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Aluminium 09:49 min

Textversion des Videos

Transkript Aluminium

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um das chemische Element Aluminium. Der Film gehört zur Reihe Elemente. Als Vorkenntnisse solltest du dich gut mit Basen, Säuren und Salzen auskennen. Im Video möchte ich dich mit dem chemischen Element Aluminium und seiner Bedeutung vertraut machen. Der Film ist in 9 Abschnitte unterteilt:

  1.  Entdeckung
  2.  Stellung im Periodensystem der Elemente
  3.  Vorkommen
  4.  Eigenschaften
  5.  Herstellung
  6.  Reaktionen
  7.  Das Metall
  8.  Verbindungen
  9.  Zusammenfassung

  10.  Entdeckung Bei Aluminium handelt es sich um ein relativ junges chemisches Element. 1808 wurde es von Davy vorhergesagt. 1825 gelang die erste Herstellung durch Ørsted. Das Aluminium war jedoch noch recht unrein. Zwei Jahre später stellt Wöhler ebenfalls Aluminium her. Dieses Mal schon mit höherer Reinheit.

  11.  Stellung im Periodensystem der Elemente Im Periodensystem der Elemente befindet sich das Aluminium an dieser Stelle. Aluminium gehört zur Gruppe der Erdmetalle. Daher ist es klar, dass es sich um ein Metall handelt. Der Name Aluminium kommt vom Mineral Alaun, aus der lateinischen Sprache. Das Symbol des chemischen Elementes ist Al. Aluminium steht in der dritten Hauptgruppe des Periodensystems. Die Oxidationszahl in seine Verbindungen ist +3.

  12.  Vorkommen Der Anteil des Aluminiums an der Erdhülle beträgt 7,57 %. Damit nimmt es den 3. Platz unter den heimischen Elementen ein. Unter den Metallen belegt es sogar den ersten Platz. Aluminium ist Bestandteil vieler häufig vorkommender Minerale. Es ist am Aufbau der Alumosilikate beteiligt. Weit verbreitet und stark erdkrustenbildend sind Ton, Gneis und Granit. Seltener ist Aluminiumoxid als Mineral. Es hat die Formel Al2O3. Aluminiumoxid bildet das Mineral Korund. Wenn bestimmte Schwermetallionen hinzukommen, entsteht zum Beispiel der Edelstein Rubin. Bei anderen Schwermetallionen entsteht der Edelstein Saphir. Zwei Minerale, auf die wir noch zu sprechen kommen, sind von Bedeutung: Bauxit und Kryolith. Die vereinfachte Formel für Bauxit lautet AlO(OH). Für Kryolith lautet die Formel Na3[AlF6].

  13.  Eigenschaften Aluminium ist ein silbriges Metall. Es ist unedel. Seine Mohshärte beträgt 2,75. Damit liegt es zwischen Gold und Kupfer. Aluminium ist ein Leichtmetall mit einer Dichte von d=2,7g/cm³. Damit liegt es zwischen Strontium und Barium. Aluminium ist ein guter elektrischer Leiter. Es liegt auf Platz 4 der besten metallischen Leiter. Das Metall schmilzt relativ niedrig bei 660° C. Damit schmilzt es höher als Zink, aber niedriger als Kalzium.

  14.  Herstellung Aluminium wird durch Schmelzflusselektrolyse hergestellt. Für die Herstellung des Ausgangsmaterials wird Bauxit durch Natriumhydroxid aufgeschlossen. Durch starke Erwärmung erhält man Al2O3, Aluminiumoxid. Aus Aluminiumoxid und Kryolith wird eine Schmelze im Verhältnis 10/90 hergestellt. Die Schmelze entsteht bei Temperaturen um 1000°C. Reines Aluminiumoxid hingegen schmilzt erst bei 2000°C. Elektronen werden eingeführt und eine Gleichspannung wird angelegt. Die Aluminium-Ionen wandern zur negativen Elektrode, sie werden entladen und es entsteht elementares Aluminium. Die Oxid-Ionen wandern zur positiven Elektrode, werden ebenfalls entladen und es bildet sich Sauerstoff. Das flüssige Aluminium ist schwerer als die Schmelze und sinkt daher zu Boden. Von dort kann es über ein Rohr abgesaugt werden. Dann wird es weiterverarbeitet. Für Details schaut bitte die Videos zu diesem Thema - speziell das zur Aluminiumherstellung.  

