Aluminium

Eigenschaften
[Ne] 3s2 3p1 13Al Periodensystem
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Aluminium, Al, 13
Elementkategorie	Metalle
Gruppe, Periode, Block	13, 3, p
Aussehen	silbrig
CAS-Nummer	7429-90-5
EG-Nummer	231-072-3
ECHA-InfoCard	100.028.248
Massenanteil an der Erdhülle	7,57 % (3. Rang)[1]
Atomar[2]
Atommasse	26,9815384(3)[3] u
Atomradius (berechnet)	125 (118) pm
Kovalenter Radius	121 pm
Van-der-Waals-Radius	184[4] pm
Elektronenkonfiguration	[Ne] 3s2 3p1
1. Ionisierungsenergie	5,985769(3) eV[5] ≈577,54 kJ/mol[6]
2. Ionisierungsenergie	18,82855(5) eV[5] ≈1816,68 kJ/mol[6]
3. Ionisierungsenergie	28,447642(25) eV[5] ≈2744,78 kJ/mol[6]
4. Ionisierungsenergie	119,9924(19) eV[5] ≈11577,5 kJ/mol[6]
5. Ionisierungsenergie	153,8252(25) eV[5] ≈14841,9 kJ/mol[6]
Physikalisch[2]
Aggregatzustand	fest
Kristallstruktur	kubisch flächenzentriert
Dichte	2,6989 g/cm3 (20 °C)[7]
Mohshärte	2,75
Magnetismus	paramagnetisch (χm = 2,1 · 10−5)[8]
Schmelzpunkt	933,35 K (660,2[9] °C)
Siedepunkt	2743 K[10] (2470 °C)
Molares Volumen	10,00 · 10−6 m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie	284 kJ/mol[10]
Schmelzenthalpie	10,7[11] kJ·mol−1
Schallgeschwindigkeit	6250–6500 (Longitudinalwelle) m/s; 3100 (Scherwelle)[12][13] m·s−1 bei 293,15 K
Spezifische Wärmekapazität	897[1] J·kg−1·K−1
Austrittsarbeit	4,06–4,26 eV[14]
Elektrische Leitfähigkeit	37,7 · 106 S·m−1
Wärmeleitfähigkeit	235 W·m−1·K−1
Mechanisch[2]
E-Modul	60 bis 78 kN/mm²[15]
Poissonzahl	0,34[16]
Chemisch[2]
Oxidationszustände	1, 2, 3
Normalpotential	−1,676 V (Al3+ + 3 e− → Al)
Elektronegativität	1,61 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP 25Al {syn.} 7,183 s ε 4,277 25Mg 26Al in Spuren 7,17 · 105 a ε, β+ 4,004 26Mg 27Al 100 % Stabil 28Al {syn.} 2,2414 min β− 4,642 28Si 29Al {syn.} 6,56 min β− 3,680 29Si
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
Spin- Quanten- zahl I γ in rad·T−1·s−1 Er (1H) fL bei B = 4,7 T in MHz 27Al 5/2 0+6,976 · 107 0,207 052,18
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP),[19] ggf. erweitert[17][18] Pulver Gefahr H- und P-Sätze H: 250​‐​261 (pyrophor) H: 228​‐​261 (stabilisiert) P: 222​‐​231+232​‐​422 (pyrophor) P: 210​‐​370+378​‐​402+404 (stabilisiert)[20]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Aluminium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Al und der Ordnungszahl 13.

Im Periodensystem gehört Aluminium zur dritten Hauptgruppe und zur 13. IUPAC-Gruppe, der Borgruppe, die früher als Gruppe der Erdmetalle bezeichnet wurde. Es gibt zahlreiche Aluminiumverbindungen. Aluminium ist ein silbrig-weißes Leichtmetall. In der Erdhülle ist es, nach Sauerstoff und Silicium, das dritthäufigste Element und in der Erdkruste das häufigste Metall. In der Werkstofftechnik werden mit „Aluminium“ alle Werkstoffe auf Basis des Elementes Aluminium verstanden. Dazu zählt Reinaluminium (mindestens 99,0 % Al), Reinstaluminium (min 99,7 % Al) und insbesondere die Aluminiumlegierungen, die bis zu mit Stahl vergleichbare Festigkeiten besitzen – bei nur einem Drittel seiner Dichte.

Entdeckt wurde Aluminium, das in der Natur fast ausschließlich in Form von chemischen Verbindungen vorkommt, im frühen 19. Jahrhundert. Im frühen 20. Jahrhundert setzte die industrielle Massenproduktion ein.

