Das Aluminium Experimentalvortrag von Tim Eggersgl 1 Experimentalvortrag

Das Aluminium Experimentalvortrag von Tim Eggersglüß 1

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Gliederung 1. Vorkommen 2. Geschichte und Darstellung des Aluminiums 3. Eigenschaften 4. Verwendung 5. Schulrelevanz 2

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Elemente der Erdkruste Aber: Aluminium kommt in der Natur nicht gediegen, sondern nur in Verbindungen vor. 3

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Spannungsreihe 4

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Bauxit • Feldspäte Verwitterung Tone Verwitterung Bauxite Ø Besteht aus: Aluminiumoxiden (50 -60 %) Eisenoxiden Siliciumoxiden Titanoxiden Roter Bauxit Ø Weltweite bekannte Vorkommen (1990): Weißer Bauxit 5

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Geschichte des Aluminiums 1825: Hans Christian Oersted stellt erstmals (verunreinigtes) Aluminium durch die Reduktion von Aluminiumchlorid mittels Kaliumamalgam dar. 1827: Friedrich Wöhler stellt Aluminium durch die Reduktion von Aluminiumchlorid mit Kalium dar. 1845: Aus kleinen Aluminiumkügelchen bestimmt er erste Eigenschaften des Aluminiums. 6

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Geschichte des Aluminiums 1854: Henri Etienne Sainte-Claire Deville leitet technische Gewinnung von Aluminium durch Reduktion von Aluminiumchlorid mit Natrium ein. 1855: Auf der Pariser Weltausstellung werden unter dem Namen „Silber aus Lehm“ erstmals Aluminiumbarren und Aluminiumschmuck ausgestellt.

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Geschichte des Aluminiums 1866: Werner von Siemens erfindet die Dynamomaschine. 1869: Deville und Le Chatellier entwickeln den trockenen Aufschluss von Bauxit zur Aluminiumoxidgewinnung. 1886: Hall und Héroult melden unabhängig von einander Patente zur elektrolytische n Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid in einer Kryolithschmelze an. 8

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Die Schmelzflusselektrolyse Anode verbrennt zu CO 2 und CO (COF 2, C 2 F 4) 9

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Das „Bayer-Verfahren“ 1887/1892 Karl Josef Bayer entwickelt ein effizientes und wirtschaftliches Verfahren zu Aluminiumoxidgewinnung aus Bauxit. Wasser 10

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Das „Bayer-Verfahren“ Al(OH)3(s) Fe(OH)3(s) Si. O 2(s) Wasser 11

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Geschichte des Aluminiums 1887 -1917: In Europa und Nordamerika werden zahlreiche Aluminiumfabriken gegründet. Als Folge sinkt der Aluminiumpreis sehr stark, so dass Aluminium immer mehr Verwendung findet und zum Gebrauchsmetall wird. 12

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Recycling Salzschmelze aus: 45 % Na. Cl (Schmelztemp. 800 °C) 45 % KCl (Schmelztemp. 770 °C) 10 % Na. F (Schmelztemp. 992 °C) 610 °C Die Salzschmelze nimmt dabei Verunreinigungen, Legierungselemente und Qxidreste auf und schützt das Aluminium vor der Oxidation. Das Sekundäraluminium ist daher nur unwesentlich unreiner als Primäraluminium. 13

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Ökobilanz der Aluminiumdarstellung Zur Produktion 1 Tonne Aluminium benötigt man: • 4 Tonnen Bauxit 2 Tonnen Aluminiumoxid • 0, 5 Tonnen Kohleelektrode • 50 kg Kryolith • 13 MWh Strom (Vergleich: Tagesverbrauch Köln ca. 26 MWh) Weitere Umweltschäden durch: - Abgase - Bauxitabbau - Rotschlammentsorgung 14

Experimentalvortrag Thema: Aluminiumrecycling Beim Aluminiumrecycling werden im Vergleich zur Aluminiumproduktion 95 % des Energiebedarfs eingespart. 47 % der Gesamtaluminiumproduktion in Deutschland beruhen auf Sekundäraluminium. Die Recyclingquote für Aluminium liegt in Deutschland bei über 80 % (laut GDA). Lediglich in der Hi-Tech-Brache genügt die Reinheit des Sekundäraluminiums nicht den Ansprüchen. 15

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Eigenschaften von Aluminium Silberweißes Metall Geringe Dichte 2, 7 g/cm 3 (Vergleich: Eisen 7, 8 g/cm 3) Hohe Festigkeit Guter Wärmeleiter Geschmacklos und ungiftig Guter elektrischer Leiter Gute Form- und Dehnbarkeit Niedrige Schmelztemp. 660 °C (Vergleich Eisen: 1535 °C) Korrosionsbeständig 16

