Otwórz menu główne

Glin

pierwiastek chemiczny

Glin (w technice: aluminium; Al, łac. aluminium) – pierwiastek chemiczny, metal z bloku p układu okresowego.

Glin
magnez ← glin → krzem
Wygląd
srebrzystobiały
Glin
Widmo emisyjne glinu
Widmo emisyjne glinu
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a. glin, Al, 13
(łac. aluminium)
Grupa, okres, blok 13, 3, p
Stopień utlenienia III
Właściwości metaliczne metal
Właściwości tlenków amfoteryczne
Masa atomowa 26,9815385(7) u[4][a]
Stan skupienia stały
Gęstość 2700 kg/m³[1]
Temperatura topnienia 660,32 °C[1]
Temperatura wrzenia 2519 °C[1]
Numer CAS 7429-90-5
PubChem 5359268[5]
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

Jedynym izotopem stabilnym jest 27Al.

Glin jest trzecim najpowszechniej występującym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej. Od jego symbolu (oraz symbolu krzemu) wywodzi się dawna nazwa najbardziej zewnętrznej warstwy globu – sial.

Spis treści

HistoriaEdytuj

Sole i tlenki glinu znane były od zarania dziejów. Uwodniony, mieszany siarczan tego pierwiastka, ałun, był używany jako środek antyseptyczny przez starożytnych Greków. Istnienie tego pierwiastka i nazwę zasugerował Louis-Bernard Guyton de Morveau w 1761 r. W 1807 podobną sugestię wyraził sir Humphry Davy, który zaproponował współczesną nazwę (aluminium). Istnieją kontrowersje na temat tego, kto pierwszy wyodrębnił ten pierwiastek w stanie czystym. Według jednych źródeł był to Friedrich Wöhler w 1827 r. wg innych Hans Christian Ørsted w 1825 r. Amerykanin Charles Martin Hall i Francuz Paul-Louis Toussaint Héroult w 1886 opracowali produkcję glinu na skalę przemysłową. Niezależnie od siebie opracowali metodę otrzymywania aluminium w procesie elektrolizy stopionej mieszaniny kriolitu i boksytu, obecnie znanym jako proces Halla-Heroulta[6].

Właściwości chemiczneEdytuj

Glin w stanie czystym szybko utlenia się na powietrzu, ulegając pasywacji[7][8]. Pierwotnie pokrywa się warstwą Al
2
O
3
o grubości kilku nm. Pod wpływem wilgoci zewnętrzna warstwa tej powłoki ulega częściowej hydrolizie i składa się z Al
2
O
3
i Al(OH)
3
. Natomiast wewnętrzną warstwę tworzy Al
2
O
3
, częściowo uwodniony do Al(O)OH. Stanowi ona ścisłą powłokę chroniącą metal przed dalszą korozją w zwykłych warunkach[8][9]. Jest ona odporna na działanie roztworów wodnych o pH 4–9[7].

Łatwo roztwarza się w rozcieńczonych roztworach mocnych kwasów (np. HCl) i zasad (np. NaOH lub KOH) wypierając wodór, np.[8]:

2Al + 6HCl → 2AlCl
3
+ 3H
2
2Al + 2NaOH + 6H
2
O → 2Na[Al(OH)
4
]
+ 3H
2

Jego reaktywność wobec kwasu siarkowego opisywana jest różnie:

  • wg François Cardarelliego reaguje z rozcieńczonym H
    2
    SO
    4
    z wydzieleniem wodoru[8]:
2Al + 3H
2
SO
4
Al
2
(SO
4
)
3
+ 3H
2
a ze stężonym H
2
SO
4
reaguje łatwo z wydzieleniem dwutlenku siarki[8]:
2Al + 6H
2
SO
4
→ Al
2
(SO
4
)
3
+ 6H
2
O + 3SO
2
  • wg Richarda J. Lewisa, Sr., reaguje jedynie z gorącym stężonym H
    2
    SO
    4
    , natomiast na działanie kwasu rozcieńczonego lub zimnego stężonego jest odporny[9].

W stężonym kwasie azotowym ulega silnej pasywacji, dzięki czemu jest odporny na jego działanie[8][9] i jest wykorzystywany w przemyśle do wytwarzania zbiorników do jego transportu[8]. Z kolei z chlorowanymi węglowodorami reaguje gwałtownie[8]. Także H
2
O
w wysokiej temperaturze (180 °C) utlenia glin szybko[9].

