Hliník

Vlastnosti hliníka link

Hliník je striebrolesklý, mäkký a ľahký kov s hustotou 2,70 g/cm³, takmer trikrát menšou ako železo. Je veľmi kujný a ťažný, dá sa vyvalcovať na tenkú fóliu. Dobre vedie elektrický prúd a teplo – jeho elektrická vodivosť dosahuje asi 60 % vodivosti medi.

Hliník je neušľachtilý kov a silné redukovadlo. Na vzduchu sa však ihneď pokryje tenkou súvislou vrstvičkou oxidu hlinitého, ktorá ho chráni pred ďalšou oxidáciou. Tento jav sa nazýva pasivácia. Hliník pasivuje aj koncentrovaná kyselina dusičná, preto sa môže prepravovať v hliníkových cisternách. Ochrannú vrstvu oxidu možno zosilniť elektrolýzou, pri ktorej je hliníkový predmet anódou. Tento postup sa nazýva eloxovanie.

Hliník je amfotérny – rozpúšťa sa v kyselinách aj v roztokoch hydroxidov a v oboch prípadoch sa uvoľňuje vodík. S kyselinou chlorovodíkovou vzniká chlorid hlinitý:

\( \ce{2 Al + 6 HCl -> 2 AlCl3 + 3 H2} \)

S roztokom hydroxidu sodného vzniká tetrahydroxidohlinitan sodný (v učebniciach tetrahydroxohlinitan sodný):

\( \ce{2 Al + 2 NaOH + 6 H2O -> 2 Na[Al(OH)4] + 3 H2} \)

Výskyt a výroba hliníka link

Hliník je po kyslíku a kremíku tretím najrozšírenejším prvkom a najrozšírenejším kovom zemskej kôry, tvorí asi 8 % jej hmotnosti. V prírode sa vyskytuje len viazaný, najmä v hlinitokremičitanoch, ako sú živce a sľudy, a v íloch a kaolíne, ktoré vznikajú ich zvetrávaním. Ďalšími minerálmi hliníka sú korund Al₂O₃ a kryolit Na₃[AlF₆].

Hlavnou surovinou na výrobu hliníka je bauxit. Je to ruda, ktorú tvoria hydroxidy a hydroxid-oxidy hliníka s prímesou oxidov železa a kremíka. Hliník sa z nej vyrába v dvoch krokoch. Najprv sa bauxit pod tlakom rozpustí v horúcom roztoku hydroxidu sodného, pričom hliník prechádza do roztoku ako tetrahydroxidohlinitan. Nerozpustné prímesi, najmä oxidy železa, sa oddelia ako červený kal. Roztok sa ochladí a pridajú sa doň kryštáliky hydroxidu hlinitého, na ktorých sa z roztoku vylučuje ďalší hydroxid hlinitý. Ten sa žíhaním mení na čistý oxid hlinitý.

Oxid hlinitý sa topí až pri 2072 °C. Rozpustí sa preto v roztavenom kryolite, ktorý teplotu topenia zmesi zníži, a tavenina sa pri teplote okolo 950 °C elektrolyzuje. Elektródy sú uhlíkové. Na katóde sa vylučuje roztavený hliník:

\( \ce{Al^3+ + 3 e- -> Al} \)

Na anóde sa oxidové anióny oxidujú na kyslík, ktorý hneď reaguje s uhlíkom anódy na oxid uhličitý. Anódy preto postupne ubúdajú a treba ich vymieňať:

\( \ce{C + 2 O^2- -> CO2 + 4 e-} \)

Pri elektrolýze sa teda spotrebúva oxid hlinitý aj uhlík anód:

\( \ce{2 Al2O3 + 3 C -> 4 Al + 3 CO2} \)

Výroba hliníka elektrolýzou spotrebuje veľmi veľa elektrickej energie. Preto je dôležitá recyklácia – pretavenie hliníkového odpadu spotrebuje len asi 5 % energie potrebnej na výrobu hliníka z bauxitu.

Na Slovensku sa hliník vyrába v Žiari nad Hronom, kde ho prvýkrát odliali v roku 1953. Elektrolýzu tam začiatkom roka 2023 pre vysoké ceny elektriny zastavili a ďalej spracúvali len recyklovaný hliník. Od augusta 2026 sa výroba hliníka elektrolýzou postupne obnovuje.

