Alüminyum

Alüminyum, ₁₃Al

Alüminyum
Telaffuz	aluminium: i/ˌæljʊˈmɪniəm/ (AL-yuu-MIN-ee-əm) aluminum: i/əˈljuːmɪnəm/ (ə-LEW-min-əm)
Alternatif isim	alüminyum
Görünüm	gümüşi gri metalik
Standart atom ağırlığı Ar, std(Al)	7001269815384000000♠26.9815384(3)
Periyodik tablodaki Alüminyum
B ↑ Al ↓ Ga magnezyum ← alüminyum → silikon
Atom numarası (Z)	13
Grup	13. grup
Period	periyot 3
Blok	p-blok
Element kategorisi	Geçiş sonrası metal, bazen metaloid olarak kabul edilir
Elektron konfigürasyonu	[Ne] 3s2 3p1
Kabuk başına elektron	2, 8, 3
Fiziksel özellikler
STP de Faz	katı
Erime noktası	933.47 K ​(660.32 °C, ​1220.58 °F)
Kaynama noktası	2743 K ​(2470 °C, ​4478 °F)
Yoğunluk (r.t. yakın)	2.70 g/cm3
sıvı olduğunda ( m.p.)	2.375 g/cm3
Isı entalpisi	10.71 kJ/mol
Buharlaştırma ısı	284 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi	24.20 J/(mol·K)
Buhar basıncı P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 1482 1632 1817 2054 2364 2790
Atom özellikleri
Oksidasyon durumları	−2, −1, +1, +2, +3 (bir amfoterik oksit)
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 1.61
İyonlaşma enerjisi	1.: 577.5 kJ/mol 2.: 1816.7 kJ/mol 3.: 2744.8 kJ/mol (daha fazlası)
Atom yarıçapı	deneysel: 143 pm
Kovalent yarıçapı	121±4 pm
Van der Waals yarıçapı	184 pm
alüminyum spektral çizgileri
Diğer özellikler
Kristal yapı	​yüz merkezli kübik (fcc)
Sesin hızı klay çubuk	(rolled) 5000 m/s (r.t.)
Termal Genleşme	23.1 µm/(m·K) (25 °C)
Termal iletkenlik	237 W/(m·K)
Elektriksel direnç	26.5 nΩ·m (20 °C)
Manyetik sıralama	paramanyetik
Manyetik alınganlık	+16.5·10−6 cm3/mol
Young modülü	70 GPa
Kayma modülü	26 GPa
Bulk modülü	76 GPa
Poisson oranı	0.35
Mohs sertliği	2.75
Vickers sertliği	160–350 MPa
Brinell sertliği	160–550 MPa
CAS Numarası	7429-90-5
Tarihçe
Adlandırma	alüminadan sonra (alüminyum oksit), kendisi mineral alum
Tahmini	Antoine Lavoisier (1782)
Keşfeden ve ilk izolasyon	Hans Christian Ørsted (1824)
Adlandıran	Humphry Davy (1812)
alüminyum ana izotopları
İzo­top Bol­luk Half-life (t1/2) Bozunma modu Boz­unma 26Al iz 7.17×105 y β+ 26Mg ε 26Mg γ – 27Al 100% kararlı

Alüminyum sembolü Al ve atom numarası 13 olan kimyasal bir elementtir. Bor grubundaki gümüşi beyaz, yumuşak, manyetik olmayan ve sünek bir metaldir. Kütle olarak, alüminyum Dünya'nın kabuğunun yaklaşık %8'ini oluşturur, burada en bol bulunan üçüncü element (oksijen ve silikondan sonra) ve aynı zamanda en bol metaldir. Bununla birlikte, aşağıdaki Dünya mantosunda alüminyum oluşumu azalır. Alüminyumun ana cevheri boksittir. Alüminyum metal oldukça reaktiftir, öyle ki doğal örnekler nadirdir ve aşırı indirgeyici ortamlarla sınırlıdır. Bunun yerine, 270'in üzerinde farklı mineralde bir arada bulunur.

Alüminyum, düşük yoğunluğu ve pasivasyon olgusu ile korozyona dayanma kabiliyeti nedeniyle dikkat çekicidir. Alüminyum ve alaşımları havacılık ve uzay sanayi için hayati öneme sahiptir ve bina cepheleri ve pencere çerçeveleri gibi ulaşım ve inşaat endüstrilerinde önemlidir. Oksitler ve sülfatlar alüminyumun en faydalı bileşikleridir.

Ortamdaki yaygınlığına rağmen, bilinen hiçbir yaşam şekli metabolik olarak alüminyum tuzları kullanmaz, ancak alüminyum bitkiler ve hayvanlar tarafından iyi tolere edilir. Bu tuzların bolluğu nedeniyle, onlar için biyolojik bir rol potansiyeli devam etmektedir ve çalışmalar devam etmektedir.

Fiziksel özellikler

izotopları

Alüminyum izotoplardan sadece ²⁷Al stabildir. Bu, tek atom numarasına sahip alüminyum ile tutarlıdır. Bu sadece ilkel alüminyum izotop, yani gezegenin yaratılmasından bu yana Dünya'da mevcut haliyle var olan tek izotoptur. Dünyadaki neredeyse tüm alüminyum, bu izotop olarak bulunur, bu onu mononüklid bir element yapar ve standart atom ağırlığının izotop ile aynı olduğu anlamına gelir. Alüminyumun standart atom ağırlığı, elementin özellikleri için sonuçları olan diğer birçok metal ile karşılaştırıldığında düşüktür (aşağıya bakınız). Bu, alüminyumun tek kararlı izotopunun yüksek NMR duyarlılığına sahip olması nedeniyle nükleer manyetik rezonansta (NMR) çok yararlı olmasını sağlar.

Alüminyumun diğer tüm izotopları radyoaktiftir. Bunlardan en kararlı olanı ²⁶Al'dir (yarı ömürü 717.000 yıl) ve bu nedenle gezegenin oluşumundan bu yana hayatta kalamazdı. Bununla birlikte, atmosferdeki argondan, kozmik ışın protonlarının neden olduğu spallasyon ile ²⁶Al'lik küçük izler üretilir. ²⁶Al'den ¹⁰Be'ye kadar olan oran, 105 ila 106 yıllık zaman skalaları, özellikle de taşıma, biriktirme, tortu depolaması, gömme süreleri ve erozyon gibi jeolojik işlemlerin radyoda edilmesi için kullanılmıştır. Çoğu göktaşı bilim adamı, ²⁶Al çürümesi ile açığa çıkan enerjinin, 4.55 milyar yıl önce oluştuktan sonra bazı asteroitlerin erimesinden ve farklılaşmasından sorumlu olduğuna inanıyor.

Kalan alüminyum izotopları, kütle sayıları 22 ila 43 arasındadır, hepsi bir saatin altında yarı ömürlere sahiptir. Hepsi yarım dakikadan az olan üç metastabil durum bilinmektedir.

Elektron kabuğu

Yüksek çözünürlüklü STEM-HAADF mikrografı görüntüleyci ile Al atomların göünüşü

Bir alüminyum atomunda, [Ne] 3s² 3p¹'in bir elektron konfigürasyonunda düzenlenmiş 13 elektron bulunur ve stabil bir soy gaz konfigürasyonunun ötesinde üç elektron bulunur. Buna göre alüminyumun birleştirilmiş ilk üç iyonizasyon enerjisi, sadece dördüncü iyonizasyon enerjisinden çok daha düşüktür. Böyle bir elektron konfigürasyonu, grubunun, bor, galyum, indiyum ve talyumun diğer iyi karakterize edilmiş üyeleriyle paylaşılır; nihonium için de bekleniyor. Alüminyum, birçok kimyasal reaksiyonda en dıştaki üç elektronunu nispeten kolayca teslim edebilir. Alüminyumun elektronegatifliği 1.61'dir (Pauling ölçeği).