  15.  Reaktionen An unedles Metall reagiert Aluminium an der Luft mit Sauerstoff. Es bildet sich eine Schutzschicht aus Aluminiumoxid. Bei hohen Temperaturen kann man Aluminium auch verbrennen. Aluminium reagiert mit Säuren, wobei sich Aluminiumsalze bilden. Auch mit Basen, in Anwesenheit mit Wasser findet eine Reaktion zu komplexen Salzionen statt. Mit konzentrierter Salpetersäure reagiert Aluminium nur oberflächlich, sonst nicht. Es findet eine Passivierung statt. An der Oberfläche bildet sich Aluminiumoxid. Mit Schwefel kann man Aluminiumpulver direkt reagieren lassen. Es bildet sich Aluminiumsulfid.  Auch die Halogene reagieren mit Aluminium und bilden die entsprechenden Aluminiumhalogenide.

  16.  Das Metall In der Elektrotechnik wird Aluminium für die Fertigung von Kabeln verwendet. In der Elektronik stellt man daraus Antennen her. Aluminium ist ein gefragter Konstruktionswerkstoff. Auch Verpackungen, wie bestimmte Konservendosen und Alufolie, bestehen daraus. Aluminiumplatten haben spiegelglatte Oberflächen und werden daher in der Optik, bspw. für Scanner, verwendet. In Feststoffraketen besten 30 % des Treibstoffs aus Aluminium. Das sogenannte harte Duraluminium hat die Formel AlCuMg.

  17.  Verbindungen Aluminiumoxid haben wir schon besprochen. Es wird zum Schleifen und Polieren verwendet. Aluminiumhydroxid verwendet man für die Herstellung fast aller anderen Aluminiumverbindungen. Aluminiumchlorid und Aluminiumsulfat benutzt man für die Wasseraufbereitung und in der Papierindustrie. Zeolithe sind bestimmte Aluminiumverbindungen, die als Wasserenthärter zum Einsatz kommen. Aluminiumoxynitrid ist eine Verbindung von veränderlicher Zusammensetzung. Es handelt sich hier um eine transparente Keramik, die bis 1200°C stabil ist. Und schließlich sei auch Lithiumaluminiumhydrid genannt (LiAlH4). Das ist ein wichtiges Reduktionsmittel in der organischen Chemie.

  18.  Zusammenfassung Das unedle Leichtmetall Aluminium hat nach heutigem Kenntnisstand kaum biologische Bedeutung. Seine Einsatzbreite in der zivilisierten Welt hingegen ist riesig. Ich hoffe, ihr hattet etwas Spaß. Ich wünsche Euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüss.

2 Kommentare
  1. Schön, dass auch Videos zu den Elementen geschaut werden.
    Es ist schwer, in 10 Minuten das Wichtigste unterzubringen.
    Ich persönlich fand es nicht zu schnell. Aber das ist natürlich Ansichtssache.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als 5 Jahren
  2. Es ist ein bisschen zu schnell. Wenn man langsamer spricht dann versteht man besser!

    Von Veselkabancheva, vor mehr als 5 Jahren

Aluminium Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Aluminium kannst du es wiederholen und üben.

  • Beschreibe die Geschichte der Entdeckung des Aluminiums.

    Tipps

    Aluminium steht in der Borgruppe.

    Aluminium wurde erst sehr spät entdeckt, obwohl es schon länger vermutet wurde.

    Lösung

    Aluminium ist ein chemisches Element aus der dritten Hauptgruppe. Es ist ein Metall und sehr häufig auf der Erde zu finden. Aluminium ist ein sehr junges Element. Jung meint, dass es im Gegensatz zu anderen Elementen erst sehr spät entdeckt und in reiner Form synthetisiert wurde. Bereits 1808 wurde das Aluminium vorhergesagt, konnte aber erst knapp zwanzig Jahre später von Ørsted in unreiner Form hergestellt werden. Wöhler schaffte es bereits zwei Jahre später, beinahe reines Aluminium herzustellen. Aluminium spielt auch in unserer heutigen Gesellschaft eine wichtige Rolle, da es bei zahlreichen alltäglichen Vorgängen benutzt wird. So kann man beispielsweise die Aluminiumfolie oder auch Kabel aus Aluminium nennen.

