13AlAluminium

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. Daraus hat man 54,6 Mio. Tonnen Primäraluminium gewonnen. 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 %.

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Atomare Eigenschaften

Relative Atommasse26,9815 ±3·10-7
Atommasse26,9815 u

Atomradien

Radius (empirisch)143 pm
Radius (berechnet)118 pm
Kovalenter Radius121 ±4 pm
Van-der-Waals-Radius184 pm

Atomhülle

ElektronenkonfigurationNe 3s2 3p1
Ionisierungsenergie(1.) 5,985769 eV
(2.) 18,82855 eV
(3.) 28,447642 eV
(4.) 119,9924 eV
(5.) 153,8252 eV
Schalenmodell
Elektronen
k-Schale:2
l-Schale:8
m-Schale:3

Physikalische Eigenschaften

Aggregatzustandfest
Dichte2,698 g·cm−3 (293,1 K)
Molares Volumen1·10-5 m3·mol−1
Schallgeschwindigkeit5.100 m·s−1

Temperaturen

Schmelzpunkt933,4 K
Siedepunkt2.743 K
Flüssigkeitsbereich1.809 K
Sprungtemperatur1,18 K

Enthalpien

Schmelzenthalpie10,7 kJ·mol-1
Verdampfungsenthalpie293 kJ·mol-1
Bindungsenergie326 kJ·mol-1

Wärme und Leitfähigkeit

Spezifische Wärmekapazität897 J·kg−1·K−1
Wärmeleitfähigkeit235 W·m-1·K-1
Ausdehnungskoeffizient2,31·10-5 K-1
Austrittsarbeit4,16 [4,06 … 4,26] eV

Härten

Mohshärte2,75
Brinellhärte245 NM·m-2
Vickershärte167 NM·m-2

Elastizitätseigenschaften

Youngscher Modul70 GPa
Schubmodul26 GPa
Kompressionsmodul76 GPa
Poissonzahl0,35

Elektrische Eigenschaften

Elektrische Leitfähigkeit3,77·107 S·m-1
Wiederstand2,7·10-8 Ωm

Magnetismus

Magnetismusparamagnetisch
Magnetische Suszeptibilität1,65·10-5 cm3·mol−1

Optische Eigenschaften

Reflexionsgrad71 %

Chemische Eigenschaften

Basizitätamphoter
Oxidationszustand1, 2, 3
Normalpotential-1,676 V (Al3+ + 3e- → Al)

Elektronegativität

Pauling-Skala1,61
Sanderson-Skala1,71
Allred-Rochow-Skala1,47
Mulliken-Skala1,83
Allen-Skala1,613
Ghosh-Gupta-Skale4,639 eV
Boyd-Edgecombe-Skale1,58
Nagle-Skale1,55
Pearson-Skale3,23 eV

Weitere Eigenschaften

Natürliches Vorkommenprimordial
Kristallstrukturkubisch-flächenzentriert
Goldschmidt-Klassifikationlithophil
Supraleitermit Sprungtemperatur (Festkörper, Normaldruck)
Preis/kg1,79 USD

Natürliche Häufigkeiten

satellite_alt
Universum
50.000 ppb ≈ 5,02·1014 M☉
sunny
Sonne
60.000 ppb ≈ 1,19·1014 Mt
destruction
Meteorit
9,3·106 ppb ≈ 9,29 kg
public
Erdkruste
8,2·107 ppb ≈ 2,27·109 Mt
water_drop
Ozeane
5 ppb ≈ 6,85 Gt
waves
Fließendes Gewässer
400 ppb ≈ 6,4 Gt
accessibility_new
Menschlicher Körper
900 ppb ≈ 63 mg