Serbest bir alüminyum atomunun yarıçapı 143 pm'dir. En dıştaki üç elektron çıkarıldığında, yarıçap 4-koordine edilmiş bir atom için 39 pm'ye veya 6-koordine edilmiş bir atom için 53.5 pm'ye düşer. Standart sıcaklık ve basınçta, alüminyum atomları (diğer elementlerin atomlarından etkilenmediği zaman), atomların en dıştaki elektronları tarafından sağlanan metalik bağlarla bağlanan yüz merkezli bir kübik kristal sistemi oluşturur; dolayısıyla alüminyum (bu koşullarda) bir metaldir. Bu kristal sistemi, kurşun ve bakır; bir birim alüminyum hücresinin boyutu, diğer metallerinkiyle karşılaştırılabilir. Ancak grubun diğer üyeleri tarafından paylaşılmaz; bor, metalleşmeye izin vermeyecek kadar yüksek iyonizasyon enerjilerine sahiptir, talyum yüz merkezli bir kübik yapıya sahiptir ve galyum ve indiyum, alüminyum ve talyum gibi kapalı olmayan sıra dışı yapılara sahiptir. Metalik bağlama için az sayıda elektron bulunduğundan, alüminyum metal geçiş sonrası metaller için yaygın olarak düşük erime noktasına ve düşük elektriksel dirence sahiptir.

Kütle

Alüminyum metal, yüzey pürüzlülüğüne bağlı olarak gümüşi beyazdan donuk griye kadar bir görünüme sahiptir. Yeni bir alüminyum filmi, görünür ışığın iyi bir reflektörü (yaklaşık %92) ve orta ve uzak kızılötesi radyasyonun mükemmel bir reflektörü (%98 kadar) olarak hizmet eder.

Alüminyumun yoğunluğu 2.70 g/cm³, çeliğin yaklaşık 1/3'üdür, yaygın olarak karşılaşılan diğer metallerden çok daha düşüktür, alüminyum parçaları hafiflikleri sayesinde kolayca tanımlanabilir hale getirir. Alüminyumun diğer metallere kıyasla düşük yoğunluğu, çekirdeklerinin çok daha hafif olmasından kaynaklanırken, birim hücre boyutundaki fark bu farkı telafi etmez. Sadece daha hafif metaller, berilyum ve magnezyum dışında yapısal kullanım için çok reaktif olan (ve berilyum çok toksik olan) grup 1 ve 2 metalleridir. Alüminyum, çelik kadar güçlü veya sert değildir, ancak havacılık endüstrisinde ve hafif ve nispeten yüksek mukavemetin çok önemli olduğu diğer birçok uygulama için düşük yoğunluk bunu telafi eder.

Saf alüminyum oldukça yumuşaktır ve mukavemeti yoktur. Çoğu uygulamada, daha yüksek mukavemetleri ve sertlikleri nedeniyle çeşitli alüminyum alaşımları kullanılır. Saf alüminyumun akma dayanımı 7-11 MPa iken, alüminyum alaşımları 200 MPa ila 600 MPa arasında değişen akma dayanımlarına sahiptir. Alüminyum sünektir ve kolayca çizilip ekstrüde edilmesini sağlayan dövülebilir. Ayrıca kolayca işlenir ve 660 °C'lik düşük erime sıcaklığı kolay döküm sağlar.

Alüminyum mükemmel bir termal ve elektrik iletkendir, bakırın %59'u hem termal hem de elektrik iletkenliğine sahipken, bakır yoğunluğunun sadece %30'una sahiptir. Alüminyum, süper iletkenlik kapasitesine sahiptir, süper iletken kritik sıcaklık 1.2 kelvin ve kritik manyetik alan yaklaşık 100 gauss (10 militeslas). Paramanyetiktir ve dolayısıyla statik manyetik alanlardan esasen etkilenmez. Bununla birlikte, yüksek elektriksel iletkenlik, girdap akımlarının indüksiyonu yoluyla manyetik alanın değiştirilmesinden güçlü bir şekilde etkilendiği anlamına gelir.

Kimya

Alüminyum, geçiş öncesi ve sonrası metallerin özelliklerini birleştirir. Daha ağır grup 13 konjenerleri gibi metalik bağlanma için çok az elektrona sahip olduğundan, beklenenden daha uzun interatomik mesafelere sahip bir geçiş sonrası metalin karakteristik fiziksel özelliklerine sahiptir. Ayrıca, Al³⁺ küçük ve yüksek oranda yüklü bir katyon olduğu için kuvvetle polarize olur ve alüminyum bileşikleri kovalentiteye doğru yönelir; bu davranış berilyum (Be²⁺) ile benzerdir ve ikisi çapraz bir ilişki örneği gösterir.

Geçiş sonrası diğer tüm metallerden farklı olarak, aluminyumun değerlik kabuğu altındaki altta yatan çekirdek önceki soy gazınki iken, daha ağır konjener galyum, indiyum, talyum ve nihonium da dolu bir d-subshell ve bazı durumlarda bir f-subshell içerir. Bu nedenle, alüminyumun iç elektronları, alüminyumun daha ağır konjenerlerinin aksine, değerlik elektronlarını tamamen korur. Alüminyumun elektropozitif davranışı, oksijene karşı yüksek afinite ve oldukça negatif standart elektrot potansiyeli, soy gaz çekirdeğinin dışında üç değerlik elektronunun ds² konfigürasyonuna sahip olan skandiyum, itriyum, lantan ve aktinyumunkine daha benzer: alüminyum en elektrostatiftir kendi grubunda metal. Alüminyum ayrıca aynı gruptaki metaloid bor ile küçük benzerlikler taşır: AlX₃ bileşikleri, BX₃ bileşiklerine değerlik izoelektroniktir (aynı değerlik elektronik yapısına sahiptirler) ve her ikisi de Lewis asitleri gibi davranır. Ek olarak, bor kimyasının ana motiflerinden biri düzenli ikosahedral yapılardır ve alüminyum, Al-Zn – Mg sınıfı dahil olmak üzere birçok ikosahedral kuasikristal alaşımının önemli bir parçasını oluşturur.

Alüminyum, oksijene karşı yüksek bir kimyasal afiniteye sahiptir, bu da onu termit reaksiyonunda bir indirgeyici ajan olarak kullanılmaya uygun hale getirir. İnce bir alüminyum metal tozu, sıvı oksijen ile temas ettiğinde patlayabilir; Bununla birlikte, normal koşullar altında alüminyum, metali pasifleştirme olarak adlandırılan bir işlem olan oksijen, su veya seyreltik asit ile daha fazla korozyondan koruyan ince bir oksit tabakası oluşturur. Korozyona karşı genel direnci nedeniyle, alüminyum, gümüş renkli boyaların önemli bir bileşeni haline getiren, ince toz halinde gümüş yansımasını koruyan az sayıda metalden biridir. Alüminyum pasivasyonu nedeniyle oksitleyici asitler tarafından saldırıya uğramaz. Bu, alüminyumun nitrik asit, konsantre sülfürik asit ve bazı organik asitler gibi reaktifleri depolamak için kullanılmasına izin verir.

