Prvek hliník — Atom hliníku

Hliník (v severoamerické angličtině aluminium) je chemický prvek v periodické tabulce prvků, který má symbol Al a atomové číslo 13. Hliník, stříbřitý a kujný člen skupiny chudých kovů, se vyskytuje především jako ruda bauxit a vyniká svou odolností vůči oxidaci (hliník je ve skutečnosti téměř vždy již zoxidovaný, ale na rozdíl od většiny kovů je v této podobě použitelný), pevností a nízkou hmotností. Hliník se používá v mnoha průmyslových odvětvích k výrobě milionů různých výrobků a je velmi důležitý pro světové hospodářství. Konstrukční prvky vyrobené z hliníku mají zásadní význam pro letecký průmysl a jsou velmi důležité i v dalších oblastech dopravy a stavebnictví, kde je zapotřebí nízká hmotnost, odolnost a pevnost.

hořčík – hliník – křemík B Al Ga
obecně
Název, symbol, Číslo	hliník, Al, 13
Chemická řada	chudé kovy
Skupina, období, blok	13 (IIIA), 3, p
Hustota, tvrdost	2700 kg/m3, 2.75
Vzhled	stříbrný
Atomové vlastnosti
Atomová hmotnost	26.981538 amu
Atomový poloměr (calc.)	125 pm (118 pm)
Kovalentní poloměr	118 pm
van der. Waalsův poloměr	bez údajů
Elektronová konfigurace	3s2 3p1
e- ‚s na energetickou hladinu	2, 8, 3
Oxidační stavy (oxid)	3 (amfoterní)
Struktura krystalu	krystal se středovou plochou
Fyzikální vlastnosti
Stav hmoty	pevné
Teplota tání	933.47 K (1220,58 °F)
Teplota varu	2792 K (4566 °F)
Molární objem	10,00 ×10-6 m3/mol
Teplo vypařování	293.4 kJ/mol
Tlak páry	10,79 kJ/mol
Tlak páry	2.42 E-06 Pa při __ K
Rychlost zvuku	5100 m/s při 933 K
Různé
Elektronegativita	1.61 (Paulingova stupnice)
Specifická tepelná kapacita	900 J/(kg*K)
Elektrická vodivost	37.7 106/m ohm
Tepelná vodivost	237 W/(m*K)
1. ionizační potenciál	577.5 kJ/mol
2. ionizační potenciál	1816,7 kJ/mol
3. ionizační potenciál	2744.8 kJ/mol
4. ionizační potenciál	11577 kJ/mol
5. ionizační potenciál	14842 kJ/mol
6. ionizační potenciál	18379 kJ/mol
7. ionizační potenciál	23326 kJ/mol
8. ionizační potenciál	27465 kJ/mol
9. ionizační potenciál	31853 kJ/mol
10. ionizační potenciál	38473 kJ/mol
Jsou použity jednotky SI & STP, pokud není uvedeno jinak.

Významné vlastnosti

Hliník je měkký a lehký, ale pevný kov s matným stříbrošedým vzhledem, který je způsoben tenkou oxidační vrstvou, která se rychle tvoří při vystavení vzduchu a která brání další korozi. Hliník váží asi o třetinu méně než ocel nebo měď, je kujný, tvárný, snadno se obrábí a odlévá a má vynikající odolnost proti korozi a trvanlivost. Je také nemagnetický a nejiskřící a je druhým nejkovovějším a šestým nejkovovějším kovem.

2 Použití

Ať už se měří množstvím nebo hodnotou, použití hliníku převyšuje použití jakéhokoli jiného kovu kromě železa a je důležité prakticky ve všech segmentech světového hospodářství. Čistý hliník je měkký a slabý, ale s malým množstvím mědi, hořčíku, manganu, křemíku a dalších prvků může vytvářet slitiny s různými užitečnými vlastnostmi.

Tyto slitiny tvoří důležité součásti letadel a raket. Když se hliník odpaří ve vakuu, vytvoří povlak, který odráží viditelné světlo i sálavé teplo. Tyto povlaky tvoří tenkou ochrannou vrstvu oxidu hlinitého, která se neznehodnocuje jako povlaky stříbra. Dalším využitím tohoto kovu je potahování zrcadel dalekohledů.

Některé z mnoha využití hliníku jsou v

Jeho oxid hlinitý, který se v přírodě vyskytuje jako korund, šmirgl, rubín a safír a používá se při výrobě skla. Syntetický rubín a safír se používají v laserech pro výrobu koherentního světla. Hliník velmi energicky oxiduje, a proto našel uplatnění v pevných raketových palivech a termitu.

