Aluminium

Aluminium - Symbol Al, Ordnungszahl 13 - ist ein metallisches chemisches Element der 3. Hauptgruppe (Borgruppe, Erdmetalle, Triele). In reiner Form zeigt es sich als silbrig-weißes, weiches, nichtmagnetisches, duktiles Metall.

Das reine Aluminium-Metall ist chemisch sehr reaktiv, so dass man es in der Natur nur an andere Elemente gebunden findet, meist als Bestandteil von Mineralien, von denen 270 verschiedene bekannt sind.

Übersicht: Allgemeine Daten zum Aluminium

Bezeichnung:Aluminium Andere Namen:Aluminum Symbol:Al Ordnungszahl:13 Atommasse:26,9815384(3) u Periodensystem-Stellung:13. Gruppe, 3. Hauptgruppe, 3. Periode, p-Block. Gruppen-Zugehörigkeit:Metalle, Borgruppe (Triele) Entdeckung:1825 - Hans Christian Oersted. Bedeutung des Namens:Alumen, Alaun (aluminumhaltiges Mineral). Historische Bezeichnungen:Alumium. Irdisches Vorkommen:Dritthäugistes Element, häufigstes Metall. Englischer Name:Aluminium CAS-Nummer:7429-90-5 InChI-Key:XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N

Das Aluminium-Atom

Das Al-Atom - und damit das chemische Element Aluminium - ist eindeutig durch die 13 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Aluminium-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Aluminium-Isotope bzw. Al-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Aluminium-Vorkommen bestehen aus nur einem Isotop: ²⁷Al; die relative Atommasse wird mit 26,9815384(3) u angegeben.

Elektronenkonfiguration

Symbol	OZ	Kurzform	1s	2s	2p	3s	3p	3d
Al	13	[Ne] 3s² 3p¹	2	2	6	2	1

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Aluminium-Atom zu trennen.

1. IE:	5,985768 eV	2. IE:	18,82855 eV	3. IE:	28,44765 eV	4. IE:	119,992 eV	5. IE:	153,825 eV	6. IE:	190,49 eV
7. IE:	241,76 eV	8. IE:	284,66 eV	9. IE:	330,13 eV	10. IE:	398,75 eV	11. IE:	442,00 eV	12. IE:	2085,98 eV
13. IE:	2304,1410 eV	14. IE:	eV	15. IE:	eV	16. IE:	eV	17. IE:	eV	18. IE:	eV

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Aluminium-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

K	LI	LII	LIII
1s	2s	2p_1/2	2p_3/2
1559,6	117,8	72,95	72,55

Weitere Daten

Atomradius:118 pm (berechnet)
125 pm (empirisch, nach Slater) Kovalente Radien:121(4) pm (nach Cordero et al.)
126 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
113 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
111 pm (in Dreifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.) Van-der-Waals-Radius:200 pm Molvolumen:10,00 cm³ mol^-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ω_K: 0,039; ω_L1: 0,000026; ω_L2: 0,00075; ω_L3: 0,00075 Coster-Kronig-Übergänge:F₁₂: 0,32; F₁₃: 0,64; F₂₃: Austrittsarbeit:{100}: 4,64 eV
{110}: 4,52 eV
{111}: 4,26 eV Termsymbol:²P_1/2

Ionenradius

Ionenradien des Al(III)-Kations in Abhängigkeit von der Koordinationszahl in Picometern pm:

Ion	KoZ	I_effektiv	I_kristall	Anmerkungen
Al³⁺ Al³⁺ Al³⁺	4 5 6	39 48 53,5	67,5

Spektrallinien des Aluminiums

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Aluminiums mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Chemie des Aluminiums

Als Element der dritten Hauptgruppe ist die Chemie des Aluminiums geprägt von den drei Valenzelelektronen, die in chemischen Reaktionen bereitwillig unter Bildung von Aluminium(III)-Verbindungen bereitgestellt werden. Die Koordinationszahl dieser Verbindungen variiert, im Allgemeinen ist das Al³⁺-Ion jedoch sechsfach oder vierfach koordiniert. Fast alle Aluminium(III)-verbnidungen sind farblos.