W związkach występuje na III stopniu utlenienia, bardzo rzadko również na I i II.

Właściwości fizyczneEdytuj

Jest srebrzystobiałym metalem o niskiej gęstości, bardzo dobrej kowalności i dużej plastyczności. Jest łatwy w odlewaniu i obróbce, podczas której nie tworzy iskier. Wykazuje dobre przewodnictwo elektryczne, jest paramagnetyczny. W postaci czystej jego właściwości mechaniczne są słabe, które jednak można znacząco poprawić poprzez niewielkie ilości dodatków stopowych. Cienkie powłoki naparowanego glinu są trwałymi, bardzo dobrymi zwierciadłami dla światła widzialnego i promieniowania cieplnego[10] (czysty glin odbija do 99% światła widzialnego i do 95% podczerwieni[potrzebny przypis]).

ZastosowanieEdytuj

Stopy aluminiumEdytuj

Osobny artykuł: Stopy aluminium.

Ze względu na swoje właściwości, takie jak mała gęstość i odporność na korozję, stopy glinu z miedzią i magnezem zwane duraluminium znalazły wiele zastosowań i są używane do wyrobu szerokiej grupy produktów – od części karoserii i silników samochodów, przez poszycia i elementy konstrukcyjne samolotów, po części statków kosmicznych. Tak zwane aluminium utwardzane dyspersyjnie jest wykorzystywane w produkcji koszulek elementów paliwowych i konstrukcyjnych rdzeni niektórych badawczych reaktorów jądrowych. Stopów aluminium z manganem i magnezem używa się do produkcji puszek do napojów (stopy 3004 lub 3104 na ścianki oraz 5182 na wieczka).

Czysty glinEdytuj

Próżniowe napylenie glinu na powierzchnię szkła lub przezroczystych tworzyw sztucznych wykorzystywane jest do produkcji luster.

Pył glinowyEdytuj

Sproszkowany glin używany jest w hutnictwie do otrzymywania metali z ich tlenków w procesie aluminotermii. Stosowana w tym procesie mieszanina glinu oraz tlenków metali jest znana pod nazwą termit. Termitu używa się do spawania rur i szyn kolejowych, a także do produkcji broni zapalającej. Pył glinowy jest często składnikiem farb metalicznych odpowiedzialnym za charakterystyczny połysk.

W syntezie chemicznej pył aluminium stosowany jest w reakcjach uwodorniania[11] i jako zamiennik cynku w reakcji Reformatskiego[12].

Stosowany jest również w przemyśle spożywczym, jako barwnik metaliczny. Używany jest przy srebrnych dekoracjach ciast i tortów. Parlament Europejski uznał, że dodawanie aluminium powinno być zakazane, ponieważ istnieją przesłanki, że ma związek z chorobą Alzheimera, choć do tej pory nie udało się tego jednoznacznie udowodnić.

Folia aluminiowaEdytuj

Folie aluminiowe o różnej grubości stosowane są do pakowania (m.in. żywności) oraz do różnorodnych celów w technikach laboratoryjnych. Folia aluminiowa jest także wykorzystywana jako tzw. lustro lub ekran cieplny (odbijający promieniowanie podczerwone) do zapobiegania utraty ciepła. W tym celu stosuje się albo samą folię aluminiową (np. o grubości 0,05 mm), albo połączoną trwale z materiałem termoizolacyjnym.

ZwiązkiEdytuj

 
Rubin z Indii – czerwona odmiana korundu

Najważniejsze związki glinu to tlenek glinu i amfoteryczny wodorotlenek glinu. Glin tworzy też wodorek, a tetrahydroglinian litu LiAlH4 jest powszechnie stosowanym w chemii organicznej silnym środkiem redukującym. Duże znaczenie przemysłowe mają też aluminoksany, a zwłaszcza MAO (metylowy aluminoksan), z którego produkuje się sita molekularne, oraz powszechnie wykorzystuje jako stałe podłoże dla wielu katalizatorów. Glina i kaolin, powszechnie wykorzystywane przy produkcji ceramiki, to złożone mieszaniny glino-krzemianów.

Znaczenie biologiczneEdytuj

Znaczenie dla faunyEdytuj

Wodorowęglan glinu Al(HCO3)3, ortofosforan glinu AlPO4 oraz krzemian glinu Al2(SiO3)3 są stosowane jako leki przy nadkwasocie.

