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Das Aluminium
Experimentalvortrag von Tim Eggersglüß
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Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
Gliederung
1. Vorkommen
2. Geschichte und Darstellung des Aluminiums
3. Eigenschaften
4. Verwendung
5. Schulrelevanz
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Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
Elemente der Erdkruste
Aber: Aluminium kommt in der Natur nicht gediegen,
sondern nur in Verbindungen vor.
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Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
Spannungsreihe
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Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
Bauxit
• Feldspäte
Verwitterung
Tone
Verwitterung
Bauxite
 Besteht aus: Aluminiumoxiden (50-60 %)
Eisenoxiden
Siliciumoxiden
Titanoxiden
Roter Bauxit
 Weltweite bekannte Vorkommen (1990):
Weißer Bauxit
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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.
AlCl3(s) + 3 K(s)
Al(s) + 3 KCl(s)
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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.
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Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
Die Schmelzflusselektrolyse
3+
(solv)
Al 2O3(l)
2 Al
+
2(solv)
3O
Kathode:
3+
(solv)
2 Al
+
-
2 Al(l)
6e
Anode:
3
2-
3O
(solv)
/ 2 O2(g)
+
-
6e
Anode verbrennt zu CO2 und CO (COF2, C2F4)
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Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
Das „Bayer-Verfahren“
1887/1892 Karl Josef Bayer entwickelt ein
effizientes und wirtschaftliches Verfahren zu
Aluminiumoxidgewinnung aus Bauxit.
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Wasser
Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
Das „Bayer-Verfahren“
Al(OH)3(s) + NaOH(aq)
Na[Al(OH)4](aq)
Fe(OH)3(s) + NaOH(aq)
SiO2(s) + 2 NaOH(aq) + Al2O3(s)
2 Al(OH)3(s)
1200°C
Na2[Al2SiO6]
Al2O3(s) + 3 H2O(g)
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Wasser
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.
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Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
Aluminium Recycling
Salzschmelze aus: 45 % NaCl (Schmelztemp. 800 °C)
45 % KCl (Schmelztemp. 770 °C)
10 % NaF (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.
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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
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Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
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.
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Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
Eigenschaften von Aluminium
Silberweißes Metall
Geringe Dichte 2,7 g/cm3 (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
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Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
Die Passivierung des Aluminiums
Aluminium in Kupfersulfat:
Keine Reaktion; die Oxidschicht schützt das unedle Aluminium.
Aluminium in Kupferchlorid:
Die Oxidschicht wird durch Chloridionen zerstört:
Al2O3(s) + 8 Cl-(aq) + 4 H3O+(aq)
[AlCl4]–(aq) + 4 H2O(l)
2 [AlCl4]-(aq) + 4 H2O(l)
Al(OH)2Cl(aq) + 3 Cl-(aq) + 2 H3O+(aq)
Das Aluminium reagiert entsprechend seiner Stellung in der Spannungsreihe und
reduziert das edlere Kupfer:
2 Al(s) + 3 Cu2+(aq)
3 Cu(s) + 2 Al3+(aq)
Gleichzeitig kommt es auch zur Reduktion des Wassers durch das Aluminium:
2 Al(s) + 6 H2O(l)
2 Al3+(aq) + 3 H2(g) + 6 OH- (aq)
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Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
Die Aluminium-Luft-Batterie
Anode (Aluminiumdose):
Al(s)
Al3+(aq) + 3 eKathode (Kohleelektrode):
O2(aq) + 2 H2O(l) + 4 e4 OH-(aq)
•Beim Sauerstoff handelt es sich um
gelösten Luftsauerstoff.
• Durch die poröse Struktur der
Kohleelektrode kann stetig neuer
Sauerstoff in Lösung gehen.
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Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
Aluminium in Säuren und Basen
Basen zerstören die Oxidschicht:
Al2O3(s) + 2 OH-(aq) + 3 H2O(l)
2[Al(OH)4]-(aq)
Salzsäure zerstört die Oxidschicht (Chloridionen).
Schwefelsäure zerstört die Oxidschicht nur bei hohen
Temperaturen:
Al2O3(s) + 6 H3O+(aq)
2 Al3+(aq) + 9 H2O(l)
Salpetersäure verstärkt die Oxidschicht
2 Al(s) + 3 HNO3(aq)
Al2O3(s) + 3 HNO2(aq)
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Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
Das Eloxalverfahren
Elektrolytische Oxidation des Aluminiums
schützende Oxidschicht des Aluminiums wird verstärkt
Kathode (Graphitelektrode):
6 H3O+(aq) + 6e-
3 H2(g) + 6 H2O(l)
Anode (Aluminium):
2 Al(s) + 9 H2O(l)
Al2O3(s) + 6 H3O+(aq) + 6 e-
Gesamtreaktion:
2 Al(s) + 3 H2O(l)
Al2O3(s) + 3 H2(g)
Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
Das Eloxalverfahren
Normale Oxidschicht
Eloxierte Oxidschicht
Adsorptiv gefärbte Oxidschicht
Elektrolytisch gefärbte Oxidschicht
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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
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Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
Eigenschaften  Anwendung
Silberweißes Metall
Geringe Dichte 2,7 g/cm3
Hohe Festigkeit
Guter Wärmeleiter
Geschmacklos und ungiftig
Guter elektrischer Leiter
Gute Form- und Dehnbarkeit
Niedrige Schmelztemp. (660 °C)
Korrosionsbeständig
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Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
Die Aluminothermie
Bei dem Verfahren wird die hohe Sauerstoffaffinität des
Aluminiums ausgenutzt, um andere Metalloxide zu reduzieren:
3 Fe3O4(s) + 8 Al(s)
4 Al2O3(s) + 9 Fe(l)
Die nötige Aktivierungsenergie liefert das Verbrennen einer
Zündmischung aus Magnesiumpulver und Bariumperoxid:
Mg(s) + BaO2(s)
MgO(s) + BaO(s)
Die beiden Reaktionen zusammen sind so exotherm, dass
Temperaturen von bis zu 2400 °C erreicht werden und das
Reaktionsprodukt schmilzt.
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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.
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Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
Aluminium Nachweis mit Morin
Morin
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Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
Aluminium „im Haushalt“
•In Deos mit „anti-transpirierender“ Wirkung und Alaunstift ist
Alaun enthalten (KAI(SO4)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.
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Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
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 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.
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Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
Schulrelevanz
Jahrgang 10: Redoxreaktionen:
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Experimentalvortrag
Thema: Aluminium
Schulrelevanz
Jahrgang 12: Wahlthema Angewandte Chemie
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Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit
Experimentalvortrag
Spondylolyse, Spondylolysthese
Spondylolyse bezeichnet einen Spalt im Gelenkfortsatz
Spondylolysthese bezeichnet das Wirbelgleiten bei
Spondylolyse
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