Seltener und weniger stabil sind Verbindungen mit niedrigeren Al-Oxidationsstufen.

Bekannt ist Aluminium für seine Beständigkeit gegenüber Korrosion, die in der Ausbildung einer sehr dünnen Oberfächenschicht aus ca. 0,05 μm Aluminiumoxid begründet ist, die sich unter dem Einfluss des Luftsauerstoffs auf das blanke Aluminium-Metall bildet - der Vorgang wird als Pasivierung bezeichnet.

Diese Korrosionsbeständigkeit wird allerdings durch wässrige Salz-Lösungen vor allem in Gegenwart verschiedener anderer Metalle stark reduziert und insbesondere durch die Anwesenheit durch gelöste Chloride - wie zum Beispiel normales Salz (Natriumchlorid) - nahezu aufgehoben. Daher werden unter anderem auch Haushaltsleitungen nicht aus Aluminiumrohren gefertigt.

Chemische Daten

Elektronegativität:1,61 nach Pauling
1,47 nach Allred-Rochow
1,613 nach Allen
1,4 nach Mulliken
1,54 nach Sanderson
4,6393 eV nach Gosh-Gupta
3,23 eV nach PearsonElektronaffinität:0,432 83(5) eV bzw. 41,762(5) kJ mol^-1Oxidationsstufen:+3 (-2, -1, +1. +2)

Standardpotentiale

Normalpotential des Aluminiums:

E⁰ (V)	N_ox	Name Ox.	Ox.	e^-	⇔	Red.	Name Red.	N_ox
-2,33	+ III	Tetrahydroxyaluminat-Anion	Al(OH)₄^-	+ 3 e^-	⇔	Al (s) + 4 OH^-	Aluminium	0
-2,31	+ III	Aluminiumhydroxid	Al(OH)₃ (s)	+ 3 e^-	⇔	Al (s) + 3 OH^-	Aluminium	0
-1,66	+ III	Aluminium(III)-Kation	Al³⁺	+ 3 e^-	⇔	Al (s)	Aluminium	0

Material- und physikalische Eigenschaften des Aluminiums

Die nachfolgende Tabelle führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Aluminiums auf.

Schmelzpunkt:660,323 °C Schmelzenthalpie (molar):10,71 kJ mol^-1 Schmelzenthalpie (spezifisch):398 kJ kg^-1 Siedepunkt:2519 °C Verdampfungsenthalpie:293,72 kJ mol^-1 Wärmekapazität:24,200 J mol^-1 K^-1 (molar)
0,897 J g^-1 K^-1 (spezifisch) Debye-Temperatur:433 K Thermische Leitfähigkeit:237 W m^-1 K^-1 Temperaturleitzahl:98,8 mm² s^-1 bei 20°C (Temperaturleitfähigkeit) Wärmeausdehnung:23,1 μm m^-1 K^-1 bei 25 °C Elektrische Leitfähigkeit:37,7 × 10⁶ A V^-1 m^-1 A V^-1 m^-1 Elektrischer Widerstand:26,5 nΩ m bei 20 °C Dichte:2,70 g cm^-3
2,375 g cm^-3 (flüssig, am Schmelzpunkt) Elastizitätsmodul:70,2 GPa (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):72,2 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,01385 GPa^-1 300 K Poisson-Zahl:0,35 (Querdehnzahl, dimensionslos) Kristallstruktur:Kubisch-flächenzentriert - fcc, Cu-Typ Gitterkonstanten:a = b = c = 404,96 pm, Z=4 Raumgruppe:Fm3m - Nr. 225, A1 Pearson-Symbol:cF4 Härte:nach Mohs: 3
nach Vickers: 0,167 GPa
nach Brinell: 0,245 GPa
nach Brinell (neu): 0,184 GPa (geglüht) Magnetismus:paramagnetisch Magnetische Suszeptibilität:16,5 × 10^-6 cm³ mol^-1 Schallgeschwindigkeit:5000 m s^-1 bei 20 °C Standard-Bildungsenthalpie:330,0 kJ mol^-1 (gasförmig) Gibbs Freie Enthalpie:289,4 kJ mol^-1 (gasförmig) Molare Standard-Entropie:28,3 J mol^-1 K^-1 (Feststoff, Kristall)
164,6 J mol^-1 K^-1 (gasförmig)

