Glin
magnez ← glin → krzem | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Wygląd | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
srebrzystobiały | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
![]() Widmo emisyjne glinu | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ogólne informacje | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nazwa, symbol, l.a. |
glin, Al, 13 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Grupa, okres, blok | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Stopień utlenienia | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Właściwości metaliczne | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Właściwości tlenków | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Masa atomowa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Stan skupienia |
stały | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gęstość | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Temperatura topnienia |
660,32 °C[1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Temperatura wrzenia |
2519 °C[1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Numer CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
PubChem | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa) |
Glin (w technice: aluminium; Al, łac. aluminium) – pierwiastek chemiczny, metal z bloku p układu okresowego.
Jedynym izotopem stabilnym jest 27Al.
Glin jest trzecim najpowszechniej występującym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej. Od jego symbolu (oraz symbolu krzemu) wywodzi się dawna nazwa najbardziej zewnętrznej warstwy globu – sial.
Historia
[edytuj | edytuj kod]Sole i tlenki glinu znane były od zarania dziejów. Uwodniony, mieszany siarczan tego pierwiastka, ałun, był używany jako środek antyseptyczny przez starożytnych Greków. Istnienie tego pierwiastka i nazwę zasugerował Louis-Bernard Guyton de Morveau w 1761 r. W 1807 podobną sugestię wyraził Humphry Davy, który zaproponował nazwę aluminium. Istnieją kontrowersje na temat tego, kto pierwszy wyodrębnił ten pierwiastek w stanie czystym. Według jednych źródeł był to Friedrich Wöhler w 1827 r. wg innych Hans Christian Ørsted w 1825 r. Amerykanin Charles Martin Hall i Francuz Paul-Louis Toussaint Héroult w 1886 opracowali produkcję glinu na skalę przemysłową. Niezależnie od siebie opracowali metodę otrzymywania aluminium w procesie elektrolizy stopionej mieszaniny kriolitu i boksytu, obecnie znanym jako proces Halla-Heroulta[7].
Właściwości chemiczne
[edytuj | edytuj kod]Glin w stanie czystym szybko utlenia się na powietrzu, ulegając pasywacji[8][9]. Pierwotnie pokrywa się warstwą Al
2O
3 o grubości kilku nm. Pod wpływem wilgoci zewnętrzna warstwa tej powłoki ulega częściowej hydrolizie i składa się z Al
2O
3 i Al(OH)
3. Natomiast wewnętrzną warstwę tworzy Al
2O
3, częściowo uwodniony do Al(O)OH. Stanowi ona ścisłą powłokę chroniącą metal przed dalszą korozją w zwykłych warunkach[9][10]. Jest ona odporna na działanie roztworów wodnych o pH 4–9[8].
Łatwo roztwarza się w rozcieńczonych roztworach mocnych kwasów (np. HCl) i zasad (np. NaOH lub KOH) wypierając wodór, np. [9]:
- 2Al + 6HCl → 2AlCl
3 + 3H
2↑ - 2Al + 2NaOH + 6H
2O → 2Na[Al(OH)
4] + 3H
2↑
Jego reaktywność wobec kwasu siarkowego opisywana jest różnie:
- wg François Cardarelliego reaguje z rozcieńczonym H
2SO
4 z wydzieleniem wodoru[9]:
- 2Al + 3H
2SO
4 → Al
2(SO
4)
3 + 3H
2↑- a ze stężonym H
2SO
4 reaguje łatwo z wydzieleniem dwutlenku siarki[9]:
- a ze stężonym H
- 2Al + 6H
2SO
4 → Al
2(SO
4)
3 + 6H
2O + 3SO
2↑
- wg Richarda J. Lewisa, Sr., reaguje jedynie z gorącym stężonym H
2SO
4, natomiast na działanie kwasu rozcieńczonego lub zimnego stężonego jest odporny[10].
W stężonym kwasie azotowym ulega silnej pasywacji, dzięki czemu jest odporny na jego działanie[9][10] i jest wykorzystywany w przemyśle do wytwarzania zbiorników do jego transportu[9]. Z kolei z chlorowanymi węglowodorami reaguje gwałtownie[9]. Także H
2O w wysokiej temperaturze (180 °C) utlenia glin szybko[10].
W związkach występuje na III stopniu utlenienia, bardzo rzadko również na I i II.
Właściwości fizyczne
[edytuj | edytuj kod]Jest srebrzystobiałym metalem o niskiej gęstości, bardzo dobrej kowalności i dużej plastyczności. Jest łatwy w odlewaniu i obróbce, podczas której nie tworzy iskier. Wykazuje dobre przewodnictwo elektryczne, jest paramagnetyczny. W postaci czystej jego właściwości mechaniczne są słabe, które jednak można znacząco poprawić poprzez niewielkie ilości dodatków stopowych. Cienkie powłoki naparowanego glinu są trwałymi, bardzo dobrymi zwierciadłami dla światła widzialnego i promieniowania cieplnego[11] (czysty glin odbija do 99% światła widzialnego i do 95% podczerwieni[potrzebny przypis]).
