Alüminyum ( AI),ALUMİNYUM Olarak da Yazılır.kimyasal Element.

ALÜMİNYUM





Alüminyum ( AI),ALUMİNYUM olarak da yazılırkimyasal elementIIIa grubunda ( bor grubu) yer alan ,hafif ,gümüş beyazlığında bir metaldirYerkabuğunda en çok bulunan ve demir dışında en çok kullanılan metaldirYüksek kimyasal etkinliğinden dolayı doğada serbest halde bulunmayan alüminyum bileşikleri,değişik oranlarda da olsa hemen hemen bütün kayaçlarda ,bitkilerde ve hayvanlarda bulunurYerkabuğunun 16 kmkalınlığındaki en dış katmanında yoğunlaşmıştırAğırlığının yaklaşık yüzde 8"ini oluşturduğu bu katmanda oksijen ve silisyumdan sonra en bol bulunan elementtir


BULUNDUĞU YERLER VE ÖZELLİKLERİ

Alüminyum ,alüminyum silikat halinde korkayaçlarda,feldispatlarda,feldispatoitlerde ve mikalarda,bunların parçalanmasıyla oluşan topraklar ( örnkil) ile dış etkilerle bozulmasıyla oluşan boksitte ve demirce zengin lateritte bulunurEn önemli Alüminyum cevheri olan boksit yüzde 52 oranında alüminyum oksit içeren demirli bir kayaçtırfiziksel görünümü açısından bileşimine ve içindeki katışkılara bağlı olarak büyük bir farklılıklar gösterirSarımsı beyazdan griye,ya da pembeden koyu kırmızıya kadar değişen renklerde ve kilden kayaca kadar değişen biçimlerde olabilirAntarktika dışındaki tüm kıtalarda boksit bulunmuşturEn zengin çökeller çoğunlukla oluşumlarını tropikal ve astropikal iklimlerde özgü yoğun yağış,sürekli yüksek sıcaklık ve iyi akaçlama boksitin oluşumu için en uygun koşullardır


ABD,Antiller,Güney Amerika"nın kuzeyi,Hawaii,Avustralya,Hindistan,Endonezya,Malez ya,Çin,eski Sovyetler Birliği,Gana,Yunanistan,Yugoslavya,Macaristan,İt alya ve Fransa"da büyük boksit çökeltileri bulunurMetal alüminyum elde edilmesi için ancak yüzde 45 ya da daha yüksek oranda alüminyum oksit içeren topraksı boksit cevherleri elverişlidirYüzde 40-60 oranında alümina içeren gibsit ve böhmit adlı iki minarel da,günümüzde ekonomik açıdan işlenmeye değer bulunmaktadırBilenen boksit çökellerinin,bugünkü alüminyum üretim düzeyi sürdürülürse,daha yüzyıllarca yeteceği hesaplanmıştır

Boksit dışında başka alümina kaynakları da vardırBunların başlıcaları alümina killeri,davsonit,alünit,alüminyum içeren kiltaşları,korkayaçlar ve saprolit ile silimanit mineralleridirBaşta eski Sovyetler Birliği ve Polonya olmak üzere,Doğu Avrupa ülkeleri,şimdiden boksit dışındaki cevherlerden yararlanma yoluna gitmişlerdir

Kaynak;AnaBritannica cilt 29 frmsinsinet için derlenmiştir

Madencilikte kullanılan boksit bugüne değin büyük ölçüde yüzeyde ya da yüzeye yakın katmanlarda bulunmuşturDolayısıyla cevheri saran ince toprak ve kayaç katmanlarının kaldırılması dışında bir işlem gerektirmeyen açık ocaklardan çıkartılır

İlk kez 1825"te ,Hans Christian Qrsted alüminyum klorürü potasyum amalgamıyla indirgeyerek ham alüminyum elde etmeyi başardı1809"da Sir Humphry Davy eritilmiş alüminanın ( alüminyum oksit) elektroliziyle bir demir alüminyum alaşımı hazırlamış ve buna aluminum adını vermiştiKimyacı Friedrich Wöhler ,1827"de toz,1845"te de küçük yumrular halinde alüminyum elde etmeyi ve bu metalin kimi özelliklerini saptamayı başardı

