Alumínium

Az alumínium (nyelvújításkori magyar nevén timany) a periódusos rendszer III. főcsoportjába tartozó könnyűfém. Rendszáma 13, vegyjele Al. Ezüstös színű, levegő hatására a felszínén pillanatok alatt oxidréteg alakul ki, amely megvédi a további oxidációtól. Nem színezi a lángot. Az alumíniumot és az ötvözeteit az iparban nagy mennyiségben alkalmazzák a kis sűrűségük és a kedvező mechanikai sajátságaik miatt.

Az alumínium név a latin alumen (timsó) szóból származik, melyet már az ókorban is ismertek.

Története 
Elsőként Lavoisier, majd Davy sejtette meg a timsóról, hogy az egy akkor még nem azonosított fém sója lehet, amit Davy nevezett el „alumíniumnak” a timsó angol alum szava után, de érdemben egyiküknek sem sikerült ezt a fémet szintetizálniuk. Ez először Ørstednek sikerült 1825-ben, majd Wöhler és Deville dolgozott tovább az előállításán. Az 1855. évi párizsi világkiállításon mutatták be a világ első 1 kg tömegű alumíniumtömbjét. Az ezüstösen csillogó fémdarabot „agyagezüstnek” nevezték, mivel agyagszerű ércből sikerült előállítani. Az alumínium ára akkoriban még az aranyéval vetekedett, így eleinte ékszereket készítettek belőle. Végül 1886-ban  Charles Martin Hall és Paul Héroult jött rá egymástól függetlenül, hogy kriolitos elektrolízissel nagy mennyiségben előállítható, így az értéke is rohamosan zuhanni kezdett a 20. század elejére.

Jellemzői 
Az alumínium puha, vágható, ezüstfehér, porrá törve szürke könnyűfém. A levegő oxigénjével gyorsan reagál, és a felületét védő alumínium-oxid (Al2O3) miatt passzív: a tömény savak nem támadják meg. Amfoter jellegű, ebből következik, hogy lúgok (nátrium-hidroxid, kálium-hidroxid) és híg savak (sósav, citromsav, kénsav) is oldják aluminátok, illetve alumínium-sók képződése közben. Ha eltávolítjuk az oxidréteget, reagál vízzel; ekkor alumínium-hidroxid (Al(OH)3) keletkezik és hidrogéngáz szabadul fel. Az alumíniumtermékeken a védő oxidréteget mesterségesen vastagítják (eloxálás). Az alumíniumedényeket nem jó súrolni, mert a védőréteg nélkül az alumínium reakcióba lép a levegő oxigénjével és víztartalmával.

Fizikai tulajdonságai:
 sűrűsége: 2700 kg/m³,
 olvadáspontja: 660 °C,
 forráspontja: 2519 °C.

Kristályrácsa lapközepes köbös. Nem mágnesezhető. Szakítószilárdsága kicsi. Rosszul önthető. Kiváló hő és elektromos vezető.

Előfordulása 

Az alumínium az oxigén és a szilícium után a földkéreg harmadik leggyakoribb eleme. Nagy kémiai reakcióképessége miatt elemi állapotában nem fordul elő. Fontos összetevője az agyagásványoknak, a bauxitnak, a csillámoknak és számos kőzetalkotó ásványnak, az úgynevezett alumínium-szilikátoknak.

Előállítása 

Régebben alumínium-klorid nátriumos redukciójával, a Wöhler-eljárással állították elő:

Ma az alumíniumgyártás nyersanyaga a bauxit. A bauxitot először a Bayer-eljárással timfölddé alakítják, tehát az alumínium-oxidot nagy hőmérsékleten, NaOH-oldattal oldják ki. A keletkezett aluminátlúgot ülepítéssel és szűréssel szétválasztják a fel nem oldott nagy vastartalmú maradéktól, a vörösiszaptól. Az oldatból hígítással és hűtéssel választják ki az alumínium-hidroxidot. Ezt szűrik, majd csőkemencében víztelenítik (kalcinálják), aminek eredményeként alumínium-oxid képződik. Ezután a Hall–Héroult-eljárással a timföldhöz kriolitot kevernek, hogy csökkentsék olvadáspontját, majd hevítik, és elektrolízissel alumíniummá redukálják:

Negatív elektródként grafittal, vagy tiszta szénnel bélelt acél kádakat használnak, és az olvadékba felülről merítik a pozitív pólust, ami szintén szén vagy grafit. Az a pozitív elektródon fejlődő oxigén szén-dioxiddá és (mérgező) szén-monoxiddá oxidálja a szén- vagy grafitelektródot, amit ezért időnként cserélni vagy pótolni kell. Az alumínium a kád alján gyűlik össze.