Zastosowanie
[edytuj | edytuj kod]Stopy aluminium
[edytuj | edytuj kod]- Osobny artykuł:
Ze względu na swoje właściwości, takie jak mała gęstość i odporność na korozję, stopy glinu z miedzią i magnezem zwane duraluminium znalazły wiele zastosowań i są używane do wyrobu szerokiej grupy produktów – od części karoserii i silników samochodów, przez poszycia i elementy konstrukcyjne samolotów, po części statków kosmicznych. Tak zwane aluminium utwardzane dyspersyjnie jest wykorzystywane w produkcji koszulek elementów paliwowych i konstrukcyjnych rdzeni niektórych badawczych reaktorów jądrowych. Stopów aluminium z manganem i magnezem używa się do produkcji puszek do napojów (stopy 3004 lub 3104 na ścianki oraz 5182 na wieczka).
Aluminium słabo pochłania neutrony termiczne (ok. 20 fm²), przez co wykorzystywane jest w technice reaktorowej na koszulki elementów paliwowych[12].
Czysty glin
[edytuj | edytuj kod]Próżniowe napylenie glinu na powierzchnię szkła lub przezroczystych tworzyw sztucznych wykorzystywane jest do produkcji luster.
Pył glinowy
[edytuj | edytuj kod]Pył glinu używany jest w hutnictwie do otrzymywania metali z ich tlenków w procesie aluminotermii. Stosowana w tym procesie mieszanina glinu oraz tlenków metali jest znana pod nazwą termit. Termitu używa się do spawania rur i szyn kolejowych, a także do produkcji broni zapalającej. Jest także stosowany w materiałach wybuchowych np. amonal.
Jest też składnikiem farb metalicznych odpowiedzialnym za charakterystyczny połysk.
W syntezie chemicznej pył aluminium stosowany jest w reakcjach uwodorniania[13] i jako zamiennik cynku w reakcji Reformatskiego[14].
Stosowany jest również w przemyśle spożywczym, jako barwnik metaliczny. Używany jest przy srebrnych dekoracjach ciast i tortów. Parlament Europejski uznał, że dodawanie aluminium powinno być zakazane, ponieważ istnieją przesłanki, że ma związek z chorobą Alzheimera, choć do tej pory nie udało się tego jednoznacznie udowodnić.
Folia aluminiowa
[edytuj | edytuj kod]Folie aluminiowe o różnej grubości stosowane są do pakowania (m.in. żywności) oraz do różnorodnych celów w technikach laboratoryjnych. Folia aluminiowa jest także wykorzystywana jako tzw. lustro lub ekran cieplny (odbijający promieniowanie podczerwone) do zapobiegania utraty ciepła. W tym celu stosuje się albo samą folię aluminiową (np. o grubości 0,05 mm), albo połączoną trwale z materiałem termoizolacyjnym.
Związki
[edytuj | edytuj kod]Najważniejsze związki glinu to tlenek glinu i amfoteryczny wodorotlenek glinu. Glin tworzy też wodorek, a tetrahydroglinian litu LiAlH4 jest powszechnie stosowanym w chemii organicznej silnym środkiem redukującym. Duże znaczenie przemysłowe mają też aluminoksany, a zwłaszcza MAO (metylowy aluminoksan), z którego produkuje się sita molekularne, oraz powszechnie wykorzystuje jako stałe podłoże dla wielu katalizatorów. Glina i kaolin, powszechnie wykorzystywane przy produkcji ceramiki, to złożone mieszaniny glino-krzemianów.
Znaczenie dla fauny
[edytuj | edytuj kod]Wodorowęglan glinu Al(HCO3)3, ortofosforan glinu AlPO4 oraz krzemian glinu Al2(SiO3)3 są stosowane jako leki przy nadkwasocie.
Udowodniono toksyczne działanie glinu na pacjentów z chroniczną niewydolnością nerek, jak również jego toksyczne działanie na układ krwiotwórczy. Podejrzewa się jego udział w etiopatogenezie choroby Alzheimera[15].
W pewnych określonych warunkach dopuszczony jest do użytkowania w gastronomii, jednak w przypadku termicznej obróbki żywności, przy bezpośrednim kontakcie z wodą, glin wykazuje wysoką rozpuszczalność i w nadmiernych ilościach przenika do pożywienia. Z tego powodu w Polsce już w latach 80. systematycznie wycofywano z użytku naczynia aluminiowe i obecnie jego znaczenie jest marginalne. Nadmiar glinu nadmiernie obciąża wątrobę, a przyjmowanie dużych dawek tego pierwiastka, zwłaszcza w okresie dzieciństwa, skutkuje upośledzeniem funkcji i mniejszą wydajnością tego organu w późniejszych latach. Ponadto należy wspomnieć, że glin łatwo asymiluje się ze związkami wapnia łatwo przyswajalnego do związków trudno przyswajalnych. Dlatego też należy ograniczać jego spożycie w okresie wzrostu i rozwoju układu kostnego. Nie jest również wskazane, aby w nadmiarze spożywały go osoby w trakcie leczenia złamań i cierpiące na odwapnienie kości.