Sıcak konsantre hidroklorik asitte alüminyum, hidrojen gelişimi ile su ile reaksiyona girer ve alüminatlar oluşturmak için oda sıcaklığında sulu sodyum hidroksit veya potasyum hidroksit içinde reaksiyona girer - bu koşullar altında koruyucu pasivasyon ihmal edilebilir. Aqua regia ayrıca alüminyumları da çözer. Alüminyum, yaygın sodyum klorür gibi çözünmüş klorürlerle korozyona uğrar, bu nedenle ev tesisatı asla alüminyumdan yapılmaz. Alüminyum üzerindeki oksit tabakası, birleşme nedeniyle cıva ile veya bazı elektropozitif metallerin tuzlarıyla temas ederek de yok edilir. Bu nedenle, en güçlü alüminyum alaşımları, alaşımlı bakır ile galvanik reaksiyonlar nedeniyle korozyona daha az dirençlidir ve alüminyumun korozyon direnci, özellikle farklı metallerin varlığında sulu tuzlarla büyük ölçüde azalır.

Alüminyum, metal olmayanların çoğuyla ısıtma üzerine reaksiyona girerek alüminyum nitrür (AlN), alüminyum sülfür (Al₂S₃) ve alüminyum halidler (AlX₃) gibi bileşikler oluşturur. Ayrıca periyodik tablodaki her gruptan metalleri içeren çok çeşitli metaller arası bileşikler oluşturur.

İnorganik bileşikler

alüminyum içeren tüm mineraller ve ticari olarak önemli alüminyum bileşikler de dahil olmak üzere bileşiklerin büyük çoğunluğu, oksitleme durumunda 3+ alüminyum içerir. Bu tür bileşiklerin koordinasyon sayısı değişir, ancak genellikle Al³⁺ altı veya dört koordinedir. Hemen hemen tüm alüminyum(III) bileşikleri renksizdir.

Sulu çözeltide, Al³⁺, yaklaşık 10'5'lik bir pKa değerine sahip olan heksakakuasyon [Al(H₂O)₆]³⁺ olarak bulunur. Bu katyon, bir proton donörü olarak işlev görebildiğinden ve alüminyum hidroksit bir çökelti olan Al(OH)₃ oluşana kadar aşamalı olarak hidrolize edilebildiğinden bu tür çözeltiler asidiktir. Çökeltinin sudaki süspansiyon halindeki parçacıklar üzerindeki çekirdeklenmesi ve dolayısıyla bunları uzaklaştırması için suyun arıtılması için faydalıdır. PH değerinin daha da arttırılması, alüminat olarak [Al(H₂O)₂(OH)₄]⁻, tekrar çözünen hidroksite yol açar.

Alüminyum hidroksit hem tuzları hem de alüminatları oluşturur ve asit ve alkali ile asidik ve bazik oksitlerle füzyonda çözünür. Al(OH)₃'ün bu davranışı amfoterizm olarak adlandırılır ve çözünmeyen hidroksitler oluşturan ve hidratlanmış türleri de protonlarını bağışlayabilen zayıf bazik katyonların karakteristiğidir. Diğer örnekler arasında Be²⁺, Zn²⁺, Ga³⁺, Sn²⁺, ve Pb²⁺; aslında, aynı gruptaki galyum alüminyumdan biraz daha asidiktir. Bunun bir etkisi, zayıf asitli alüminyum tuzlarının su içinde sulandırılmış hidroksite hidrolize edilmesidir ve karşılık gelen metal olmayan hidrür: alüminyum sülfür hidrojen sülfür verir, alüminyum nitrür amonyak verir ve alüminyum karbür metan verir. Bununla birlikte, alüminyum siyanür, asetat ve karbonat sulu çözeltide bulunur, ancak bu şekilde kararsızdır; ve halidler, nitrat ve sülfat gibi güçlü asitlere sahip tuzlar için sadece eksik hidroliz gerçekleşir. Benzer nedenlerle, susuz alüminyum tuzları "hidratları" ısıtılarak yapılamaz: hidratlanmış alüminyum klorür aslında AlCl₃·6H₂O değil, [Al(H₂O)₆]Cl₃ ve Al-O bağları o kadar güçlüdür ki ısıtma onları kırmak ve bunun yerine Al-Cl bağları oluşturmak için yeterli:

2[Al(H₂O)₆]Cl₃ heat→  Al₂O₃ + 6 HCl + 9 H₂O

Dört trihalidin hepsi iyi bilinmektedir. Üç ağır trihalidin yapısından farklı olarak, alüminyum florür (AlF₃), altı koordinatlı alüminyum içerir, bu da onun kaçınılmazlığını ve çözünmezliğini ve yüksek oluşum ısısını açıklar. Her bir alüminyum atomu, çarpık bir oktahedral düzenlemede altı flor atomu ile çevrelenmiştir; her bir flor atomu, ReO₃ ile ilişkili ancak ReO₃ ile ilişkili bir yapıda iki oktahedra'nın köşeleri arasında paylaşılmaktadır. Bu tür {AlF₆} birimleri ayrıca kriyolit, Na₃AlF₆ gibi kompleks florürlerde de bulunur. Bununla birlikte, Al-F bağları diğer M–F bağlarından tip olarak önemli ölçüde farklı olmadığından ve florürler ve ağır halidler arasındaki koordinasyon farklılıkları olağandışı olmadığından [[AlF₆]³⁻ kompleks anyonları olarak düşünülmemelidir, örneğin Sn^IV ve Bi^III'de meydana gelen; CO₂ ve SiO₂ arasında daha da büyük farklılıklar meydana gelir. AlF₃, 1,290 °C'de (2,354 °F) erir ve alüminyum oksidin, 700 °C'de (1,292 °F) hidrojen florür gazı ile reaksiyona sokulmasıyla yapılır.

Daha ağır halojenürlerde koordinasyon sayıları daha düşüktür. Diğer trihalidler, dört yüzlü dört koordinatlı alüminyum merkezleri olan dimerik veya polimeriktir. Alüminyum triklorür (AlCl₃), erime noktasının 192.4 °C'nin (378 °F) altında katmanlı bir polimerik yapıya sahiptir, ancak hacimde %85'lik bir artış ve neredeyse toplam elektrik iletkenliği kaybı ile Al₂Cl₆ dimerlerine erime üzerine dönüşür. Bunlar hala düşük sıcaklıklarda (150-200 °C) gaz fazında baskındır, ancak daha yüksek sıcaklıklarda giderek BCl₃ yapısına benzer trigonal düzlemsel AlCl₃ monomerlerine ayrılır. Alüminyum tribromür ve alüminyum triiyodür, her üç fazda da Al₂X₆ dimerler oluşturur ve bu nedenle faz değişikliği üzerine bu tür önemli değişiklikler göstermez. Bu malzemeler alüminyum metalin halojen ile işlenmesiyle hazırlanır. Alüminyum trihalidler birçok ilave bileşik veya kompleks oluşturur; Lewis asidik yapıları onları Friedel-Crafts reaksiyonları için katalizör olarak faydalı kılar. Alüminyum triklorür, antrakinonların ve stirenin imalatında olduğu gibi bu reaksiyonu içeren büyük endüstriyel kullanımlara sahiptir; aynı zamanda diğer birçok alüminyum bileşiğinin öncüsü ve metal olmayan florürleri karşılık gelen klorürlere (bir transhalojenasyon reaksiyonu) dönüştürmek için bir reaktif olarak da kullanılır.

