Aluminium

• Symbol: Al
• Ordungszahl: 13

III. Hauptgruppe (Borgruppe)

Namensbedeutung

alumen (lat.): Alaun (engl.: aluminium)

Entdeckung

In Alaun, das bereits seit dem Altertum bekannt war, entdeckte 1754 der deutsche Chemiker Marggraf eine neue Erde, die er Alaunerde nannte. Wie wir heute wissen, handelt es sich bei dieser Erde um Aluminiumoxid (Al2O3). Marggraf gelang auch die Gewinnung von Tonerde aus bestimmten Schiefern. 1808 versuchte Humphry Davy seine Erfahrung, die er bei der elektrochemischen Abtrennung von Alkalimetallen wie Natrium und Kalium gewonnen hatte, auf die Tonerde zu übertragen. Die Isolierung des neuen Elements sollte ihm jedoch nicht gelingen. Diese gelang erst dem Dänen Christian Oersted 1825, der Aluminiumchlorid mit Kaliumamalgam umsetzte. Hierbei erhielt er Aluminium in noch stark verunreinigter Form. Zwei Jahre später verbesserte Friedrich Wöhler die Darstellung von Aluminium ganz wesentlich. Doch erst 1854 konnten Bunsen und Deville unabhängig voneinander das Metall mit hohem Reinheitsgrad mittels Elektrolyse darstellen. 1886 stellten der Amerikaner Charles M. Hall und der Franzose Paul-Louis Toussaint Héroult ein Verfahren zur billigen Aluminiumherstellung vor, das den Weg für den großtechnischen Einsatz des Leichtmetalls ebnen sollte.

Vorkommen

Aluminium ist das wichtigste Elemente der III. Hauptgruppe. Der Anteil des Elements am Aufbau der Erdkruste wird mit 8% angegeben. Es ist somit das dritthäufigste Element und das häufigste Metall der Erdkruste; erst danach folgt Eisen mit einem Anteil von ca. 6%. Man findet Aluminium in der Natur nie in Reinform, sondern stets an Sauerstoff gebunden. Es ist allgegenwärtig in Feldspäten und Glimmern oder in deren Verwitterungsprodukten. Das wohl bekannteste Aluminium-Mineral ist Bauxit, das ausschließlich im Tagebau gewonnen wird. Der Name leitet sich von dem französischen Ort Les Baux ab, wo es erstmals abgebaut wurde. Bei Bauxit handelt es sich um ein erdiges Sedimentgestein, das in seiner Zusammensetzung starke Schwankungen aufweist. Im wesentlichen setzt es sich aus Aluminiumoxid (40-60%), Eisenoxid (5-30%) und Siliciumoxid (1-15%) zusammen. Das Eisenoxid bedingt die meist rötliche Färbung von Bauxit. Abbauwürdige Bauxit-Vorkommen findet man in Brasilien, China, Australien, Neu-Guinea, in Westafrika und Indien. Andere Aluminium-Mineralien sind: Albit, Anorthit, Eisstein, Natronfeldspat, Kalifeldspat, Kaliglimmer, Kalkfeldspat, Kaolinit, Kryolith, Muskovit, Orthoklas, Tonerde. Im Meerwasser liegt die typische Konzentration bei 5 ppb, wobei sie stark variiert. In Flußwasser findet man typischerweise 400 ppb.

Eigenschaften

Aluminium ist ein weiches, silbrig- weißes Leichtmetall, das eine kubisch-flächenzentrierte Gitterstruktur aufweist. Aluminium ist recht unedel und sehr reaktionsfreudig. An Luft bildet sich schnell eine dünne schützende Oxidschicht, wodurch es sehr korrosionsbeständig wird. Das Aluminium eine große Affinität zu Sauerstoff hat, wird daran deutlich, daß es in der Natur häufig an Sauerstoff gebunden ist. Technisch kann Aluminium durch das sog. Eloxal-Verfahren gehärtet werden, indem durch anodische Oxidation die Oxidschicht verstärkt wird. Mit Salzsäure und Natronlauge reagiert Aluminium sehr heftig. Das Verhalten gegenüber Schwefelsäure ist bereits schwächer, während es sich passiv gegenüber kalter Salpetersäure verhält. Das Metall hat gute thermische und elektrische Eigenschaften, die etwa zu zwei Dritteln denen von Kupfer entsprechen.