    Aluminium gehört in die Gruppe der Erdmetalle und ist in der dritten Hauptgruppe, der sogenannten Borgruppe, zu finden. Der Name leitet sich vom lateinischen Alaun ab. Die Oxidationsstufe des Aluminiums ist +III.

  • Entscheide, in welchen Bereichen Aluminium verwendet wird.

    Tipps

    Wellblech besteht meist aus feuerverzinktem Stahl.

    Lösung

    Aluminium ist ein sehr wichtiger Werkstoff in unserer heutigen Zeit. Aufgrund der sehr großen Vorkommen auf der Erde wird Aluminium für viele verschiedene Produkte genutzt. So wird es in der Elektrotechnik für Kabel genutzt, da es unter den Metallen ein sehr guter Leiter ist. Nur Kupfer und Silber, welche jedoch recht teuer sind, leiten den Strom besser. Ebenfalls wird das Aluminium für Antennen benutzt. In der Optik wird geschliffenes Aluminium beispielsweise als kostengünstiger Edelstahlersatz verwendet. Für den Antrieb von Feststoffraketen wurde ebenfalls Aluminium verwendet.

  • Nenne die Eigenschaften des Aluminiums.

    Tipps

    Eine Dichte von $2,79\quad \frac { g }{ { cm }^{ 3 } } $ charakterisiert kein Schwermetall.

    Aluminium wird oftmals in der Elektrotechnik für elektronische Leitungen verwendet.

    Der Schmelzpunkt von Calcium ist 842 °C.

    Lösung

    Aluminium ist für unsere heutige Gesellschaft ein sehr wichtiges Metall. Aufgrund seines häufigen Vorkommens und seiner hervorragenden Leitfähigkeit wird es in der Elektrotechnik verwendet.

    Der besondere matte Glanz des Aluminiums entsteht durch die sich bildende Oxidschicht auf der Oberfläche. Diese schützt das darunterliegende Aluminium.

    Es ist ein silbriges, unedles Metall, dessen Härte zwischen Gold (weich) und Kupfer liegt. Aufgrund seiner geringen Dichte kann es ebenfalls Leichtmetall genannt werden. Der Schmelzpunkt von 660 °C liegt ebenfalls genau zwischen Zink (419,53 °C) und Calcium (842 °C).

  • Beschreibe die Eigenschaften der Schmelzflusselektrolyse zur Gewinnnug von reinem Aluminium.

    Tipps

    Ohne Kryolith hätte das Aluminiumoxid eine Schmelztemperatur von über 2000°C.

    An der Anode findet die Oxidation statt.

    Die beiden Elektroden bestehen aus Graphit (Kohlenstoff). Dieser würde mit elementarem Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid reagieren.

    Lösung

    Die Schmelzflusselektrolyse ist ein wichtiges Verfahren, um die sonst elektrochemisch eher schwer zu gewinnenden „unedlen" Metalle, die weit unten in der elektrochemischen Spannungsreihe stehen, zu gewinnen. Auch Fluor und Chlor, die nicht mit Sauerstoff zu oxidieren, müssen auf diese Weise gewonnen werden.

    Im ersten Schritt wird ein Gemisch aus Kryolith und Aluminiumoxid hergestellt (90:10). Dies geschieht, da Aluminiumoxid eine sehr hohe Schmelztemperatur hat, die durch das Kryolith gesenkt wird. Ist das Aluminium nun in Lösung, wird ein Strom angelegt und die jeweiligen Ionen wandern zu den Elektroden. Die positiv geladenen Aluminium-Ionen wandern zur negativ geladenen Kathode. Dort nehmen sie Elektronen auf, werden zu elementarem Aluminium und sinken aufgrund ihrer höheren Dichte nach unten im Tiegel. Dort kann das Aluminium abgesaugt werden. Die negativ geladenen Oxid-Ionen wandern zum Pluspol, der Anode. Dort werden sie zu Sauerstoff oxidiert, der jedoch direkt mit dem Graphit der Elektrode zu Kohlenstoffdioxid reagiert.