Die Gewinnung erfolgt in Aluminiumhütten ausgehend von dem Mineral Bauxit zunächst im Bayer-Verfahren, mit dem Aluminiumoxid gewonnen wird, und anschließend im Hall-Héroult-Prozess einer Schmelzflusselektrolyse, bei der Aluminium gewonnen wird. 2016 wurden weltweit 115 Mio. Tonnen Aluminiumoxid (Al₂O₃) produziert.^[21] Daraus hat man 54,6 Mio. Tonnen Primäraluminium gewonnen.^[22]

Das Metall ist sehr unedel und reagiert an frisch angeschnittenen Stellen bei Raumtemperatur mit Luft und Wasser zu Aluminiumoxid. Dies bildet aber sofort eine dünne, für Luft und Wasser undurchlässige Schicht (Passivierung) und schützt so das Aluminium vor Korrosion. Reines Aluminium weist eine geringe Festigkeit auf; bei Legierungen ist sie deutlich höher. Die elektrische und thermische Leitfähigkeit ist hoch, weshalb Aluminium für leichte Kabel und Wärmetauscher verwendet wird.

Eines der bekanntesten Produkte ist Alufolie. Weitere sind Bauteile in Fahrzeugen und Maschinen, elektrische Leitungen, Rohre, Dosen und Haushaltsgegenstände. Das Aluminiumrecycling erreicht weltweit Raten von etwa 40 %.

1. ↑ ^{a b} Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
2. ↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Aluminium) entnommen.
3. ↑ IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights: Standard Atomic Weights of 14 Chemical Elements Revised. In: Chemistry International. 40, 2018, S. 23, doi:10.1515/ci-2018-0409.
4. ↑ Manjeera Mantina, Adam C. Chamberlin, Rosendo Valero, Christopher J. Cramer, Donald G. Truhlar: Consistent van der Waals Radii for the Whole Main Group. In: The Journal of Physical Chemistry A. 113, 2009, S. 5806–5812, doi:10.1021/jp8111556.
5. ↑ ^{a b c d e} Eintrag zu aluminum in Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. und NIST ASD Team (2019): NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.7.1). Hrsg.: NIST, Gaithersburg, MD. doi:10.18434/T4W30F (physics.nist.gov/asd).  Abgerufen am 11. Juni 2020.
6. ↑ ^{a b c d e} Eintrag zu aluminium bei WebElements, www.webelements.com, abgerufen am 11. Juni 2020.
7. ↑ Aluminium-Taschenbuch – Band 1, 16. Auflage, Aluminium-Verlag, Düsseldorf 2002, S. 74.
8. ↑ Robert C. Weast (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, S. E-129 bis E-145. (Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert).
9. ↑ A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 91.–100., verbesserte und stark erweiterte Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 1985, ISBN 3-11-007511-3, S. 868.
10. ↑ ^{a b} Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
11. ↑ W. B. Frank, W. E. Haupin, H. Vogt, M. Bruno, J. Thonstad, R. K. Dawless, H. Kvande, O. A. Taiwo: Aluminium. In: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2009, doi:10.1002/14356007.a01_459.pub2.
12. ↑ Joseph L. Rose: Ultrasonic Waves in Solid Media. Cambridge University Press, 2004, ISBN 0-521-54889-6, S. 44 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
13. ↑ Tribikram Kundu: Ultrasonic and Electromagnetic NDE for Structure and Material Characterization. CRC Press, 2012, ISBN 978-1-4398-3663-7, S. 94 ff. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
14. ↑ David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC Press, 1998, ISBN 0-8493-0479-2.
15. ↑ Aluminium-Taschenbuch – Band 1, 16. Auflage, Aluminium-Verlag, Düsseldorf 2002, S. 77.
16. ↑ T. Merkel, K.-H. Thomas: Taschenbuch der Werkstoffe, 7. verbesserte Auflage, Carl Hanser Verlag, München 2008, S. 294.
17. ↑ Eintrag zu Aluminium, Pulver, nicht stabilisiert in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 9. August 2016. (JavaScript erforderlich)
18. ↑ Eintrag zu Aluminium, Pulver, phlegmatisiert in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 9. August 2016. (JavaScript erforderlich)
19. ↑ Eintrag zu Aluminium im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. August 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
20. ↑ Datenblatt Aluminium bei Alfa Aesar, abgerufen am 13. März 2011 (Seite nicht mehr abrufbar).
21. ↑ Alumina Production. In: world-aluminium.org. The International Aluminium Institute, abgerufen am 14. Februar 2016. 
22. ↑ Primary Aluminium Production. In: world-aluminium.org. The International Aluminium Institute, abgerufen am 14. Februar 2016.