Alüminyum, alümina olarak adlandırılan kimyasal formül Al₂O₃ ile bir kararlı oksit oluşturur. Doğada mineral korindon, a-alüminada bulunabilir; bir γ-alümina fazı da vardır. Korindon çok sert olduğundan (Mohs sertliği 9), 2,045 °C (3,713 °F) yüksek bir erime noktasına sahip olduğundan, çok düşük uçuculuğa sahiptir, kimyasal olarak inerttir ve iyi bir elektrik yalıtkanıdır, genellikle aşındırıcılarda (örneğin diş macunu), refrakter bir malzeme olarak ve cermanik olarak, ayrıca alüminyum metalin elektrolitik üretimi için başlangıç ​​malzemesi olarak kullanılır. Safir ve yakut, eser miktarda diğer metallerle kirlenmiş saf korindonlardır. İki ana oksit-hidroksit, AlO(OH), boehmit ve diaspordur. Üç ana trihidroksid vardır: kristalin yapılarında (polimorflar) farklılık gösteren bayerit, gibbsit ve nordstrandit. Diğer birçok ara ve ilişkili yapı da bilinmektedir. Çoğu, asit ve baz kullanılarak çeşitli ıslak işlemlerle cevherlerden üretilir. Hidroksitlerin ısıtılması korindon oluşumuna yol açar. Bu malzemeler alüminyum üretimi için merkezi öneme sahiptir ve kendileri son derece kullanışlıdır. Spinel (MgAl₂O₄), Na-β-alumina (NaAl₁₁O₁₇) ve trikalsiyum alüminat (Portland çimentosundaki önemli bir mineral faz olan Ca₃Al₂O₆) gibi bazı karışık oksit fazları da çok faydalıdır.

Normal şartlar altında tek kararlı kalkojenitler alüminyum sülfür (Al₂S₃), selenid (Al₂Se₃) ve tellürür (Al₂Te₃) 'tür. Her üçü de elementlerinin yaklaşık 1,000 °C (1,832 °F) 'de doğrudan reaksiyona sokulmasıyla hazırlanır ve alüminyum hidroksit ve ilgili hidrojen kalkojenidi elde etmek için hızla suda tamamen hidrolize edilir. Alüminyum bu kalkojenlere göre küçük bir atom olduğundan, bunlar wurtzite bağlı yapılara sahip çeşitli polimorflara sahip dört koordinatlı tetrahedral alüminyuma sahiptir ve olası metal bölgelerin üçte ikisi düzenli (α) veya rastgele (β) bir şekilde işgal edilmiştir. sülfür ayrıca γ-alümina ile ilişkili bir γ formuna ve alüminyum atomlarının yarısının dört yüzlü dört koordinasyonlu, diğer yarısının da trigonal bipiramidal beş koordinasyona sahip olağandışı bir yüksek sıcaklık altıgen formuna sahiptir. Dört piknitid: alüminyum nitrür (AlN), alüminyum fosfit (AlP), alüminyum arsenit (AlAs) ve alüminyum antimonid (AlSb) bilinmektedir. Bunların hepsi silikon ve germanyumdan izoelektronik III-V yarı iletkenlerdir ve bunların hepsi AlN dışında çinko blende yapıya sahiptir. Dördü de bileşen elemanlarının yüksek sıcaklık (ve muhtemelen yüksek basınç) doğrudan reaksiyonu ile yapılabilir.

Daha nadir oksidasyon durumları

Alüminyum bileşiklerinin büyük çoğunluğu Al³⁺ merkezlerine sahip olmasına rağmen, düşük oksidasyon durumlarına sahip bileşikler olarak bilinir ve bazen Al³⁺ türlerinin öncüleri olarak önemlidir.

AlF, AlCl, AlBr ve AI, ilgili trihalid alüminyum ile ısıtıldığında ve kriyojenik sıcaklıklarda gaz fazında bulunur. Yoğunlaştırılmış fazdaki kararsızlıkları, alüminyum ve ilgili trihalide hazır orantısızlıklarından kaynaklanmaktadır: ters reaksiyon, yüksek sıcaklıkta tercih edilir (yine de kısa ömürlü olmalarına rağmen), AlF₃'ün varlığında ısıtıldığında neden daha uçucu olduğunu açıklar AlCl₃'ün varlığında ısıtıldığında alüminyum metal gibidir. Alüminyum monoiyodidin kararlı bir türevi, trietilamin, Al₄I₄(NEt₃)₄ ile oluşturulan siklik eklentidir. Ayrıca teorik ilgi de var ancak sadece geçici bir varoluş Al₂O ve Al₂S. Al₂O, normal oksit olan Al₂O₃'ün silikon ile 1.800 °C'de (3.272 °F) vakumda ısıtılmasıyla yapılır. Bu tür malzemeler hızlı bir şekilde başlangıç malzemelerine göre orantısızdır.

Al metalin oksidanlarla reaksiyonlarında çok basit Al (II) bileşikleri başlatılır veya gözlenir. Örneğin, alüminyum monoksit, AlO, patlamadan sonraki gaz fazında ve yıldız soğurma spektrumlarında tespit edilmiştir. Daha ayrıntılı olarak incelenen, bir Al-Al bağı içeren ve R'nin büyük bir organik ligand olduğu R₄Al₂ formülüne sahip bileşiklerdir.

Organoaluminyum bileşikleri ve ilgili hidridler

Ampirik formül AlR₃ ve AlR_1.5Cl_1.5'in çeşitli bileşikleri mevcuttur. Alüminyum trialkiller ve triariller, reaktif, uçucu ve renksiz sıvılar veya düşük erime noktalı katılardır. Havada kendiliğinden tutuşurlar ve su ile reaksiyona girerler, bu nedenle onları tutarken önlem alınması gerekir. Bor analoglarından farklı olarak genellikle dimerler oluştururlar, ancak bu eğilim dallı zincirli alkiller (örneğin Prⁱ, Buⁱ, Me₃CCH₂) için azalır; örneğin, triizobütilalinyum monomer ve dimerin denge karışımı olarak bulunur. Trimetilalüminyum (Al₂Me₆) gibi bu dimerler genellikle her iki alüminyum atomu arasında bir miktar alkil grubu arasında köprü oluşturarak dimerizasyonla oluşturulan tetrahedral Al merkezlerine sahiptir. Sert asitlerdir ve ligandlarla kolayca reaksiyona girerek eklentiler oluştururlar. Endüstride, çoğunlukla Karl Ziegler tarafından keşfedildiği gibi alken sokma reaksiyonlarında, en önemlisi uzun zincirli dalsız primer alkenleri ve alkolleri oluşturan "büyüme reaksiyonlarında" ve eten ve propenin düşük basınçlı polimerizasyonunda kullanılır. Al-N bağlarını içeren bazı heterosiklik ve küme organoaluminyum bileşikleri de vardır.

Endüstriyel olarak en önemli alüminyum hidrit, organik kimyada bir indirgeyici ajan olarak kullanılan lityum alüminyum hidrittir (LiAlH₄). Lityum hidrit ve alüminyum triklorürden üretilebilir:

4 LiH + AlCl₃ → LiAlH₄ + 3 LiCl

En basit hidrit, alüminyum hidrit veya alan, o kadar önemli değildir. Formül (BH₃)₂'ye sahip bir dimere karşılık gelen bor hidridin aksine, (AlH₃)_n formülüne sahip bir polimerdir.

Doğal oluşum

Uzayda

Aluminyum'un Güneş Sistemindeki parçacık başına bolluğu 3,15 ppm'dir (milyonda parça). Hidrojen ve azottan sonra tek atom sayılarına sahip elementler arasında en bol onikinci ve en bol üçüncü olanıdır. Alüminyumun tek kararlı izotopu olan ²⁷Al, Evrendeki on sekizinci en bol çekirdektir. Neredeyse tamamen, daha sonra Tip II süpernova haline gelecek olan büyük yıldızlarda karbon füzyonundan sonra yaratılır: bu füzyon, ²⁶Mg oluşturur, bu da serbest protonları ve nötronları yakaladıktan sonra alüminyum olur. ²⁶Mg'nin serbest protonları yakalayabildiği, gelişmiş yıldızların hidrojen yakıcı kabuklarında bazı küçük miktarlarda ²⁷Al oluşturulur. Esasen şu anda var olan tüm alüminyum ²⁷Al'dir; ²⁶Al erken Güneş Sisteminde mevcuttu, ancak şu anda soyu tükenmiş durumda. Bununla birlikte, mevcut olan ²⁶Al eser miktarları, yıldızlararası gazda en yaygın gama ışını yayıcısıdır.