Znaczenie dla flory i gleb
[edytuj | edytuj kod]Glin, podobnie jak krzem, nie jest pierwiastkiem niezbędnym dla życia roślin. Mało tego, w dużych ilościach może być toksyczny zarówno dla roślin, jak i dla zwierząt zjadających roślinę zawierającą glin. Obecność glinu w glebie związana jest z obecnością jonów H+. Aby pozbyć się glinu z gleby, najczęściej stosuje się równolegle neutralizacje pH oraz sadzenie roślin, które pobierają glin z gruntu w większych ilościach[16].
Wytwarzanie
[edytuj | edytuj kod]W skorupie ziemskiej występuje w znacznych ilościach, 8,2% wagowo[17]. Wytwarzane jest z boksytu w następujących po sobie procesach:
Uwagi
[edytuj | edytuj kod]- ↑ Podana wartość stanowi przybliżoną standardową względną masę atomową (ang. abridged standard atomic weight) publikowaną wraz ze standardową względną masą atomową, która wynosi 26,9815384 ± 0,0000003. Zob. Prohaska i in. 2021 ↓, s. 584.
Przypisy
[edytuj | edytuj kod]- ↑ a b c David R. Lide (red.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4-44, ISBN 978-1-4200-9084-0 (ang.).
- ↑ a b aluminium powder, [w:] Classification and Labelling Inventory, Europejska Agencja Chemikaliów [dostęp 2015-04-10] (ang.).
- ↑ Aluminum (nr 518573) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2011-10-02]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
- ↑ Carsten Dohmeier , Dagmar Loos , Hansgeorg Schnöckel , Aluminum(I) and Gallium(I) Compounds: Syntheses, Structures, and Reactions, „Angewandte Chemie International Edition in English”, 35 (2), 1996, s. 129–149, DOI: 10.1002/anie.199601291 [dostęp 2023-03-29] (ang.).
- ↑ D.C. Tyte , Red (B2Π–A2σ) Band System of Aluminium Monoxide, „Nature”, 202 (4930), 1964, s. 383–384, DOI: 10.1038/202383a0 [dostęp 2023-03-29] (ang.).
- ↑ Thomas Prohaska i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2021, s. 573–600, DOI: 10.1515/pac-2019-0603 (ang.).
- ↑ Ignacy Eichstaedt: Księga pierwiastków. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1973, s. 145–151. OCLC 839118859.
- ↑ a b Volkan Cicek, Bayan Al-Numan: Corrosion Chemistry. Scrivener Publishing/John Wiley & Sons, 2011, s. 24–25. ISBN 978-0-470-94307-6.
- ↑ a b c d e f g h François Cardarelli: Materials Handbook. A Concise Desktop Reference. Wyd. 2. Springer, 2008, s. 163–164. DOI: 10.1007/978-1-84628-669-8. ISBN 978-1-84628-668-1.
- ↑ a b c d aluminum. W: Richard J. Lewis (Sr): Hawley’s Condensed Chemical Dictionary. Wyd. 15. John Wiley & Sons, Inc., 2007, s. 44–45. ISBN 978-0-471-76865-4.
- ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics. Wyd. 88. Boca Raton: CRC Press, 2008, s. 4-3.
- ↑ Ryszard Szepke: 1000 słów o atomie i technice jądrowej. Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, 1982. ISBN 83-11-06723-6.
- ↑ T. Mallát , Zs. Bodnár , J. Petró , Reduction by dissolving bimetals, „Tetrahedron”, 47 (3), 1991, s. 441–446, DOI: 10.1016/S0040-4020(01)90501-0 [dostęp 2021-08-05] (ang.).
- ↑ Zhen Shen i inni, A novel one-pot reformatsky type reaction via bismuth salt in aqueous media, „Tetrahedron Letters”, 38 (15), 1997, s. 2733–2736, DOI: 10.1016/S0040-4039(97)00456-5 [dostęp 2021-08-05] (ang.).
- ↑ Krystyna Starska. Glin - występowanie i właściwości toksyczne. „Roczniki Państwowego Zakładu Higieny”. 41 (3-4), s. 108, 1990.
- ↑ Luis M. Thompson, Frederick R. Troeh: Gleba i jej żyzność. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, 1978, s. 191–192.
- ↑ Aluminium. The essentials [online], WebElements Periodic Table [dostęp 2021-08-05] (ang.).
Układ okresowy pierwiastków | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3[i] | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |||||||||||||||||||||||||||
1 | H | He | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4 | K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | ||||||||||||||||||||||||||
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | ||||||||||||||||||||||||||
6 | Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn | ||||||||||||
7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og | ||||||||||||
8 | Uue | Ubn | ✱ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
✱ | Ubu | Ubb | Ubt | Ubq | Ubp | Ubh | Ubs | ...[ii] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||