Bu yeni metalin 1855 1Paris Dünya Sergisinde halka tanıtılmasıyla,eritilmiş klorürün sodyumla,hem de az miktarda elde edilebilen alüminyumun piyasaya çıkarılması aynı döneme rastlarElektrik enerjisinin görece bollaştığı ve ucuzladığı bir dönemde,ABD"de Charles Martin Hall ile Fransa"da Paul-Louis Toussaint Heroult,hemen hemen eşzamanlı olarak alüminyumun,bugün de kullanılan elektroliz yöntemiyle ticari üretimi gerçekleştirdilerAlüminyum,1960"larda demir dışındaki metal üretiminde bakırı geçerek birinci sırayı aldı


CEVHER İŞLEME

Boksitten alüminyum üretimi iki aşamalı bir işlemdirilk aşamada boksitin arıtılmasıyla alümina,ikinci aşama da da alüminanın eritilmesiyle alüminyum elde edilirDemir ( I) oksit,silisyum,titan,su ve başka katışkılar içeren boksitten ,yüzde 0,1"den küçük bir oranda katışkı içeren ticari alümina elde edilmesinde en çok kullanılan yöntem Bayer işlemi:alüminanın eritilmesiyle alüminyum üretmekte kullanılan temel yöntem de Hall-Heroult işlemidir

Bayer işlemi pişirme,durultma,çökeltme ve yakma biçiminde sıralanan dört aşamada gerçekleştirilirİlk aşamada ,boksit öğütülürsud kostikle ( sodyum hidroksit) karıştırılırve basınçlı tanklara pompalanırCevher bu tanklarda buhar ısısının ve basıncın etkisiyle çözülürSodyum hidroksit,boksitteki hidratlı alüminyum oksitle tepkimeye girerek,doymuş bir sodyum alüminat çözeltisi oluştururiçerdiği demir (I) oksit yüzünden kızıl çamur olarak adlandırılan çözünmez katışkılar ise çökelirİkinci aşamayı oluşturan durultma işlemi sırasında bir dizi basınç düşürücü tanktan ve filtreden geçirilen karışımın içerdiği kızıl çamur bez filtrelerde toplanırElde edilen yeşil renkteki sıvı karışım filtrelerden geçirilerek soğutma kulelerine ( ısı dönüştürücüler) pompalanır

Daha sonra uzun,silo benzeri çökeltme tanklarına geçen karışıma,kristal oluşumunu hızlandırmak amacıyla hidratlanmış alümina kristalleri eklenirBu kristallerin çevresinde birikerek çökecek bir ağırlığa ulaşan alüminyum hidrat kristalleri filtreler aracılığıyla çözeltiden ayrılıryıkanarak katışkılardan arındırılır ve uzun döner fırınlarda 980c"ye kadar ısıtılırSerbest durumdaki suyun yanı sıra,alüminyum hidratın bileşimine katılmış olan suyun da giderilmesini sağlayan bu işlem sonrasında görünümü ve kararlılığı açısından toz şekere benzeyen kuru,ince bir toz halinde alümina elde edilirBu ürünü oluşturan eşit ağırlıktaki alüminyum ile oksijen ,ne yalnızca ısıyla,ne de yalnızca kimyasal maddelerle koparılabilecek sağlamlıkta bağlarla bağlanmıştır

Boksit,kil ya da alüminyum cevherlerden alümina elde edilmesinde,Bayer işleminin dışında da çeşitli yöntemler biliniyorsa da ,bunların ticari amaçlı kullanımları ya pahalı oluşları ya da yeterli katışıksızlığı sağlayamamaları yüzünden oldukça kısıtlıdır

Hall-Heroult ergitme işleminde,içine karbon döşenmiş çelik elektroliz kazanlarından oluşan modern ergitme ocakları,karbon elektrotlar ve çözücü olarak genellikle bir alüminyum bileşiği olan kriyolit (Na3AIF6)kullanılırKarbon elektrotlarla ocağın tabanındaki karbon döşeme arasından elektrolitin yüzeyinde bir kabuk oluşmasını sağlayan doğru akım geçirilirKazana,atılan alümina bir süre bu kabuğun üstünde kalır ve bu aşamada hem 950C"ye kadar ısınırhem de yüze tuttuğu (adsorbe ettiği) suyu yitirirZaman zaman kabuk kırılarak ,alüminanın çözeltiye karışması ve çözeltideki alümina derişikliğinin istenen düzeyde tutulması sağlanır