Aufgrund der Elektronenkonfiguration hat das Element drei Valenzelektronen. Sein Oxidationszustand ist deshalb +3. − Wichtige Aluminium-Verbindungen sind Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Aluminiumchlorid, Aluminiumphosphat, Aluminiumcarbid und Aluminiumsulfat.

Biologische Bedeutung

Aluminium scheint zwar eine gewisse biologische Funktion haben, ist aber vermutlich nie essentiell. Bei manchen Pflanzen wird durch geringe Aluminium-Konzentrationen das Wachstum begünstigt. Für den Menschen sind keine Aluminium-Mangelerscheinungen bekannt. Im Körper eines Erwachsenen lassen sich bei einem Körpergewicht von 70 Kilogramm ca. 60 mg Aluminium nachweisen. Die toxische Dosis liegt bei 5 g. Der MAK-Wert in Deutschland für Aluminium-Feinstaub als Metall, Metalloxid und -hydroxid wurde mit 6 mg/m3 festgelegt.

Isotope

Aluminium hat nur ein stabiles Isotop: Al-27. Daneben sind acht Radionuklide bekannt, von denen Al-26 mit 716.000 Jahren die längste Halbwertszeit hat. Am schnellsten zerfällt Al-23 mit einer Halbwertszeit von nur 470 Millisekunden.

Verwendung

Die Angaben über die Weltreserven an Aluminium schwanken zwischen 10 und 25 Milliarden Tonnen. Die jährliche Produktionsmenge des Metalls liegt zwischen 20 und 25 Mio. Tonnen. Weil Aluminium heute durch Schmelzflußelektrolyse hergestellt wird, ist der Bedarf an elektrischer Energie sehr hoch. Die Einsatzbereiche von Aluminium sind aufgrund seiner Leichtigkeit, Beständigkeit und thermo-elektrischen Eigenschaften sehr mannigfaltig. Reines Aluminium wird unter anderem für Bauteile in Elektrogeräten und in Gebrauchsgegenständen eingesetzt. In Legierungen mit Metallen wie zum Beispiel Kupfer, Nickel oder Zink wird es als Konstruktionsmaterial und Werkstoff überwiegend im Fahrzeug- und Schiff- und Flugzeugbau verwendet. Außerdem wird es zum Spezialschweißen, in Pigmentfarben, in Katalysatoren etc. eingesetzt. Auch das Bauwesen nutzt Aluminium in vielen Bereichen: als Fensterprofile, Fassadenverkleidungen, für Dächer und Beschläge, als Dämmfolie und Türrahmen. Vielfach werden klassische Baustoffe wie Holz verdrängt. − In der ehem. DDR waren Münzen aus einer Aluminium-Kupfer-Legierung im Umlauf.

Elementdaten

 

• Aluminium (OZ: 13)
• III. Hauptgruppe
• Borgruppe

Normalzustand

• Feststoff - Metall, weich, silbrig-weiß, kubisch-flächenzentrierte Gitterstruktur

• CAS-Nummer: 7429-90-5
• Kernladungszahl: 13
• rel. Atommasse: 26,981539
• Kernladung: 3,50

Radien

• Atomradius: 143,1 pm
• Ionenradius: 57 (+3) pm
• Kovalenzradius: 125 pm

• Konfiguration: [Ne] 3s² 3p
• Oxidationszahlen: 3
• Ionisierungseng.: 5,986
• Dichte: 2,70 g/cm³

Elektronegativität

• Pauling: 1,61
• Allred & Rochow: 1,5
• Pearson: 3,23 eV

Temperatur

• Schmelzpunkt: 933.52 K (660,5 °C)
• Siedepunkt: 2740.0 K (2467 °C)

Natürliche Isotope

• Al-27: 100%

Entdeckung

• 1825, Oersted, Dänemark