Yeryüzünde

Boksit, önemli bir alüminyum cevheri. Kırmızı-kahverengi renk, demir oksit minerallerinin varlığından kaynaklanmaktadır.

Genel olarak, Dünya kütle olarak yaklaşık %1.59 alüminyumdur (kütle olarak bollukta yedinci). Alüminyum, Dünya'da Evrendekinden daha büyük oranda oluşur, çünkü alüminyum kolayca oksidi oluşturur ve kayalara bağlanır ve alüminyum, Dünya'nın kabuğunda kalır, daha az reaktif metaller çekirdeğe batar. Yerkabuğunda, alüminyum en bol (kütlece %8.3) metalik elementtir ve tüm elementlerin (oksijen ve silikondan sonra) üçüncü bolluğudur. Dünya'nın kabuğundaki çok sayıda silikat alüminyum içerir. Buna karşılık, Dünya'nın mantosu kütle olarak sadece %2.38 alüminyumdur.

Oksijene olan güçlü afinitesi nedeniyle, alüminyum hemen hemen hiç elementel durumda bulunmaz; bunun yerine oksitlerde veya silikatlarda bulunur. Dünya kabuğunda en yaygın mineral grubu olan feldispatlar alüminosilikatlardır. Alüminyum ayrıca beril, kriyolit, granat, spinel ve turkuaz minerallerinde de görülür. Krom ve demir gibi Al₂O₃'teki safsızlıklar, sırasıyla değerli taşlara yakut ve safir verir. Doğal alüminyum metal, belirli volkanların iç kısımları gibi düşük oksijenli fugasite ortamlarında sadece küçük bir faz olarak bulunabilir. Güney Çin Denizi'nin kuzeydoğu kıta yamacındaki soğuk sızıntılarda doğal alüminyum rapor edilmiştir. Bu birikintilerin, tetrahidroksoalüminat Al(OH)₄⁻'nin bakteriyel indirgenmesinden kaynaklanması mümkündür.

Alüminyum yaygın bir element olmasına rağmen, tüm alüminyum mineralleri ekonomik olarak metalin kaynağı değildir. Hemen hemen tüm metalik alüminyum cevher boksitinden (AlO_x(OH)_3–2x) üretilir. Boksit, tropikal iklim koşullarında düşük demir ve silika anakayanın ayrışma ürünü olarak ortaya çıkar. 2017 yılında, boksitlerin çoğu Avustralya, Çin, Gine ve Hindistan'da çıkarıldı.

Tarihçe

Friedrich Wöhler, ilk kez metalik elementer alüminyum hakkında ayrıntılı bilgi veren kimyager

Alüminyumun geçmişi şap kullanımı ile şekillenmiştir. Yunan tarihçi Herodot'un yaptığı ilk yazılı şap kaydı, M.Ö. 5. yüzyıla kadar uzanıyor. Eskilerin şap boyası ve şehir savunması olarak kullandığı bilinmektedir. Haçlı Seferleri'nden sonra, Avrupa kumaş endüstrisinde vazgeçilmez bir mal olan şap uluslararası ticaretin bir konusuydu; Doğu Akdeniz'den 15. yüzyılın ortalarına kadar Avrupa'ya ithal edildi.

Şap yapısı bilinmemiştir. 1530 civarında İsviçreli doktor Paracelsus şapın şap toprağının bir tuzu olduğunu ileri sürdü. 1595'te Alman doktor ve kimyager Andreas Libavius bunu deneysel olarak doğruladı. 1722'de Alman kimyager Friedrich Hoffmann, şap tabanının ayrı bir dünya olduğuna dair inancını açıkladı. 1754'te Alman kimyager Andreas Sigismund Marggraf, kükürt asidi içinde kili kaynatıp ardından potas ekleyerek alümina sentezledi.

Alüminyum metal üretme girişimleri 1760 yılına dayanıyor. Ancak ilk başarılı girişim 1824'te Danimarkalı fizikçi ve kimyager Hans Christian Ørsted tarafından tamamlandı. Susuz alüminyum klorürü potasyum amalgam ile reaksiyona sokarak teneke benzer bir metal parçası oluşturdu. Sonuçlarını sundu ve 1825'te yeni metalin bir örneğini gösterdi. 1827'de Alman kimyager Friedrich Wöhler, Ørsted'in deneylerini tekrarladı, ancak alüminyum tanımlamadı. (Bu tutarsızlığın nedeni sadece 1921'de keşfedildi.) Aynı yıl susuz alüminyum klorürü potasyum ile karıştırarak benzer bir deney gerçekleştirdi ve bir alüminyum tozu üretti. 1845'te küçük metal parçaları üretmeyi başardı ve bu metalin bazı fiziksel özelliklerini tanımladı. Bundan uzun yıllar sonra, Wöhler alüminyum keşfedici olarak kabul edildi.

Wöhler'in yöntemi büyük miktarlarda alüminyum sağlayamadığından, metal nadir kaldı; maliyeti altının üstünde idi. İlk endüstriyel alüminyum üretimi 1856 yılında Fransız kimyager Henri Etienne Sainte-Claire Deville ve arkadaşları tarafından kuruldu. Deville, alüminyum triklorürün Wöhler'in kullandığı potasyumdan daha uygun ve daha ucuz olan sodyum ile azaltılabileceğini keşfetti. O zaman bile, alüminyum hala yüksek saflıkta değildi ve üretilen alüminyum örnek olarak özelliklerinden farklıydı.

İlk endüstriyel büyük ölçekli üretim yöntemi 1886'da Fransız mühendis Paul Héroult ve Amerikalı mühendis Charles Martin Hall tarafından bağımsız olarak geliştirildi; artık Hall-Héroult süreci olarak biliniyor. Hall-Héroult süreci, alüminayı metale dönüştürür. Avusturyalı kimyager Carl Joseph Bayer, 1889'da Bayer süreci olarak bilinen alümin elde etmek için boksitin saflaştırılmasının bir yolunu keşfetti. Alüminyum metalin modern üretimi Bayer ve Hall-Héroult süreçlerine dayanmaktadır.

Alüminyum fiyatları düştü ve alüminyum 1890'larda ve 20. yüzyılın başlarında takılarda, günlük eşyalarda, gözlük çerçevelerinde, optik aletlerde, sofra takımlarında ve folyolarda yaygın olarak kullanıldı. Alüminyumun diğer metallerle sert ancak hafif alaşımlar oluşturma yeteneği, o zamanlar birçok metalin kullanılmasını sağlamıştır. Birinci Dünya Savaşı sırasında, büyük hükümetler hafif güçlü uçaklar için büyük alüminyum sevkiyatları talep etti.

20. yüzyılın ortalarında, alüminyum günlük yaşamın bir parçası ve ev eşyalarının önemli bir bileşeni haline gelmişti. 20. yüzyılın ortalarında alüminyum, hem temel inşaat hem de iç mekan işlerinde bina uygulamaları ile inşaat mühendisliği malzemesi olarak ortaya çıktı ve hem uçaklarda hem de kara zırhlı araç motorlarında askeri mühendislikte giderek daha fazla kullanılıyor. 1957'de piyasaya sürülen dünyanın ilk yapay uydusu, iki ayrı alüminyum yarı küreden oluşuyordu ve sonraki tüm uzay araçları bir dereceye kadar alüminyum kullandı. Alüminyum kutu 1956'da icat edildi ve 1958'de içecekler için bir depo olarak kullanıldı.

