Αργίλιο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια

Το χημικό στοιχείο Αργίλιο, γνωστό και ως Αλουμίνιο είναι ένα μέταλλο με ατομικό αριθμό 13 και ατομικό βάρος 26,98154 . Έχει θερμοκρασία τήξης 660,37 °C και θερμοκρασία βρασμού 2467 °C. Το σύμβολό του είναι Al. Είναι ένα υλικό μεγάλης σημασίας για την παγκόσμια οικονομία, καθώς χρησιμοποιείται ευρύτατα στην βιομηχανία καθώς επίσης και στην οικοδομική.

[Επεξεργασία] Ιδιότητες

Οι ιδιότητες που κάνουν το αλουμίνιο τόσο σημαντικό για την βιομηχανία είναι το χαμηλό του βάρος, η υψηλή αντοχή του σε μηχανικές καταπονήσεις και η εξαιρετική αντοχή του στη διάβρωση, η οποία οφείλεται στο φαινόμενο της παθητικοποίησης. Το καθαρό αλουμίνιο είναι αρκετά μαλακό και όλκιμο. Με την προσθήκη σιδήρου, χαλκού και άλλων κραματικών στοιχείων βελτιώνονται κατά πολύ οι μηχανικές ιδιότητες. Το αλουμίνιο κατεργάζεται εύκολα με χύτευση και με αφαίρεση υλικού. Παρουσιάζει επίσης πολύ καλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα.

[Επεξεργασία] Χρήσεις

Τα κράματα αλουμινίου με χαλκό 2.5-6.3% ονομάζονται ντουραλουμίνια. Περιέχουν συνήθως ως πρόσθετα κραματικά στοιχεία μαγνήσιο και σπανιότερα, μαγγάνιο και πυρίτιο. Παρουσίαζουν εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες, οι οποίες οφείλονται στη σκλήρυνσή τους με δημιουργία κατακρημνισμάτων και χρησιμοποιούνται ευρύτατα στην αεροναυπηγική, λόγω του χαμηλού τους βάρους και της εξαιρετικής τους αντοχής. Τα τελευταία χρόνια, χρησιμοποιούνται στην αεροναυπηγική και σε άλλες εφαρμογές όπου το χαμηλό βάρος και οι καλές μηχανικές ιδιότητες σε χαμηλές θερμοκρασίες είναι ζητούμενα κράματα αλουμινίου-λιθίου.

Άλλα κράματα αλουμινίου χρησιμοποιούνται στην αυτοκινητοβιομηχανία, τη βιομηχανία αθλητικών ειδών και στη ναυπηγική.

Χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή των κουτιών για ποτά, του αλουμινόχαρτου και άλλων εργαλείων της κουζίνας.

Το οξείδιο του αργιλίου, η αλούμινα, βρίσκεται στη φύση με τη μορφή του ρουμπινιού, του ζαφειριού και του κορουνδίου. To κορούνδιο έχει σκληρότητα στην κλίμακα Mohs ίση με 9, πράγμα που το κάνει ένα από τα σκληρότερα υλικά στη φύση. Γι' αυτό το λόγο χρησιμοποιείται η συνθετική αλουμίνα ως λειαντικό. Τα οξείδια του αργιλίου χρησιμοποιούνται επίσης στην υαλουργία και την κατασκευή λέιζερ. Κρύσταλλοι ρουμπινιού χρησιμοποιούνται επίσης ως αισθητήρες πίεσης για υψηλές πιέσεις.

Γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας κατασκευάζονται επίσης συχνά από αλουμίνιο, καθώς έχει μικρότερο βάρος και κόστος από το χαλκό (αν και όχι τόσο καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα).

Η στυπτηρία, μία κρυσταλλική ένωση του αργιλίου με το χημικό τύπο K₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·24H₂O χρησιμοποιείται ακόμα ως στυπτικό, καθώς επίσης και στη βαφική.

[Επεξεργασία] Ιστορία

Οι αρχαίοι Έλληνες και Ρωμαίοι γνώριζαν τη στυπτηρία και την χρησιμοποιούσαν. Επίσης, χρησιμοποιούσαν αργιλοπυριτικές ενώσεις στην κεραμική. Το αργίλιο ανακαλύφθηκε ως στοιχείο το 1808 από τον Σερ Χάμφρεϊ Ντέιβι, ο οποίος και του έδωσε το όνομά του. Το 1825 ο Δανός επιστήμονας Hans Christian Oersted απομόνωσε πρώτη φορά το αργίλιο, όταν κατεργάστηκε άνυδρο χλωριούχο αργίλιο με αμάλγαμα καλίου. Το 1827 περιγράφηκε αναλυτικά από τον Woehler μία μέθοδος παρασκευής του αργιλίου σε σκόνη από άνυδρο χλωριούχο αργίλιο και κάλιο.