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Die Passivierung des Aluminium in Kupfersulfat: Keine Reaktion; die Oxidschicht schützt das unedle Aluminium in Kupferchlorid: Die Oxidschicht wird durch Chloridionen zerstört: Das Aluminium reagiert entsprechend seiner Stellung in der Spannungsreihe und reduziert das edlere Kupfer: Gleichzeitig kommt es auch zur Reduktion des Wassers durch das Aluminium: 17

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Die Aluminium-Luft-Batterie Anode (Aluminiumdose): Kathode (Kohleelektrode): • Beim Sauerstoff handelt es sich um gelösten Luftsauerstoff. • Durch die poröse Struktur der Kohleelektrode kann stetig neuer Sauerstoff in Lösung gehen. 18

Experimentalvortrag Thema: Aluminium in Säuren und Basen zerstören die Oxidschicht: Salzsäure zerstört die Oxidschicht (Chloridionen). Schwefelsäure zerstört die Oxidschicht nur bei hohen Temperaturen: Salpetersäure verstärkt die Oxidschicht 19

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Das Eloxalverfahren Elektrolytische Oxidation des Aluminiums schützende Oxidschicht des Aluminiums wird verstärkt Kathode (Graphitelektrode): Anode (Aluminium): Gesamtreaktion:

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Das Eloxalverfahren Normale Oxidschicht Eloxierte Oxidschicht Adsorptiv gefärbte Oxidschicht Elektrolytisch gefärbte Oxidschicht 21

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Anwendung des Eloxalverfahrens • Korrosionsbeständigkeit verstärken • Schaffen einer noch härteren Oberfläche • Produktion elektrischer Isolatoren aus Aluminium mit sehr hoher Temperaturbeständigkeit • Dauerhaftes Färben von Aluminium 22

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Eigenschaften Anwendung Silberweißes Metall Geringe Dichte 2, 7 g/cm 3 Hohe Festigkeit Guter Wärmeleiter Geschmacklos und ungiftig Guter elektrischer Leiter Gute Form- und Dehnbarkeit Niedrige Schmelztemp. (660 °C) Korrosionsbeständig 23

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Die Aluminothermie Bei dem Verfahren wird die hohe Sauerstoffaffinität des Aluminiums ausgenutzt, um andere Metalloxide zu reduzieren: Die nötige Aktivierungsenergie liefert das Verbrennen einer Zündmischung aus Magnesiumpulver und Bariumperoxid: Die beiden Reaktionen zusammen sind so exotherm, dass Temperaturen von bis zu 2400 °C erreicht werden und das Reaktionsprodukt schmilzt. 24

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Die Aluminothermie Anwendung findet die Aluminothermie noch heute beim Verschweißen von Schienen. Durch das Beimischen von Legierungsmetallen können mit dem Thermitverfahren beliebige Legierungen erzeugt werden. Da die Schlacke eine deutlich geringere Dichte hat als das entstandene Metall, kommt es nur zu minimalen Verunreinigungen des Metalls. 25

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Nachweis mit Morin 26

Experimentalvortrag Thema: Aluminium „im Haushalt“ • In Deos mit „anti-transpirierender“ Wirkung und Alaunstift ist Alaun enthalten (KAI(SO 4)2). • Alaun hat eine adstringierende (zusammenziehende) Wirkung auf der Haut. • Schweißdrüsen und kleine Wunden werden verschlossen. • Alaun behindert das Bakterienwachstum und gilt daher in gewisser Weise als desinfizierend. 27

Experimentalvortrag Thema: Aluminium „im Haushalt“ Rohrreiniger enthält winzige Aluminiumkügelchen. Diese werden bei Kontakt mit Wasser durch die basischen Bestandteile des Rohreinigers zersetzt. Es entsteht Wärme und Wasserstoff, die Verstopfungen auf physikalische Weise auflockern sollen. Magentabletten enthalten häufig Aluminiumhydroxid (Al(OH)3). Dieses wirkt bei Kontakt mit Wasser basisch, so dass es der Übersäuerung im Magen entgegenwirkt. 28

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Schulrelevanz Jahrgang 10: Redoxreaktionen: 29

Experimentalvortrag Thema: Aluminium Schulrelevanz Jahrgang 12: Wahlthema Angewandte Chemie 30

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Experimentalvortrag Spondylolyse, Spondylolysthese Spondylolyse bezeichnet einen Spalt im Gelenkfortsatz Spondylolysthese bezeichnet das Wirbelgleiten bei Spondylolyse 32