3 Historie

Nejstarší předpokládaná (i když neprokázaná) zmínka o hliníku je v díle Naturalis Historia Plinia Staršího:

Jednoho dne bylo zlatníkovi v Římě dovoleno ukázat císaři Tiberiovi talíř z nového kovu. Talíř byl velmi lehký a téměř tak světlý jako stříbro. Zlatník císaři řekl, že tento kov vyrobil z obyčejné hlíny. Zároveň císaře ujistil, že pouze on sám a bohové vědí, jak tento kov z hlíny vyrobit. Císaře to velmi zaujalo a jako finančník byl také trochu znepokojen. Císař však okamžitě pocítil, že všechny jeho poklady ze zlata a stříbra by ztratily na hodnotě, kdyby lidé začali vyrábět tento světlý kov z hlíny. Proto místo toho, aby zlatníkovi věnoval očekávanou úctu, nařídil, aby mu byla sťata hlava.

Soli tohoto kovu používali staří Řekové a Římané jako barvicí mořidla a jako adstringens na obvazování ran a hliník se dodnes používá jako styptikum. V roce 1761 Guyton de Morveau navrhl nazývat hlinitý základ alumin. V roce 1808 Humphry Davy zjistil existenci kovové báze hliníku, kterou pojmenoval (více informací o názvu viz níže Pravopis).

Friedrichu Wöhlerovi je obecně připisována izolace hliníku (latinsky alumen, alum) v roce 1827. Tento kov však poprvé v nečisté formě vyrobil o dva roky dříve dánský fyzik a chemik Hans Christian Ørsted.

Charles Martin Hall získal v roce 1886 patent(400655) na elektrolytický proces získávání hliníku. Henri Sainte-Claire Deville (Francie) zdokonalil Wohlerovu metodu (1846) a předložil je v knize v roce 1859 se dvěma vylepšeními procesu, jako je záměna draslíku za sodík a dvojnásobek místo prostého chloru. Vynález Hall-Héroultova procesu v roce 1886 zlevnil získávání hliníku z minerálů, a tak se nyní běžně používá po celém světě.

4 Výskyt a zdroje

Ačkoli je Al hojným prvkem v zemské kůře (8,1 %), ve volné formě je velmi vzácný a kdysi byl považován za drahý kov cennější než zlato (Říká se, že Napoleon měl pro své nejlepší hosty vyhrazenou sadu hliníkových talířů. Ostatní se museli spokojit se zlatými). Jako průmyslový kov je tedy poměrně nový a v komerčním množství se vyrábí teprve něco málo přes 100 let.

Hliník bylo v době jeho prvního objevu velmi obtížné oddělit od hornin, jejichž je součástí. Vzhledem k tomu, že veškerý hliník na Zemi byl vázán ve formě sloučenin, byl nejobtížněji získatelným kovem na Zemi, přestože je jedním z nejběžnějších kovů na planetě.

Získávání tohoto kovu ze šrotu (prostřednictvím recyklace) se stalo důležitou součástí hliníkového průmyslu. Recyklace spočívá v pouhém roztavení kovu, což je mnohem levnější než jeho výroba z rudy. A také výroba hliníku vyžaduje enormní množství elektrické energie. Recyklace ho vyžaduje o 95 % méně. Recyklace hliníku, která je běžnou praxí již od počátku 20. století, není ničím novým. Až do konce 60. let 20. století, kdy se recyklace hliníkových nápojových plechovek konečně dostala do povědomí veřejnosti, se však jednalo o nenápadnou činnost. Mezi zdroje recyklovaného hliníku patří automobily, okna a dveře, spotřebiče, kontejnery a další výrobky.

Hliník je reaktivní kov a nelze jej získat z jeho rudy, bauxitu (Al2O3), redukcí pomocí uhlíku. Místo toho se získává elektrolýzou – kov se oxiduje v roztoku a poté se opět redukuje na čistý kov. Aby k tomu mohlo dojít, musí být ruda v kapalném stavu. Bauxit má však teplotu tání 2000 °C, což je příliš vysoká teplota na to, aby se jí dalo ekonomicky dosáhnout. Místo toho se bauxit po mnoho let rozpouštěl v roztaveném kryolitu, který snižuje teplotu tání na přibližně 900 °C. Nyní je však kryolit nahrazen umělou směsí fluoridů hliníku, sodíku a vápníku. Tento proces stále vyžaduje velké množství energie a hliníkárny mají obvykle v blízkosti vlastní elektrárny.

Elektrody používané při elektrolýze bauxitu jsou jednak uhlíkové. Jakmile je ruda v roztaveném stavu, její ionty se mohou volně pohybovat. Reakce na záporné katodě je

Al3+ + 3e- ! Al

Zde dochází k redukci iontu hliníku (přidávají se elektrony). Kovový hliník pak klesá ke dnu a odčerpává se.