20. yüzyıl boyunca alüminyum üretimi hızla yükseldi: 1900 yılında dünya alüminyum üretimi 6.800 mt iken, yıllık üretim ilk olarak 1916'da 100.000 mt'u aştı; 1941'de 1.000.000 ton; 1971'de 10.000.000 ton. 1970'lerde alüminyum talebinin artması onu bir takas ürünü haline getirdi; 1978'de dünyanın en eski endüstriyel metal borsası olan Londra Metal Borsası'na girdi. Üretim büyümeye devam etti: 2013 yılında yıllık alüminyum üretimi 50.000.000 metrik tonu aştı.

Alüminyum için gerçek fiyat, 1900'de metrik ton başına 14.000 dolardan 1948'de 2.340 dolara düştü. Ekstraksiyon ve işleme maliyetleri teknolojik ilerleme ve ekonomilerin ölçeğine göre düşürüldü. Bununla birlikte, düşük dereceli daha düşük kaliteli mevduatların kullanılması ve hızlı artan girdi maliyetlerinin (her şeyden önce enerji) kullanılması, alüminyumun net maliyetini arttırdı; gerçek fiyat 1970'lerde enerji maliyetinin artmasıyla büyümeye başladı. Üretim sanayileşmiş ülkelerden üretimin daha ucuz olduğu ülkelere taşındı. 20. yüzyılın sonlarında üretim maliyetleri, teknolojideki gelişmeler, düşük enerji fiyatları, ABD doları döviz kurları ve alümina fiyatları nedeniyle değişti. BRIC ülkelerinin birincil üretim ve birincil tüketimdeki toplam payı 21. yüzyılın ilk on yılında önemli ölçüde artmıştır. Çin, kaynakların bolluğu, ucuz enerji ve hükümet uyaranları sayesinde dünya üretiminin özellikle büyük bir bölümünü biriktiriyor; aynı zamanda tüketim payını 1972'de %2'den 2010'da %40'a çıkardı. Amerika Birleşik Devletleri, Batı Avrupa ve Japonya'da çoğu alüminyum nakliye, mühendislik, inşaat ve ambalajlamada tüketilmiştir.

Üretim ve ayrıntılandırma

Dünyanın önde gelen birincil alüminyum üreticileri, 2016

ülke	Çıktı (bin ton)
Çin	31,873
Rusya	3,561
Kanada	3,208
Hindistan	2,896
Birleşik Arap Emirlikleri	2,471
Avustralya	1,635
Norveç	1,247
Bahreyn	971
Suudi Arabistan	869
Amerika Birleşik Devletleri	818
Brezilya	793
Güney Afrika	701
İzlanda	700
Dünya toplamı	58,800

Alüminyum üretimi son derece enerji tüketir ve bu nedenle üreticiler elektrik gücünün hem bol hem de ucuz olduğu yerlerde tesislerini bulma eğilimindedir. 2012 itibariyle dünyanın en büyük alüminyum tesisleri Çin, Rusya, Bahreyn, Birleşik Arap Emirlikleri ve Güney Afrika'da bulunmaktadır.

2016 yılında Çin, dünya payı yüzde elli beş olan en büyük alüminyum üreticisi oldu; bir sonraki en büyük üretici ülkeler Rusya, Kanada, Hindistan ve Birleşik Arap Emirlikleri idi.

Uluslararası Kaynak Panelinin Toplumdaki Metal Stokları raporuna göre, toplumda kullanılan küresel kişi başına alüminyum stoğu (yani otomobillerde, binalarda, elektronik cihazlarda vb.) 80 kg'dır (180 lb). Bunun büyük kısmı az gelişmiş ülkelerden (kişi başına 35 kg (77 lb)), daha gelişmiş ülkelerde (kişi başına 350–500 kg (770-1,100 lb)).

Bayer süreci

Boksit, Bayer prosesi ile alüminyum okside dönüştürülür. Boksit, tek tip bileşim için harmanlanır ve daha sonra öğütülür. Elde edilen bulamaç sıcak bir sodyum hidroksit çözeltisi ile karıştırılır; daha sonra karışım, bir sindirim kabında atmosferik seviyenin üzerinde bir basınçta işlenir, alüminyum hidroksit, boksit içerisinde çözülürken katışkılar nispeten çözünmez bir bileşik haline dönüştürülür.

Al(OH)₃ + Na⁺ + OH⁻ → Na⁺ + [Al(OH)₄]⁻

Bu reaksiyondan sonra, bulamaç atmosferik kaynama noktasının üzerinde bir sıcaklıktadır. Basınç azaldıkça buhar çıkarılarak soğutulur. Boksit kalıntısı çözeltiden ayrılır ve atılır. Katı madde içermeyen çözelti, küçük alüminyum hidroksit kristalleri ile tohumlanır; bu [Al(OH)₄]⁻ iyonlarının alüminyum hidroksite ayrışmasına neden olur. Alüminyumun yaklaşık yarısı çöktükten sonra, karışım sınıflandırıcılara gönderilir. Tohumlama maddesi olarak kullanılmak üzere küçük alüminyum hidroksit kristalleri toplanır; iri tanecikler ısıtılarak alüminyum okside dönüştürülür; fazla çözelti buharlaştırma ile uzaklaştırılır, (gerekirse) saflaştırılır ve geri dönüştürülür.

Hall – Héroult süreci

Ekstrüzyon alüminyum kütükleri

Alüminin alüminyum metaline dönüşümü Hall-Héroult işlemi ile sağlanır. Bu enerji yoğun işlemde, kalsiyum florür ile erimiş (950 ve 980 °C (1,740 ve 1,800 °F)) bir kriyolit (Na₃AlF₆) karışımında bir alümina çözeltisi, metalik alüminyum üretmek için elektroliz edilir. Sıvı alüminyum metal, çözeltinin dibine batar ve çıkarılır ve genellikle daha fazla işlem için alüminyum kütük adı verilen büyük bloklara dökülür.

Elektroliz hücresinin anotları, florür korozyonuna karşı en dayanıklı malzeme olan karbondan yapılır ve ya proseste pişirilir ya da önceden pişirilir. Söderberg anotları olarak da adlandırılan eski, daha az enerji tasarrufludur ve pişirme sırasında açığa çıkan dumanların toplanması pahalıdır, bu nedenle katotları önceden hazırlamak için güç, enerji ve emekten tasarruf etseler bile önceden pişirilmiş anotlarla değiştirilirler. Anotlar için karbon tercihen saf olmalı, böylece ne alüminyum ne de elektrolit külle kirlenmemelidir. Karbonun korozyona karşı direncine rağmen, hala üretilen her kilogram alüminyum için 0.4-0.5 kg oranında tüketilmektedir. Katotlar antrasitten yapılmıştır; onlar için yüksek saflık gerekli değildir, çünkü safsızlıklar sadece çok yavaş süzülür. Katot üretilen her kilogram alüminyum için 0.02-0.04 kg oranında tüketilir. Bir hücre genellikle katotun başarısızlığını takiben 2-6 yıl sonra sonlandırılır.

Hall-Heroult işlemi %99'un üzerinde bir saflıkta alüminyum üretir. Hoopes işlemi ile daha fazla saflaştırma yapılabilir. Bu işlem, erimiş alüminyumun bir sodyum, baryum ve alüminyum florür elektroliti ile elektrolizini içerir. Elde edilen alüminyumun saflığı %99.99'dur.

Elektrik gücü, tesisinin yerine bağlı olarak alüminyum üretim maliyetinin yaklaşık %20 ila 40'ını temsil eder. Alüminyum üretimi, ABD'de üretilen elektriğin yaklaşık %5'ini tüketmektedir. Bu nedenle, Hall-Héroult sürecine alternatifler araştırılmıştır, ancak hiçbiri ekonomik olarak mümkün değildir.