To 1854 ο Henri St-Claire Deville, βασισμένος στις εργασίες του Woehler επινοεί την πρώτη εμπορική μέθοδο. Αρχικά, το κόστος του αργιλίου ήταν υψηλότερο από αυτό του χρυσού και του λευκόχρυσου. Γι' αυτό το λόγο σε γεύματα του Ναπολέοντος Γ' της Γαλλίας, οι πιο σημαντικοί καλέσμένοι έτρωγαν σε πιάτα από αργίλιο!

Το 1886 ήρθε η μεγάλη επανάσταση στην παραγωγή αλουμινίου, οπότε εφευρέθηκε η μέθοδος Hall-Heroult. Σε αυτή τη μέθοδο, τήγμα μίγματος κρυολίθου, φθοριδίου του αργιλίου και οξειδίου το αργιλίου ηλεκτρολύεται με συνεχές ρεύμα. Το τηγμένο αργίλιο συγκεντρώνεται στο βυθό του ηλεκτρολυτικού λουτρού. Όλο το αλουμίνιο που παράγεται στον κόσμο παράγεται με αυτή τη μέθοδο.

Το 1889 ο Bayer επινόησε μία μέθοδο καθαρισμού του βωξίτη προς παρασκευή αλουμίνας, με τη χρήση καυστικού νατρίου. Έτσι, άνοιξε ο δρόμος για την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων αλουμινίου. Το 1900 η παγκόσμια παραγωγή αλουμινίου ήταν 8000 τόνοι. Έκτοτε αυξήθηκε με πολύ μεγάλους ρυθμούς, για να φτάσει το 1999 τα 24 εκατομμύρια τόνους.

[Επεξεργασία] Παραγωγή

Σήμερα, η παραγωγή αλουμινίου ακολουθεί σε γενικές γραμμές την ακόλουθη διαδικασία:

Πρώτα, ο βωξίτης εξορύσσεται από το κοίτασμα (συνήθως επιφανειακό). Στη συνέχεια πλένεται, θρυμματίζεται και διαλύεται σε πυκνό διάλυμα καυστικού νατρίου σε υψηλή θερμοκρασία και πίεση. Με αυτό τον τρόπο, οι ακαθαρσίες στο βωξίτη (κυρίως οξείδια του σιδήρου και του πυριτίου) απομακρύνονται και μένει στο διάλυμα το καυστικό νάτριο με το οξείδιο του αργιλίου. Στη συνέχεια, απομακρύνεται και το καυστικό νάτριο και μένει μόνο το ένυδρο οξείδιο του αργιλίου, το οποίο πυρώνεται στους 1100°C έτσι ώστε να απομακρυνθεί το νερό.

Ακολουθεί η ηλεκτρόλυση. Το οξείδιο του αργιλίου διαλύεται σε τήγμα κρυολίθου το οποίο βρίσκεται σε ηλεκτρολυτικό κελί με άνοδο ένα ηλεκτρόδιο άνθρακα και κάθοδο την επένδυση του κελιού από άνθρακα. Στη συνέχεια διαβιβάζεται μέσα από αυτό συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα χαμηλής τάσης αλλά εξαιρετικά υψηλής έντασης (περίπου 150000 Ampere). Το τηγμένο αλουμίνιο συλλέγεται από το βυθό του κελιού.

Η ηλεκτρόλυση είναι μια διεργασία η οποία είναι εξαιρετικά ηλεκτροβόρα. Ένα τυπικό εργοστάσιο παραγωγής αλουμινίου καταναλώνει ρεύμα όσο μια μικρή πόλη. Ενδεχόμενη διακοπή ρεύματος για παραπάνω από 4 ώρες σημαίνει στερεοποίηση των τηγμάτων στα λουτρά και, συνεπώς, καταστροφή τους. Γι' αυτό το λόγο, τα περισσότερα εργοστάσια είτε παράγουν επιτόπου την ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνουν, είτε συνδέονται με παραπάνω απο μία πηγές ενέργειας (έχουν δηλαδή απευθείας διεθνείς συνδέσεις).

Εκτός από το βωξίτη, το αργίλιο βρίσκεται στη φύση στα ορυκτά της αργίλου και στους κρυστάλλους του ρουμπινιού, του ζαφειριού και του κορουνδίου. Μεγάλος αριθμός βιομηχανικών και άλλων ορυκτών περιέχει αργίλιο.

[Επεξεργασία] Ισότοπα

To μοναδικό ισότοπο του αργιλίου το οποίο βρίσκεται στη φύση είναι το ²⁷Al.

[Επεξεργασία] Χημεία

Συνηθισμένες οξειδωτικές καταστάσεις του αργιλίου είναι οι καταστάσεις 0 και +3.

Το αργίλιο οξειδώνεται πολύ γρήγορα από τον αέρα, με σχηματισμό ενός λεπτού στρώματος οξειδίου το οποίο σταματά την περαιτέρω οξείδωση. Αντιδρά επίσης με τα αλογόνα προς σχηματισμό των αντίστοιχων αλάτων. Τα οξέα προσβάλλουν το αλουμίνιο, όπως και τα πυκνά διαλύματα ισχυρών βάσεων. Στην τελευταία περίπτωση δημιουργείται [Al(ΟH)₄]^-.