter zich een oxide dat een niet-gesloten huid vormt. Onder die omstandigheden oxideert het metaal aan de lucht bijzonder snel en vliegt het in brand. In fijnverdeelde toestand wordt het wel als vaste raketbrandstof, of in thermische lansen gebruikt.

De chemie van aluminium wordt beheerst door de neiging Al³⁺-ionen te vormen. Deze zijn in het algemeen niet erg oplosbaar. In salpeterzuur lost aluminium op onder vorming van het nitraat Al(NO₃)₃. Een oplossing van alumimiumnitraat is in zuur milieu stabiel maar bij verhoging van de zuurgraad slaat het hydroxide Al(OH)₃ neer. Deze verbinding is echter amfoteer: bij verdere verhoging van de pH gaat het weer in oplossing als aluminaat:

Al(OH)₃ =>[AlO(OH)₂]^-=>[AlO₂(OH)]^2- =>[AlO₃]^3-

Er is een rijke verzameling oxiden, hydroxiden en oxihydroxiden van aluminium die ook als mineraal voorkomen:

Al₂O₃: alumina (α, β en γ vorm)
AlO(OH) Böhmiet
Al(OH)₃ gibbsiet.

Zowel α als γ alumina worden veel gebruikt als drager-materialen in de katalyse. Zij zijn beschikbaar in een grote variëteit aan specifieke oppervlakten.

[bewerk] Isotopen

Meest stabiele isotopen
Iso	RA (%)	Halveringstijd	VV	VE (MeV)	VP
²⁶Al	syn	7,1×⁵ j	EV	4,005	²⁶Mg
²⁷Al	100	stabiel met 14 neutronen

Aluminium heeft negen isotopen maar slechts één stabiele isotoop ²⁷Al. Daarnaast komt op aarde een spoortje ²⁶Al voor. Deze radio-isotoop is van kosmogene oorsprong. Meteorieten worden zolang zij nog vrij door de ruimte zich bewegen blootgesteld aan een intensief bombardement van kosmische straling en daardoor ontstaat deze isotoop. Wanneer zij eenmaal de aarde bereikt hebben houdt dit productieproces op en begint de vervalklok te tikken, vergelijkbaar met de wijze waarop de ¹⁴C klok dat doet. De isotoop vervalt met een halfwaardetijd van 720.000 jaar. Dit vervalproces maakt het mogelijk te bepalen hoe lang geleden de meteoriet de aarde bereikt heeft. Onze atmosfeer bevat ook een kleine hoeveelheid ²⁶Al, die onder invloed van kosmische straling uit argon geproduceerd wordt. Dit aluminium kan gebruikt worden om afzettingsgesteenten en erosieverschijnselen te dateren op een schaal van honderdduizenden tot miljoenen jaren.

[bewerk] Toxicologie en veiligheid

In het verleden is opschudding ontstaan doordat sommige onderzoekers een verband dachten te zien tussen aluminium en de ziekte van Alzheimer, maar recenter onderzoek heeft dit idee weerlegd. Het metaal heeft voor zover bekend geen biologische functie en geen grote giftigheid, tenzij het in forse hoeveelheden ingenomen wordt. In dat verband zal eerder gevaar te duchten zijn van maagzuurpillen, en wellicht van deodoranten, dan van het gebruik van aluminium kookgerei.