Glin jest całkowicie asymilowany przez wątrobę i nie wydalany na zewnątrz, nie wykazując przy tym typowych cech toksycznych. Dlatego też większość źródeł zalicza go do metali obojętnych i z tego względu w pewnych określonych warunkach dopuszczony jest do użytkowania w gastronomii. Jednak w przypadku termicznej obróbki żywności, przy bezpośrednim kontakcie z wodą, glin wykazuje wysoką rozpuszczalność i w nadmiernych ilościach przenika do pożywienia. Z tego powodu w Polsce już w latach 80. systematycznie wycofywano z użytku naczynia aluminiowe i obecnie jego znaczenie jest marginalne. Nadmiar glinu nadmiernie obciąża wątrobę, a przyjmowanie dużych dawek tego pierwiastka, zwłaszcza w okresie dzieciństwa, skutkuje upośledzeniem funkcji i mniejszą wydajnością tego organu w późniejszych latach. Ponadto należy wspomnieć, że glin łatwo asymiluje się ze związkami wapnia łatwo przyswajalnego do związków trudno przyswajalnych. Dlatego też należy ograniczać jego spożycie w okresie wzrostu i rozwoju układu kostnego. Nie jest również wskazane, aby w nadmiarze spożywały go osoby w trakcie leczenia złamań i cierpiące na odwapnienie kości.

Znaczenie dla flory i glebEdytuj

Glin, podobnie jak krzem, nie jest pierwiastkiem niezbędnym dla życia roślin. Mało tego, w dużych ilościach może być toksyczny zarówno dla roślin, jak i dla zwierząt zjadających roślinę zawierającą glin. Obecność glinu w glebie związana jest z obecnością jonów H+. Aby pozbyć się glinu z gleby, najczęściej stosuje się równolegle neutralizacje pH oraz sadzenie roślin, które pobierają glin z gruntu w większych ilościach[13].

WytwarzanieEdytuj

Aluminium wytwarzane jest z boksytu w następujących po sobie procesach:

  1. proces Bayera
  2. proces elektrolizy Halla-Héroulta

UwagiEdytuj

  1. Wartość w nawiasie oznacza niepewność związaną z ostatnią cyfrą znaczącą.

PrzypisyEdytuj

  1. a b c CRC Handbook of Chemistry and Physics, David R. Lide (red.), wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4-44, ISBN 978-1-4200-9084-0.
  2. a b Glin (ang.) w wykazie klasyfikacji i oznakowania Europejskiej Agencji Chemikaliów. [dostęp 2015-04-10].
  3. Glin (nr 518573) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck KGaA) na obszar Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2011-10-02].
  4.   Juris Meija i inni, Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 88 (3), 2016, s. 265–291, DOI10.1515/pac-2015-0305.
  5. Glin (CID: 5359268) (ang.) w bazie PubChem, United States National Library of Medicine.
  6. Ignacy Eichstaedt: Księga pierwiastków. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1973, s. 145-151. OCLC 839118859.
  7. a b Volkan Cicek, Bayan Al-Numan: Corrosion Chemistry. Scrivener Publishing/John Wiley & Sons, 2011, s. 24–25. ISBN 978-0-470-94307-6.
  8. a b c d e f g h François Cardarelli: Materials Handbook. A Concise Desktop Reference. Wyd. 2. Springer, 2008, s. 163–164. DOI: 10.1007/978-1-84628-669-8. ISBN 978-1-84628-668-1.
  9. a b c d aluminum. W: Richard J. Lewis (Sr): Hawley’s Condensed Chemical Dictionary. Wyd. 15. John Wiley & Sons, Inc., 2007, s. 44–45. ISBN 978-0-471-76865-4.
  10. CRC Handbook of Chemistry and Physics. Wyd. 88. Boca Raton: CRC Press, 2008, s. 4-3.
  11. T. Mallát, Zs. Bodnár, J. Petróa. Reduction by dissolving bimetals. „Tetrahedron”. 47 (3), s. 441–446, 1991. DOI: 10.1016/S0040-4020(01)90501-0 (ang.). 
  12. Zhen Shen, Jinqi Zhang, Huixian Zou, Minmin Yang. A novel one-pot reformatsky type reaction via bismuth salt in aqueous media. „Tetrahedron Lett.”. 38 (15), s. 2733–2736, 1997. DOI: 10.1016/S0040-4039(97)00456-5 (ang.). 
  13. Luis M. Thompson, Frederick R. Troeh: Gleba i jej żyzność. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, 1978, s. 191–192.