  • Nenne die Eigenschaften der Elemente der Borgruppe.

    Tipps

    Je höher die Ordnungszahl, desto höher ist die Dichte.

    Je höher die Ordnungszahl, desto größer wird der Atomradius. Dadurch sinkt der Siedepunkt.

    Je höher die Ordnungszahl, desto weiter „unten" im Periodensystem steht das Element.

    Im Video wird ein Tipp gegeben, an welcher Stelle das Aluminium steht.

    Lösung

    Die korrekte Reihenfolge für die sogenannte Borgruppe, in der sich auch Aluminium befindet, lautet:

    1. Bor (Siedepunkt: 4200 K; Dichte: $2460~ \frac { kg }{ { m }^{ 3 } }$)
    2. Aluminium (Siedepunkt: 2740 K; Dichte: $2700~ \frac { kg }{ { m }^{ 3 } }$)
    3. Gallium (Siedepunkt: 2477 K; Dichte: $5904~ \frac { kg }{ { m }^{ 3 } }$)
    4. Indium (Siedepunkt: 2345 K; Dichte: $7310~ \frac { kg }{ { m }^{ 3 } }$)
    5. Thallium (Siedepunkt:1746 K; Dichte $11850~ \frac { kg }{ { m }^{ 3 } }$)
    Um die Elemente korrekt zu ordnen, kann sowohl die angegebene Dichte als auch der Siedepunkt benutzt werden. Die Dichte der angegebenen Gruppe wächst, je weiter man nach unten im Periodensystem in der Gruppe schaut. Bor hat die niedrigste, Thallium die größte Dichte. Gegensätzlich verhält es sich mit den Siedepunkten, hier hat Bor den höchsten, Thallium den niedrigsten. Ebenfalls nimmt der Metallcharakter vom Bor aus gesehen immer weiter zu. Ein Indiz ist die elektrische Leitfähigkeit, die jedoch beim Aluminium am größten ist, und die steigende Dichte.

  • Formuliere typische Reaktionen des Aluminiums.

    Tipps

    Salpetersäure hat die chemische Formel ${ HNO }_{ 3 }$.

    Aluminium bildet die Oxidationsstufe +III.

    Lösung

    Die korrekten Reaktionen lauten:

    Aluminium reagiert mit Sauerstoff aus der Luft zu Aluminiumoxid.

    $4Al\quad +\quad 3{ O }_{ 2 }\quad \rightarrow \quad 2{ Al }_{ 2 }{ O }_{ 3 }$

    Dies wird auch als Passivierung bezeichnet, da nur die oberste Schicht des Aluminiums oxidiert wird. Darunter ist das Aluminium rein.

    Aluminium reagiert mit Chlorgas zu Aluminiumchlorid.

    $4Al\quad +\quad 3{ O }_{ 2 }\quad \rightarrow \quad 2{ Al }_{ 2 }{ O }_{ 3 }$

    Hierbei wird das elementare Aluminium durch das Halogen oxidiert, zur Oxidationsstufe +III. Diese Reaktion ist analog zu anderen Halogenen, die mit Aluminium reagieren.

    Aluminium reagiert mit Salpetersäure zu Aluminiumnitrat und Wasserstoff.

    $Al\quad +\quad 3{ HNO }_{ 3 }\quad \rightarrow \quad Al({ NO }_{ 3 }{ ) }_{ 3 }\quad +\quad 1,5{ H }_{ 2 }$

    Salpetersäure ist ein sehr starkes Oxidationsmittel und kann edle Metall wie Kupfer leicht oxidieren. Aluminium und Zink als unedle Metalle haben eine passivierende Oxidschicht, sodass sie nicht oxidiert werden und das entsprechende Nitrat bilden.

    Aluminium reagiert mit Wasser zu Aluminiumhydroxid.

    $2Al\quad +\quad 6{ H }_{ 2 }O\quad \rightarrow \quad 2{ Al(OH }_{ 3 }{ ) }_{ 3 }\quad +\quad 3{ H }_{ 2 }O$

    Aluminiumhydroxid enthält Aluminium in der Oxidationsstufe +III. Trocknet man dieses, erhält man erneut Aluminiumoxid.