Neben der hier dargestellten allotropen Modifikation α-Al ist noch eine Hochdruck-Variante oberhalb von 20,5 GPa bekannt, die als β-Al bezeichnet wird: Raumgruppe P6₃/mmc, A3 (Mg-Typ), Pearson Symbol hP2, a = 269,3 pm.

Geochemie, Vorkommen, Verteilung

Die Erdkruste enthält etwa 8 Gewichtsprozente Aluminum in gebundener Form; insgesamt ist es nach Sauerstoff und Silicium das dritthäufigste Element und das am häufigsten vorkommende Metall in der Kruste. Der tieferliegende Erdmantel enthält hingegen sehr viel weniger von dem Metall. Haupterz zur Gewinnung von Aluminium ist das Bauxit.

Erdkruste:82300 mg kg^-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Erdmantel:23800 ppm Meerwasser:0,002 mg L^-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Sonnensystem:0,085 (bezogen auf Silicium, Si=1)

Externe Informationsangebote

Informationen, Daten zum Element

Aluminium - Fakten
Umfangreiche Sammlung von PDF-Texte zum Thema Aluminium und Aluminiumindustrie. GDA

Werkstoff Aluminum
Lexikon: Aluminium A bis Z. GDA

Einzelne Verbindungen

Aluminium und Aluminiumverbindungen
Chemikalien-Datenbank: physikalische und chemische Eigenschaften, Sicherheitsdatenblätter, kommerziell verfügbaren Stoffen und Verbindungen; verschiedene Suchkriterien einschließlich Struktursuche

Synthese, Herstellung, Produktion

Gewinnung von Aluminium
Schmelzflusselektrolyse

Herstellung von Aluminium
Vom Bauxit zum Aluminium. FH Münster - Format: PDF

Herstellung von Aluminium
Überblick

Rotschlamm
Reststoff aus der Aluminiumproduktion - Ökologischer Rucksack oder Input für Produktionsprozesse? - Format: PDF

Analyse und Bestimmung

Aluminium Nachweis
Der virtuelle Trennungsgang: Urotropin-Gruppe. Universität Freiburg

Mineralogie

Aluminiumhaltige Minerale
Informationen zum Aluminium und den Aluminiummineralien. Mineralien Atlas

Toxikologie, Medizin, Physiologie

Aluminiumhaltige Antitranspirantien tragen zur Aufnahme von Aluminium bei
Stellungnahme Nr. 007/2014 des Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR) vom 26. Februar 2014 - Format: PDF

Journale, Fachzeitschriften

Aluminium Today
Fachjournal für die Aluminiumindustrie mit aktuellen Informationen

Dissertationen

Aluminiumorganisch stabilisierte Übergangsmetallkolloide
Synthese, Bildungsmechanismus und Aufbau von organisierten Strukturen. RWTH Aachen, 2002

Nanostrukturierung von Aluminium-Oberflächen
Studien zur Nanostrukturierung von Aluminium-Oberflächen mittels elektrochemischer Methoden. Dissertation, 2009. Universität Giessen

Rotschlamm im Bayer-Prozess
Über das Natrium-Aluminium-Silikat im Rotschlamm des Bayer-Prozesses. Dissertation, 1964. ETH Zürich

Organisationen, Verbände

Gesamtverband der Aluminiumindustrie e.V.
GDA

The International Aluminium Institute
World Aluminium Organisation - [e]

Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 15.05.2020.

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