Objav: Hans Christian Øersted (1825)
Izolácia: Friedrich Wöhler (1827)
Pomenoval: Humphry Davy
T. topenia
660.32 °C
T. varu
2470 °C
Kľúčové vlastnosti
Atómová hmotnosť
26.9815 u
Atómový polomer
125 pm
Hustota
2700 kg/m³
Elektronegativita
1.61
Ionizačná energia
577.5 kJ/mol
Elektrónová afinita
41.762 kJ/mol
Elektrónová konfigurácia
Výskyt v prírode
Zlúčeniny a minerály
Načítavajú sa molekulárne štruktúry...
Základná charakteristika
- Prvýkrát ho (v nečistej forme) vyrobil Hans Christian Øersted v roku 1825; čistejší kov izoloval Friedrich Wöhler v roku 1827.
- Je to striebrolesklý, ľahký kov s nízkou hustotou.
- Vyznačuje sa veľmi dobrou vodivosťou elektrického prúdu a tepla.
- Je kujný a ťažný, dá sa valcovať na tenkú fóliu (známu ako alobal).
- Je tretím najrozšírenejším prvkom a najrozšírenejším kovom v zemskej kôre (približne 8,1 % hmotnosti).
- Na vzduchu sa pokrýva tenkou, súvislou a veľmi odolnou vrstvičkou oxidu hlinitého (Al₂O₃) (pasivácia).
- Táto ochranná vrstva sa dá priemyselne zosilniť procesom nazývaným eloxovanie (elektrolytická oxidácia hliníka).
- Má amfotérny charakter – reaguje s kyselinami (za vzniku hlinitých solí a H₂) aj so silnými zásadami (za vzniku rozpustných hlinitanov a H₂).
- Vyznačuje sa jednou z najnižších ionizačných energií (577,5 kJ/mol) spomedzi kovov 13. skupiny.
- V zlúčeninách má najčastejšie oxidačné číslo +III (hlinitý).
- Je silným redukčným činidlom, čo sa využíva napr. v aluminotermii na výrobu iných kovov (napr. Cr, Mn, Fe) z ich oxidov.
- Hlavnou surovinou na výrobu hliníka je minerál bauxit.
- Používa sa na výrobu ľahkých a pevných zliatin (napr. dural), v elektrotechnike (vodiče), ako obalový materiál (alobal, plechovky).
- Ďalej sa využíva v stavebníctve, pri výrobe kuchynského riadu a v dopravnom priemysle.
Výskyt, výroba a využitie hliníka link
Hlavnou rudou je bauxit (zmes hydratovaných oxidov Al), vyskytuje sa aj ako korund (Al₂O₃) a v mnohých hlinitokremičitanoch (živce, sľudy, ílové minerály ako kaolinit, montmorillonit).
Hliník sa priemyselne vyrába z bauxitu v dvoch krokoch. Najprv sa z bauxitu chemicky izoluje čistý oxid hlinitý (Al₂O₃) tzv. Bayerovým procesom (rozpúšťanie v NaOH, filtrácia nečistôt, vyzrážanie Al(OH)₃ zavedením CO₂ a následná kalcinácia). Následne sa kovový hliník vyrába elektrolýzou taveniny Al₂O₃ rozpusteného v roztavenom kryolite (Na₃AlF₆) pri teplote okolo 960 °C (Hall-Héroultov proces). Kryolit znižuje vysokú teplotu topenia Al₂O₃ a zvyšuje vodivosť taveniny.
Elektrolýza prebieha v elektrolyzéroch s uhlíkovými elektródami:
\( \ce{Katoda (-): Al^3+ (v\,tavenine) + 3e- -> Al(l)} \)
\( \ce{Anoda (+): C(s) + 2O^2- (v\,tavenine) -> CO2(g) + 4e-} \)
Celková (zjednodušená) rovnica procesu:
\( \ce{2Al2O3(v\,kryolite) + 3C(s) ->[\text{elektrolýza}] 4Al(l) + 3CO2(g)} \)
Výroba hliníka je energeticky veľmi náročná. Preto je dôležitá jeho recyklácia, ktorá spotrebuje len asi 5 % energie potrebnej na primárnu výrobu.
Využitie hliníka je mimoriadne široké vďaka jeho nízkej hustote, dobrej vodivosti, odolnosti voči korózii a ľahkej spracovateľnosti: konštrukčný materiál (zliatiny v doprave – autá, lietadlá; stavebníctvo – okná, fasády), obalový materiál (fólie, plechovky), elektrické vodiče (vedenia vysokého napätia), výroba riadu, v chemickom priemysle (aluminotermia, katalyzátory). Používa sa aj ako mincový kov.