Využitie hliníka link

Hliník je po železe najviac vyrábaný kov. Jeho využitie vyplýva z jeho vlastností:

• malá hustota – hliník a jeho zliatiny sú ľahké a pritom pevné konštrukčné materiály pre lietadlá, autá, vlaky a lode. Najznámejšou zliatinou je dural, zliatina hliníka s meďou, horčíkom a mangánom.
• odolnosť voči korózii – okenné rámy, fasády, riad a plechovky na nápoje
• kujnosť – tenká hliníková fólia (alobal) na balenie potravín, ktorá nahradila staniol z cínu
• elektrická vodivosť – vodiče vonkajších elektrických vedení, kde je výhodou nižšia hmotnosť ako pri medi

Hliník je silné redukovadlo, preto sa ním vyrábajú niektoré kovy z ich oxidov. Tento postup sa nazýva aluminotermia. Takto sa vyrába napríklad chróm:

\( \ce{Cr2O3 + 2 Al ->[t] Al2O3 + 2 Cr} \)

Zmesou práškového hliníka a oxidu železitého, takzvaným termitom, sa zvárajú koľajnice. Reakcia uvoľní toľko tepla, že vzniknuté železo je roztavené.

Zlúčeniny hliníka link

V zlúčeninách má hliník vždy oxidačné číslo III. Ako amfotérny prvok tvorí soli hlinité s katiónom Al³⁺ aj tetrahydroxidohlinitany s aniónom [Al(OH)₄]⁻.

Oxid hlinitý link

Oxid hlinitý Al₂O₃ je biela, veľmi tvrdá a chemicky odolná látka s veľmi vysokou teplotou topenia. Vo vode je nerozpustný a je amfotérny. V prírode sa vyskytuje ako minerál korund, ktorý je v Mohsovej stupnici tvrdosti na 9. mieste. Jeho sfarbené odrody sú drahokamy: červený rubín s prímesou chrómu a modrý zafír s prímesou železa a titánu.

Oxid hlinitý je hlavnou surovinou na výrobu hliníka. Pre tvrdosť sa používa ako brúsivo, napríklad na brúsny papier, a vyrába sa z neho žiaruvzdorná a technická keramika.

Hydroxid hlinitý link

Hydroxid hlinitý Al(OH)₃ je biela, vo vode málo rozpustná látka. Z roztokov hlinitých solí sa pôsobením zásady vylučuje ako gélovitá zrazenina:

\( \ce{Al^3+ + 3 OH- -> Al(OH)3 v} \)

Je amfotérny – reaguje s kyselinami za vzniku hlinitých solí:

\( \ce{Al(OH)3 + 3 HCl -> AlCl3 + 3 H2O} \)

Touto reakciou neutralizuje kyselinu chlorovodíkovú v žalúdku, preto je zložkou liekov proti prekysleniu žalúdka (antacíd). S roztokmi hydroxidov reaguje hydroxid hlinitý za vzniku tetrahydroxidohlinitanov:

\( \ce{Al(OH)3 + NaOH -> Na[Al(OH)4]} \)

V prírode sa vyskytuje ako minerál gibbsit (hydrargylit), jedna z hlavných zložiek bauxitu.

Chlorid hlinitý link

Chlorid hlinitý AlCl₃ vzniká priamym zlučovaním hliníka s chlórom:

\( \ce{2 Al + 3 Cl2 -> 2 AlCl3} \)

Bezvodý chlorid hlinitý je biela kryštalická látka, ktorá pri zahriatí ľahko sublimuje. S vodou prudko reaguje za uvoľnenia chlorovodíka, preto na vlhkom vzduchu dymí. Z vodného roztoku kryštalizuje ako hexahydrát AlCl₃·6H₂O. Atóm hliníka má v bezvodom chloride hlinitom okolo seba len šesť elektrónov, preto chlorid hlinitý ochotne prijíma elektrónový pár a v organickej chémii slúži ako katalyzátor. Je aj východiskovou látkou na výrobu iných zlúčenín hliníka.

Síran hlinitý a kamence link

Síran hlinitý Al₂(SO₄)₃ kryštalizuje ako oktadekahydrát Al₂(SO₄)₃·18H₂O. Používa sa pri úprave pitnej vody: vo vode z neho vzniká gélovitý hydroxid hlinitý, ktorý na seba viaže jemné nečistoty a usadí sa s nimi. Uplatňuje sa aj v papierenskom a textilnom priemysle.

Kamence sú podvojné sírany, ktoré kryštalizujú s dvanástimi molekulami vody. Majú všeobecný vzorec M^IM^III(SO₄)₂·12H₂O, kde M^I je katión alkalického kovu alebo amónny katión a M^III hliník, chróm alebo železo. Najznámejší je kamenec draselno-hlinitý KAl(SO₄)₂·12H₂O, teda dodekahydrát síranu draselno-hlinitého. Z roztoku kryštalizuje vo veľkých pravidelných kryštáloch tvaru osemstena. Zráža bielkoviny a sťahuje tkanivo, preto zastavuje drobné krvácanie, napríklad po holení.