Kaynak;AnaBritannica cilt 29 frmsinsinet için derlenmiştir

Bu işlemde alüminanın çözünmesi ve ayrışmasıyla ilgili süreçlerin niteliği tartışma konusudurAncak,son ürünlerin,kazanın dibinde biriken metal alüminyum ve ortamdan ayrılan karbondioksit olduğu bilinmektedir

Ergitme aralıksız olarak sürdürülürİndirgenme nedeniyle tüketilen alümina ve kriyolitin bileşimindeki alüminyum flüorür kayıpları sık sık giderilerek banyonun bileşimi sabit tutulurZaman zaman da eriyik durumdaki alüminyum dışarı alınırElde edilen alüminyumun saflığı ortalama yüzde 9980 dolayındadır

Magnezyum ağırlıklı alaşımların çoğunda ve ve alüminyum tuncunda olduğu gibi,kimi metallare belirli kullanım alanlarının gerektirdiği özellikleri kazandırmak amacıyla küçük oranlarda alüminyum katılırAlüminyum ağırlıklı alaşımlar ise uygun oranlarda silisyum ve başka metaller içerirAlüminyum ve alaşımları uçak yapımında,inşaat malzemelerinde ,dayanıklı tüketim mallarında ( buzdolabı,klima,mutfak eşyaları) elektrik iletkenlerinde ve çeşitli kimyasal madde ve besin işleme donanımlarında kullanılır


Katışkısız alüminyum ( yüzde 99,996) oldukça yumuşak ve dayanıksız az miktarda silisyum ve demir içeren ticari alüminyum ise ( yüzde 99,0 ile 99,6 arası) sert ve dayanıklıdırHaddeden geçmeye ve dövülmeye elverişli bir metal olan alüminyum,tel olarak çekilebilir ya da ince yapraklar haline getirilebilirDemirin ya da bakırın yoğunluğunun üçte biri dolayında bir yoğunluğa sahiptirKimyasal olarak etkin olmakla birlikte,havayla temas sonucunda yüzeyinde ince,sert ve dayanıklı bir oksit katmanının oluşması yüzünden yenime ( korozyona ) karşı son derece dirençlidir


Kaynak;AnaBritannica cilt 29 frmsinsinet için derlenmiştir

Çok iyi bir ısı ve elektrik iletkeni olan alüminyumun ısı iletkenliği,bakırınkinin yaklaşık yarısı kadardırelektrik iletkenliğiyse gene bakırınkinin yaklaşık üçte ikisine eşittirYüzey merkezli kübik yapılar halinde kristalleşirDoğadaki alüminyumun tümü kararlı alüminyum -27 izotopudurNe serbest alüminyumun ne de oksit ve hidroksitlerinin zehirli etkileri vardır


Alüminyum,seyreltik asitlerin çoğu tarafından yavaş yavaş aşındırılırderişik hidrolorik asitte ise hızla çözünürAncak derişik nitrik asit tarafından kimyasal olarak pasifleştirildiği için,bu asitin taşınmasında yararlanılan tankerlerin yapımında kullanılabilirÇok saf alüminyum bile,sodyum ve potasyum hidroksit gibi alkaliler tarafından,hidrojen ile alüminat iyonu açığa çıkararak şiddetle aşındırılırToz halindeki alüminyum,karbonmonoksitli yada karbon dioksitli ortamda ateşlenirse,oksijene olan büyük ilgisi nedeniyle yanar ve alüminyum oksit ve karpit açığa çıkarırOysa kükürte karşı akkor sıcaklıklarında bile ilgisizdir

BİLEŞİKLERİ,Olağan koşullarda alüminyumun değerliliği üçtürAncak yüksek sıcaklıklarda alüminyumun bir ya da iki değerlikli olduğu gaz bileşikler de elde edilmiştir( AICI,Al2O,AIO)


Alüminyum bileşiklerinin birçoğu sanayide önemli kullanım alanlarına sahiptirAlüminyum üretiminin yanı sıra yalıtıcıların ,bujilerin ve daha pek çok ürünün yapımında da büyük miktarlarda kullanılan alümina ,ısıtıldığında su buharına yüze tutmasını sağlayan gözenekli bir yapı kazanırAlüminyum oksitin ,ticari adı etkinleştirilmiş alümina olan bu türü,gazların ve kimi sıvıların suyunun alınmasında kullanılırçeşitli kimyasal tepkimelerde katalizör taşıyıcı olarak görev yapar