Oxid hlinitý link
Oxid hlinitý (Al₂O₃), známy aj ako alumina, je biela, veľmi tvrdá a chemicky odolná látka s extrémne vysokou teplotou topenia (nad 2000 °C). V prírode sa vyskytuje ako minerál korund (tvrdosť 9); jeho drahokamové odrody sú rubín (červený, s prímesou Cr) a zafír (modrý, s prímesou Fe, Ti). Existuje vo viacerých modifikáciách (napr. α-Al₂O₃ – korund, γ-Al₂O₃ – aktívna forma). α-modifikácia je veľmi inertná, γ-modifikácia je reaktívnejšia.
Je amfotérny, reaguje s kyselinami aj zásadami (pri vysokých teplotách). Je hlavnou surovinou pre výrobu hliníka, používa sa na výrobu technickej keramiky (napr. izolátory, rezné nástroje), žiaruvzdorných materiálov, ako brusivo (korund) a ako nosič katalyzátorov alebo adsorbent (aktívna alumina).
Hydroxid hlinitý link
Hydroxid hlinitý (Al(OH)₃) je biela, gélovitá (amorfná) alebo kryštalická látka (minerál gibbsit), prakticky nerozpustná vo vode. V prírode sa vyskytuje aj ako hydroxid-oxid AlO(OH) (minerály böhmit, diaspor).
Pripravuje sa zrážaním z roztokov hlinitých solí pridaním zásady (napr. amoniaku alebo malého množstva NaOH), alebo zavádzaním CO₂ do roztoku hlinitanu:
\( \ce{Al^3+(aq) + 3OH-(aq) -> Al(OH)3(s) v} \)
\( \ce{2[Al(OH)4]-(aq) + CO2(g) -> 2Al(OH)3(s) v + CO3^2-(aq) + H2O(l)} \)
Má amfotérny charakter, reaguje s kyselinami za vzniku hlinitých solí a so silnými zásadami za vzniku rozpustných hlinitanov:
\( \ce{Al(OH)3(s) + 3H+(aq) -> Al^3+(aq) + 3H2O(l)} \)
\( \ce{Al(OH)3(s) + OH-(aq) -> [Al(OH)4]-(aq)} \quad \text{(tetrahydroxohlinitanový anión)} \)
Používa sa ako antacidum (liek na zníženie kyslosti žalúdka), pri čistení vody (ako koagulant – zhlukuje nečistoty), ako retardér horenia v plastoch a ako medziprodukt pri výrobe Al₂O₃.
Chlorid hlinitý link
Chlorid hlinitý (AlCl₃) je v bezvodom stave biela kryštalická látka, ktorá na vlhkom vzduchu dymí, pretože prudko reaguje s vodou (hydrolýza). V plynnej fáze a v nepolárnych rozpúšťadlách existuje ako dimér Al₂Cl₆ s mostíkovými atómami chlóru. Z vodného roztoku kryštalizuje ako hexahydrát AlCl₃·6H₂O.
Pripravuje sa priamou reakciou hliníka s chlórom alebo redukčnou chloráciou Al₂O₃:
\( \ce{2Al(s) + 3Cl2(g) -> Al2Cl6(s)} \)
\( \ce{Al2O3(s) + 3C(s) + 3Cl2(g) ->[\text{t}] Al2Cl6(g) + 3CO(g)} \)
Je to silná Lewisova kyselina a používa sa ako katalyzátor v mnohých organických reakciách, najmä pri Friedel-Craftsovej alkylácii a acylácii.
Síran hlinitý a kamence link
Síran hlinitý (Al₂(SO₄)₃) je biela kryštalická soľ, zvyčajne sa vyskytuje ako hydrát (napr. Al₂(SO₄)₃·18H₂O). Používa sa pri čistení vody, v papierenskom priemysle a pri farbení textílií.
Hliník tvorí podvojné soli nazývané kamence so všeobecným vzorcom MᴵAl(SO₄)₂·12H₂O, kde Mᴵ je katión alkalického kovu (K⁺, Na⁺, Rb⁺, Cs⁺) alebo NH₄⁺. Najznámejší je kamenec draselno-hlinitý KAl(SO₄)₂·12H₂O. Kamence kryštalizujú vo forme veľkých pravidelných oktaédrov. Používajú sa v medicíne pre svoje adstringentné (sťahujúce) a antiseptické účinky (napr. na zastavenie drobného krvácania).
Hydrid hlinitý a tetrahydridohlinitan lítny link
Hydrid hlinitý (Alán, AlH₃) je biela polymérna tuhá látka, veľmi reaktívna, používa sa ako redukčné činidlo. Tetrahydridohlinitan lítny (Li[AlH₄]) je ešte silnejšie redukčné činidlo, široko používané v organickej syntéze. Pripravuje sa reakciou LiH s AlCl₃.
\( \ce{4LiH(s) + AlCl3(v\,éteri) -> Li[AlH4](v\,éteri) + 3LiCl(s)} \)