Geri dönüşüm

Metalin geri dönüşüm yoluyla geri kazanılması alüminyum endüstrisinin önemli bir görevi haline gelmiştir. Geri dönüşüm 1960'lı yılların sonlarına kadar alüminyum içecek kutuları kullanımının kamuoyunun farkındalığına getirdiği düşük profilli bir faaliyetti. Geri dönüşüm, cevherden alüminyum üretmek için kullanılan enerjinin sadece % 5'ini gerektiren bir işlem olan hurdayı eritmeyi içerir, ancak önemli bir kısmı (giriş malzemesinin% 15'ine kadar) cüruf (kül benzeri oksit) olarak kaybolur. Bir alüminyum istif eriticisi %1'in altında rapor edilen değerlerle önemli ölçüde daha az çapak üretir.

Birincil alüminyum üretiminden ve ikincil geri dönüşüm işlemlerinden kaynaklanan beyaz cüruf hala endüstriyel olarak çıkarılabilen yararlı miktarlarda alüminyum içerir. Süreç, son derece karmaşık bir atık malzeme ile birlikte alüminyum kütükler üretir. Bu atığın yönetilmesi zordur. Su ile reaksiyona girerek, hava ile temas ettiğinde kendiliğinden tutuşan bir gaz karışımı (diğerleri arasında hidrojen, asetilen ve amonyak dahil) salar; nemli hava ile temas bol miktarda amonyak gazı açığa çıkarır. Bu zorluklara rağmen, atık asfalt ve betonda dolgu maddesi olarak kullanılmaktadır.

Uygulamalar

Metal

Alüminyum teneke

Alüminyum, en yaygın kullanılan demir dışı metaldir. 2016 yılında küresel alüminyum üretimi 58.8 milyon mt idi. Demir dışındaki diğer metallerinkini (1.231 milyon metrik ton) aştı.

Alüminyum neredeyse her zaman alaşımlıdır, bu da özellikle temperlendiğinde mekanik özelliklerini önemli ölçüde geliştirir. Örneğin, yaygın alüminyum folyolar ve içecek kutuları %92 ila %99 alüminyum alaşımlarıdır. Ana alaşım maddeleri bakır, çinko, magnezyum, manganez ve silisyumdur (örn., Duralumin), ağırlıkça yüzde birkaç diğer metal seviyelerine sahiptir.

Alüminyum metalinin başlıca kullanım alanları:

• Ulaşım (otomobiller, uçaklar, kamyonlar, demiryolu araçları, deniz gemileri, bisikletler, uzay araçları vb.). Alüminyum, düşük yoğunluğu nedeniyle kullanılır;
• Ambalaj (kutular, folyo, çerçeve vb.). Alüminyum, toksik olmayan, adsorptif olmayan ve kıymık geçirmez olduğu için kullanılır;
• Bina ve inşaat (pencereler, kapılar, siding, bina teli, kılıf, çatı vb.).

Çelik daha ucuz olduğu için hafiflik, korozyon direnci veya mühendislik özellikleri önemli olduğunda alüminyum kullanılır;

• Elektrikle ilgili kullanımlar (iletken alaşımlar, motorlar ve jeneratörler, transformatörler, kapasitörler vb.). Alüminyum nispeten ucuz, yüksek iletkenliğe sahip, yeterli mekanik mukavemete ve düşük yoğunluğa sahip olduğu ve korozyona karşı dayanıklı olduğu için kullanılır;
• Mutfak aletlerinden mobilyalara kadar çok çeşitli ev eşyalarında. Düşük yoğunluk, iyi görünüm, imalat kolaylığı ve dayanıklılık alüminyum kullanımının temel faktörleridir;
• Makine ve teçhizat (işleme ekipmanları, borular, aletler). Korozyon direnci, piroforik olmaması ve mekanik mukavemeti nedeniyle alüminyum kullanılır.

Bileşikler

Alüminyum oksidin büyük çoğunluğu (yaklaşık %90) metalik alüminyuma dönüştürülür. Çok sert bir malzeme (Mohs sertliği 9) olan alümina yaygın olarak aşındırıcı olarak kullanılır; kimyasal olarak inert olacağından, yüksek basınçlı sodyum lambalar gibi yüksek derecede reaktif ortamlarda faydalıdır. Alüminyum oksit, endüstriyel prosesler için katalizör olarak yaygın olarak kullanılır; Örneğin. Claus işlemi, hidrojen sülfürün rafinerilerde sülfüre ve alkilat aminlere dönüştürülmesi işlemidir. Birçok endüstriyel katalizör alümina tarafından desteklenir, yani pahalı katalizör malzemesi eylemsiz alümina yüzeyi üzerinde dağıtılır. Başka bir temel kullanım, bir kurutma maddesi veya emici madde olarak kullanılır.

Birkaç alüminyum sülfatın endüstriyel ve ticari uygulaması vardır. Alüminyum sülfat (hidrat formunda) yıllık birkaç milyon metrik ton ölçeğinde üretilmektedir. Su arıtımında yaklaşık üçte ikisi tüketilmektedir. Bir sonraki büyük uygulama kağıt üretiminde. Ayrıca boyama, dekapaj tohumları, mineral yağların koku giderilmesi, deri tabaklama ve diğer alüminyum bileşiklerinin üretiminde bir mordan olarak kullanılır. İki çeşit şap, amonyum şap ve potasyum şap, daha önce mordant olarak ve deri tabaklamada kullanılmıştı, ancak yüksek saflıkta alüminyum sülfatın mevcudiyetinden sonra kullanımları önemli ölçüde azaldı. Susuz alüminyum klorür, kimya ve petrokimya endüstrilerinde, boyama endüstrisinde ve çeşitli inorganik ve organik bileşiklerin sentezinde katalizör olarak kullanılır. Alüminyum hidroksiklorürler, suyun arıtılmasında, kağıt endüstrisinde ve ter önleyiciler olarak kullanılır. Sodyum alüminat, suyun işlenmesinde ve çimentonun katılaşmasının hızlandırıcısı olarak kullanılır.

Birçok alüminyum bileşiğinin niş uygulamaları vardır, örneğin:

• Çözeltideki alüminyum asetat büzücü olarak kullanılır.
• Alüminyum fosfat, cam, seramik, kağıt hamuru ve kağıt ürünleri, kozmetik, boyalar, vernikler ve diş çimentosu üretiminde kullanılır.
• Alüminyum hidroksit, bir antiasit ve mordan olarak kullanılır; su arıtma, cam ve seramik imalatında ve kumaşların su yalıtımında da kullanılır.
• Lityum alüminyum hidrit, organik kimyada kullanılan güçlü bir indirgeyici maddedir.
• Organoaluminyum, Lewis asitleri ve kokatalizörleri olarak kullanılır.
• Metilaluminoksan, polietilen gibi vinil polimerler üretmek üzere Ziegler-Natta olefin polimerizasyonu için bir kokatalizördür.
• Sulu alüminyum iyonları (sulu alüminyum sülfat gibi), Gyrodactylus salaris gibi balık parazitlerine karşı tedavi etmek için kullanılır.
• Birçok aşıda, bazı alüminyum tuzları, aşıdaki proteinin bir bağışıklık uyarıcısı olarak yeterli kuvveti elde etmesini sağlamak için bir bağışıklık adjuvanı (bağışıklık tepkisi güçlendiricisi) görevi görür.