Na kladné anodě se oxiduje kyslík bauxitu, který pak reaguje s uhlíkovou elektrodou za vzniku oxidu uhličitého:

2O2- ! O2 + 2e- O2 + C ! CO2

Tato katoda se musí často vyměňovat, protože je součástí reakce. Navzdory nákladům na elektrolýzu je hliník velmi používaným kovem. Hliník lze nyní získávat z hlíny, ale tento proces není ekonomický.

Elektrická energie představuje asi třetinu nákladů na rafinaci hliníku. Z tohoto důvodu bývají rafinerie umístěny tam, kde je elektrické energie dostatek a je levná, například na severozápadě Spojených států a v kanadském Quebecu.

Čína je v současné době (2004) největším světovým výrobcem hliníku.

5 Izotopy

Hliník má devět izotopů, jejichž hmotnostní čísla se pohybují v rozmezí od 23 do 30. Hliník se vyrábí ve dvou skupinách. V přírodě se vyskytují pouze Al-27 (stabilní izotop) a Al-26 (radioaktivní izotop, t1/2 = 7,2 × 105 y). Al-26 vzniká z argonu v atmosféře rozpadem způsobeným protony kosmického záření. Izotopy hliníku našly praktické uplatnění při datování mořských sedimentů, manganových konkrecí, ledovcového ledu, křemene ve skalních expozicích a meteoritů. Poměr Al-26 k berylliu-10 byl použit ke studiu úlohy transportu, depozice, ukládání sedimentů, doby pohřbívání a eroze v časovém měřítku 105 až 106 let.

Kosmogenní Al-26 byl poprvé použit při studiu Měsíce a meteoritů. Úlomky meteoritů jsou po odletu ze svých mateřských těles během své cesty vesmírem vystaveny intenzivnímu bombardování kosmickým zářením, což způsobuje značnou produkci Al-26. Po pádu na Zemi chrání úlomky meteoritů před další produkcí Al-26 atmosférické stínění a jeho rozpad lze poté využít k určení pozemského stáří meteoritu. Výzkum meteoritů také ukázal, že Al-26 byl v době vzniku naší planetární soustavy relativně hojný. Je možné, že energie uvolněná rozpadem Al-26 byla zodpovědná za přetavení a diferenciaci některých planetek po jejich vzniku 4.Před 6 miliardami let

6 Bezpečnostní opatření

Hliník je jedním z mála hojně se vyskytujících prvků, které zřejmě nemají žádnou prospěšnou funkci v živých buňkách, ale několik procent lidí je na něj alergických – dochází u nich ke kontaktní dermatitidě z jakékoli jeho formy: svědivá vyrážka při používání styptických přípravků nebo antiperspirantů, poruchy trávení a neschopnost vstřebávat živiny při konzumaci potravin připravených na hliníkových pánvích a zvracení a další příznaky otravy při požití výrobků, jako jsou Kaopectate® (přípravek proti průjmu), Amphojel® a Maalox® (antacida). U ostatních osob není hliník považován za tak toxický jako těžké kovy, ale existují důkazy o určité toxicitě, pokud je konzumován v nadměrném množství, ačkoli nebylo prokázáno, že by používání hliníkového nádobí, které je oblíbené kvůli své odolnosti vůči korozi a dobré tepelné vodivosti, vedlo obecně k toxicitě hliníku. Pravděpodobnější příčinou toxicity je nadměrná konzumace antacid obsahujících sloučeniny hliníku a nadměrné používání antiperspirantů obsahujících hliník. Předpokládá se, že hliník může souviset s Alzheimerovou chorobou, i když tento výzkum byl nedávno vyvrácen.

7 Hláskování

Oficiální hláskování prvku podle IUPAC je aluminium; Američané a Kanaďané však obecně píší a vyslovují aluminium. V roce 1808 Humphry Davy původně navrhl pro název tohoto tehdy neobjeveného kovu alumium, ale o čtyři roky později se rozhodl název změnit na aluminium. Tato změna byla v Americe přijata, ale v Británii zpochybněna, protože neodpovídala precedentu přípony -ium, který zavedly draslík, sodík, hořčík, vápník a stroncium (všechny objevené Davym). V Británii se tedy nejčastěji psalo aluminium. Ve Spojených státech se nadále používalo aluminium, ačkoli oficiálním názvem používaným ve Spojených státech i v Británii v oblasti chemie zůstal aluminium. V roce 1926 se Americká chemická společnost rozhodla oficiálně používat hliník ve svých publikacích.

V roce 1990 přijala IUPAC hliník jako standardní mezinárodní název prvku. Hliník je také název používaný ve francouzštině, nizozemštině, němčině, dánštině, norštině a švédštině; italština používá alluminio, portugalština alumínio a španělština aluminio. (Používání těchto slov v těchto dalších jazycích je jedním z důvodů, proč IUPAC zvolila hliník místo aluminium). V roce 1993 IUPAC uznala hliník jako přijatelnou variantu, ale stále dává přednost používání hliníku

.