Vegyületei 
Lásd még: Az alumínium vegyületei

Gyakoribb vegyületei:

Ötvözetei 
Fő ötvözői: Cu, Mg, Si járulékos ötvözői: Ni, Mn
 Dúralumínium (vagy dural) ötvözetek (Al-Cu)
 Hidronálium ötvözetek (Al-Mg)
 Szilumin ötvözetek (Al-Si)

Felhasználása 
 ötvözetek formájában repülőgépek, gépkocsik gyártására
 csomagolóanyagként (alufólia, üdítős dobozok)
 por alakban
 redukálószerként fémek előállítására
 fedőfestékként megfelelő kötőanyaghoz keverve (metál festékek)
 elektromos huzalok gyártása
 szerkezeti elemek gyártása (állványok stb.)
 fémek előállítása (aluminotermia)
 vegyiparban az ellenállóság kihasználása 
 timsó
 útjelző táblák

Élettani tulajdonságai 

Oldott állapotban a fehérjéket irreverzibilisen kicsapja, ezért sóit, például a timsót (KAl(SO4)2·12H2O) vérzéscsillapítónak használják.

Valószínűleg szerepet játszik az Alzheimer-kór kialakulásában.
A szervezetbe került nagyobb mennyiségű alumínium alumíniummérgezést okozhat, amelynek tünetei a következők:
 kiszáradt bőr,
 fejfájás,
 felfúvódás,
 gyomorégés, 
 emlékezetvesztés,
 izombénulás,
 zavartság, 
 a nyálkahártya kiszáradása,
 megfázásra való hajlam.

Iparilag előállított tiszta alumínium 
A timföldből elektrolízissel 99,7% 99,5%-os és 99,0%-os tisztaságú kohóalumíniumot lehet előállítani. Ez jó korrózióállóságú, kis villamos ellenállású, de kis szilárdságú fém. Előnyös tulajdonságai a szennyezők csökkentésével javulnak. Az alumínium finomítását többszöri elektrolízissel végzik. Ezzel a módszerrel 99,99%-os tisztaságú alumínium állítható elő. Ez a művelet igen energiaigényes: 1 kg kohóalumínium előállításához 20 kWh, 1 kg nagytisztaságú alumíniumhoz pedig 39-40 kWh villamos energia szükséges. A tiszta alumínium képlékeny alakíthatósága kitűnő, de nehezen forgácsolható (kenődik).

Nagytisztaságú alumínium 
A 99,99%-os alumínium felhasználása lemez, szalag, rúd és huzal formájában történik. Elsősorban a villamosipar, a vegyipar és a műszeripar dolgozza fel. A fém szilárdságát kismennyiségű magnézium ötvözésével javítják, ez nem jár a vezetőképesség, korrózióállás és jó hidegalakíthatóság romlásával.

Kohóalumínium 
A kohóalumíniumot ötvözési célokra 15 kg-os tömbökben, plasztikus feldolgozásra 100–180 kg tömegű hengerlési, illetve préstuskókban hozzák forgalomba.

Óvintézkedések 
Megfelelő tárolás esetén nem reakcióképes, veszélytelen.

Jegyzetek

Források 
 Kémiai kislexikon (Makkay Ferenc, Kriterion Könyvkiadó)
 A Pallas nagy lexikona (Révai Testvérek Budapesten)
 Pattantyús. Gépész- és Villamosmérnökök Kézikönyve 2. kötet. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1961.
 Kémia Általános Iskola 8., Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest

További információk 

 Az alumínium - muszakiak.hu
 a magyar Wikipédia alumíniumot tartalmazó vegyületeinek listája

Aluminium