Biyoloji

İnsan derisi tarafından alüminyum emiliminin şeması

Yerkabuğundaki yaygın oluşumuna rağmen, alüminyumun biyolojide bilinen bir işlevi yoktur. PH 6-9'da (çoğu doğal su için geçerlidir), alüminyum hidroksit olarak sudan çökelir ve bu nedenle mevcut değildir; bu şekilde davranan çoğu elementin biyolojik rolü yoktur veya toksiktir. Alüminyum tuzları, 80 kg (180 lb) bir kişi için 500 grama karşılık gelen 6207 mg/kg (oral, fare) LD50 değerine sahip, dikkat çekici derecede toksik olmayan alüminyum sülfattır.

Toksisite

Çoğu insanda, alüminyum ağır metaller kadar zehirli değildir. Alüminyum, Amerika Birleşik Devletleri Sağlık ve İnsan Hizmetleri Bakanlığı tarafından kanserojen olmayan olarak sınıflandırılmıştır. Alüminyuma normal maruz kalmanın sağlıklı yetişkinler için bir risk oluşturduğuna dair çok az kanıt vardır ve vücut kütlesi kg'ı başına 40 mg/gün'den fazla olmayan miktarlarda tüketilirse toksisite olmadığına dair kanıt yoktur. Tüketilen çoğu alüminyum, vücudu dışkıda bırakacaktır; kan dolaşımına giren küçük kısmının çoğu idrarla atılır.

Etkileri

Alüminyum, nadiren de olsa D vitamini dirençli osteomalazi, eritropoietin dirençli mikrositik anemi ve merkezi sinir sistemi değişikliklerine neden olabilir. Böbrek yetmezliği olan insanlar özellikle risk altındadır. Hidratlanmış alüminyum silikatların kronik olarak yutulması (aşırı gastrik asitlik kontrolü için) alüminyumun bağırsak içeriğine bağlanmasına ve demir veya çinko gibi diğer metallerin artan eliminasyonuna neden olabilir; yeterince yüksek dozlar (> 50 g/gün) anemiye neden olabilir.

1988 Camelford su kirliliği olayı sırasında Camelford'daki insanlar içme suyunu birkaç hafta boyunca alüminyum sülfatla kirletti. 2013 yılında meydana gelen olayla ilgili nihai bir rapor, bunun uzun vadeli sağlık sorunlarına yol açmasının pek mümkün olmadığı sonucuna varmıştır.

Alüminyumun Alzheimer hastalığının olası bir nedeni olduğundan şüpheleniliyor, ancak 40 yılı aşkın bir süredir bunun üzerinde yapılan araştırmalar, 2018'den itibaren nedensel etkinin iyi bir kanıtını bulamadı.

Alüminyum, laboratuarda kültürlenen insan meme kanseri hücrelerinde östrojene bağlı gen ekspresyonunu arttırır. Çok yüksek dozlarda alüminyum, kan-beyin bariyerinin değiştirilmiş fonksiyonu ile ilişkilidir. İnsanların küçük bir yüzdesi alüminyuma temas alerjisine sahiptir ve alüminyum içeren ürünlerle temas ettiğinde kaşıntılı kırmızı döküntüler, baş ağrısı, kas ağrısı, eklem ağrısı, zayıf hafıza, uykusuzluk, depresyon, astım, irritabl bağırsak sendromu veya diğer semptomları yaşar.

Toz haline getirilmiş alüminyum veya alüminyum kaynak dumanlarına maruz kalmak pulmoner fibrozise neden olabilir. İnce alüminyum tozu başka bir işyeri tehlikesi oluşturarak alev alabilir veya patlayabilir.

Maruz kalma yolları

Gıda ana alüminyum kaynağıdır. İçme suyu katı yiyeceklerden daha fazla alüminyum içerir; bununla birlikte gıdadaki alüminyum sudaki alüminyumdan daha fazla emilebilir. İnsanların alüminyuma oral yolla maruz kalmasının başlıca kaynakları arasında gıda (gıda katkı maddeleri, gıda ve içecek ambalajlarında ve pişirme kaplarında kullanımı nedeniyle), içme suyu (belediye su arıtımında kullanımı nedeniyle) ve alüminyum içeren ilaçlar (özellikle antasit / antiülser ve tamponlu aspirin formülasyonları) bulunur. Avrupalılarda diyete maruz kalma haftada ortalama 0.2-1.5 mg/kg'dır ancak haftada 2.3 mg/kg kadar yüksek olabilir. Yüksek alüminyum maruziyet seviyeleri çoğunlukla madenciler, alüminyum üretim işçileri ve diyaliz hastaları ile sınırlıdır.

Tedavi

Çok miktarda alüminyumun aniden alınmasından şüphelenilmesi durumunda, tek tedavi, alüminyumun şelasyon yoluyla vücuttan uzaklaştırılmasına yardımcı olmak için verilebilen deferoksamin mesilattır. Bununla birlikte, bu sadece alüminyum gövde seviyelerini değil, aynı zamanda bakır veya demir gibi diğer metallerin seviyelerini de azalttığı için dikkatli bir şekilde uygulanmalıdır.

Çevresel etkiler

Maden sahalarının yakınında yüksek seviyelerde alüminyum oluşur; kömürle çalışan elektrik santrallerinde veya yakma tesislerinde az miktarda alüminyum çevreye salınır. Havadaki alüminyum yağmurla yıkanır veya normalde çöker, ancak havada küçük alüminyum parçacıkları uzun süre kalır.

Asidik yağış, alüminyumun doğal kaynaklardan harekete geçirilmesi için ana doğal faktör ve alüminyumun çevresel etkilerinin ana nedenidir; bununla birlikte tuz ve tatlı suda alüminyum varlığının ana faktörü, alüminyumun havaya salınmasını sağlayan endüstriyel süreçlerdir.

Suda alüminyum, osmoregülatuar başarısızlığa yol açan plazma ve hemolenf iyonlarının kaybına neden olarak balık gibi solungaç soluyan hayvanlar üzerinde bir toxiс ajanı olarak işlev görür. Organik alüminyum kompleksleri, pratikte nadiren olsa da, memelilerde ve kuşlarda metabolizmaya kolayca emilebilir ve müdahale edebilir.

Alüminyum, asidik topraklarda bitki büyümesini azaltan faktörler arasında önceliklidir. PH nötr topraklarda bitki büyümesine genellikle zararsız olmasına rağmen, asit topraklarda toksik Al³⁺ katyonlarının konsantrasyonu kök büyümesini ve fonksiyonunu arttırır ve bozar. Buğday, zararlı alüminyum katyonlarına bağlanan organik bileşikleri serbest bırakarak alüminyuma tolerans geliştirmiştir. Sorgum'un aynı tolerans mekanizmasına sahip olduğuna inanılmaktadır.

Alüminyum üretimi, üretim sürecinin her adımında çevreye karşı kendi zorluklarına sahiptir. En büyük zorluk sera gazı emisyonlarıdır. Bu gazlar, izabe tesislerinin elektrik tüketiminden ve işlemin yan ürünlerinden kaynaklanmaktadır. Bu gazların en güçlüsü, eritme işleminden kaynaklanan perflorokarbonlardır. Açığa çıkan sülfür dioksit asit yağmurunun birincil öncüllerinden biridir.

2001 tarihli bir İspanyol bilimsel raporu, Geotrichum candidum mantarının alüminyumun kompakt disklerde tükettiğini iddia etti. Diğer raporların tümü bu rapora işaret eder ve destekleyici orijinal bir araştırma yoktur. Daha iyi belgelendiğinde, Pseudomonas aeruginosa bakterisi ve mantar Cladosporium resinae, gazyağı bazlı yakıtlar (avgaz değil) kullanan uçak yakıt tanklarında yaygın olarak tespit edilir ve laboratuvar kültürleri alüminyumun bozulmasına neden olabilir. Bununla birlikte, bu yaşam formları alüminyuma doğrudan saldırmaz veya tüketmez; daha ziyade metal mikrop atık ürünleri ile korozyona uğrar.