Kaynak;AnaBritannica cilt 29 frmsinsinet için derlenmiştir

Bir başka önemli alüminyum bileşiği olan alüminyum sülfat,sülfürik asitin hidratlı alüminyum oksite,etkimesiyle elde edilen renksiz bir tuzdurTicari biçimi ,kimyasal formülü AI2(SO4)3 olan kristalli yapıda hidratlı bir katıdırKağıt yapımında boya tutkalı ve yüzey astarı olarak yaygın biçimde kullanılırtek değerlikli metallerin sülfatlarıyla birleşir ve şap olarak bilinen hidratlı çift sülfatları oluştururEn önemlisi potasyum şapı ya da potas şapı olarak da adlandırılan alüminyum potasyum sülfat,( KAI ( SO4)12 H2O)
olan bu tuzlar başta ilaç,tekstil,ve boya üretimi olmak üzere geniş bir kullanım alanına sahiptir

Eritilmiş alüminyumun gaz haldeki klorla tepkimesi sonucunda oluşan alüminyum kloror ( AICI3),aralarında aromatik ketonların ve antrakinon ile türevlerinin de bulunduğu çok sayıda bileşiğin hazırlanmasında yararlanılan organik sentez tepkimeleri olan Friedel -Craft tepkimelerinde katalizör olarak kullanılırYaygın adı alüminyum hidroklorür olan hidratlı alüminyum klorürden ( AICI3 H2O),derideki gözenekleri sıkıştırma özelliğinden dolayı lokal ter önleyici ya da deodorant olarak yararlanılır

Alüminyum hidroksit (AI(OH)3),sugeçirmez kumaş yapımında ve aralarında AIO2 grubu içeren tuzlar olan alüminatların da yer aldığı çeşitli alüminyum bileşiklerinin elde edilmesinde kullanılırAlüminyumun hidrojenle tepkimesi sonucunda oluşan alüminyum hidrür (AIH3) ,önemli indirgeyiciler olan tetrahidroalüminatların elde edilmesinde yararlanılan polimerik bir katıdırAlüminyum klorürün lityum hidrür ile tepkimesinin ürünü olan lityum hidrür ile tepkimesinin ürünü olan lityum alüminyum hidrürürn ( LiAIH4)organik kimyada yaygın bir kullanım alanı vardırÖrneğin aldehitlerin ve ketonların sırasıyla birincil ve ikincil alkollere indirgenmesinde bu bileşikten yararlanılır

Alüminyumla ilgili olarak dünya ya da uluslar ölçeğinde,cevher çıkarımı,arıtımı,rezervi (ya da üretim kapasitesi) ve ticaretine ilişkin istatistik bilgiler için bakmadencilik

atom numarası 13

atom ağırlığı 269815

erime noktası 660C

kaynama noktası 2467 C

özgül ağırlığı 270 ( 20 C)

birleşme değeri 3

elektronların yerleşimi 2-8-3



Fiziksel Özellikleri

Maddenin hali katı

Yoğunluk 2,70 g/cm³

Sıvı haldeki yoğunluğu 2,375 g/cm³

Ergime noktası 933,47 °K
660,32 °C
1220,58 °F

Kaynama noktası 2792 °K
2519 °C
4566 °F

Ergime ısısı 10,71 kJ/mol

Buharlaşma ısısı 294,0 kJ/mol

Isı kapasitesi 24,2 (25 °C) J/(mol·K)

Atom özellikleri

Kristal yapısı Yüzey merkezli kübik

Yükseltgenme seviyeleri (3+) (amfoter oksit)

Elektronegatifliği 1,61 Pauling ölçeği

İyonlaşma enerjisi 577,5 kJ/mol Atom yarıçapı 125 pm

Atom yarıçapı (hes) 118 pm

Kovalent yarıçapı 118 pm

Van der Waals yarıçapı ? pm

Diğer özellikleri

Elektrik direnci 26,50 nΩ·m (20°C'de)

Isıl iletkenlik 237 W/(m·K)

Isıl genleşme 23,1 µm/(m·K) (25°C'de)

Ses hızı 5000 m/s (20 °C'de)

Mohs sertliği 2,75 Vickers sertliği 167 MPa

Brinell sertliği 245 MPa



Kaynak;AnaBritannica cilt 29 forumsinsinet için derlenmiştir