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Aluminium Silber aus Lehm?

Aluminium Silber aus Lehm?. Übungen im Experimentalvortrag  Sylvia Pross  SoSe 2007. Abbildung: 1 + 2. http://www.pacific-news.de/pn11/rekult.html. Übersicht. Vorkommen Eigenschaften Verwendung Geschichtliche Aspekte I Geschichtliche Aspekte II Darstellung Ökologische Aspekte

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Aluminium Silber aus Lehm?

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  1. AluminiumSilber aus Lehm? Übungen im Experimentalvortrag  Sylvia Pross  SoSe 2007 Abbildung: 1 + 2 http://www.pacific-news.de/pn11/rekult.html

  2. Übersicht • Vorkommen • Eigenschaften • Verwendung • Geschichtliche Aspekte I • Geschichtliche Aspekte II • Darstellung • Ökologische Aspekte • Schulrelevanz

  3. Übersicht • Vorkommen • Eigenschaften • Verwendung • Geschichtliche Aspekte I • Geschichtliche Aspekte II • Darstellung • Ökologische Aspekte • Schulrelevanz

  4. 1. Vorkommen • häufigstes Metall der Erdkruste • dritthäufigstes Element • Sauerstoff 45, 5 % • Silicium 25, 7 % • Aluminium 8,3 % • Eisen 6,2 % • Calcium 4,6 % • kein gediegenes Vorkommen

  5. 1. Vorkommen Sauerstoffverbindungen Verbindungen des Aluminiums Aluminiumtrihydroxid Al(OH)3 Hygrargillit, Bauxit Aluminiumoxidhydroxid AlO(OH) Diaspor, Böhmit, Bauxit Dialuminiumtrioxid Al2O3 Korund, Schmirgel Abbildung 3-5

  6. 1. Vorkommen • α-Aluminiumoxid („Tonerde“) • Korund (Kanada, USA, Indien) • Schleif- und Poliermittel • hochfeuerfeste Keramik • Fasern • synthetische Edelsteine • Schmirgel (Naxos, Kleinasien) • Beimengungen von Eisenoxid und Quarz

  7. 1. Vorkommen Korund-Struktur O2--Ionen: hexagonal dichteste Packung Al3+: Besetzung 2/3 der Oktaederlücken Al3+-Ionen oktaedrisch von 6 O2--Ionen; O2- -Ionen tetraedrisch von 4 Al3+-Ionen (1) (2) (3) (4) Abbildung. 6-9

  8. 1. Vorkommen Edelsteine aus Aluminiumoxid und Spuren anderer Elemente Rubin Aluminiumoxid mit Spuren von Cr3+ -Ionen Saphir Aluminiumoxid mit Spuren von Fe3+ -Ionen & Ti4+ -Ionen Abbildung. 10-12

  9. 1. Vorkommen „Alumosilikate“ Feldspäte Glimmer Verwitterung Tone Verwitterung Bauxite Abbildung. 13-16

  10. 1. Vorkommen Bauxit 1821 Entdeckung durch Pierre Berthier bei Les Baux in der Provence Ausgangsmaterial der Aluminiumgewinnung rote Bauxite 20-25 % Fe2O3 und 1-5 % SiO2, weiße Bauxite 5 % Fe2O3 und 25 % SiO2 Abbildung. 17-19

  11. 1. Vorkommen Kryolith Na3[AlF6] („Eisstein“) Vorkommen an der Südküste Grönlands ausgeschöpft Technische Darstellung: Al(OH)3 (aq) + 6 HF (aq) + 3 NaOH (aq) Na3[AlF6] (s)+ 6 H2O → Aluminiumherstellung Abbildung. 20

  12. Übersicht • Vorkommen • Eigenschaften • Verwendung • Geschichtliche Aspekte I • Geschichtliche Aspekte II • Darstellung • Ökologische Aspekte • Schulrelevanz

  13. 2. Eigenschaften • silberglänzendes Leichtmetall • (Dichte: 2,699 g/cm3) • kubisch dichteste Packung • Smp. 660,4 °C, Sdp. 2330 °C • hohe elektrische Leitfähigkeit • hohe Wärmeleitfähigkeit • hohe Dehnbarbeit • hohe Korrosionsbeständigkeit

  14. 2. Eigenschaften • Oxidschicht (Passivierung) • löslich in nicht oxidierenden Säuren • Al (s) + 3 H+ (aq) Al3+ (aq) + 11/2 H2 (aq) • löslich in stark saurer oder alkalischer • Lösung • starkes Reduktionsmittel

  15. 2. Eigenschaften Demo 1 Abflussreiniger

  16. 2. Eigenschaften Stark alkalische Lösung → Zerstörung der Oxidschicht Al2O3(s) + 2 OH- (aq) + 3 H2O → 2[Al(OH)4]-(aq) 0 +1 +3 0 2 Al (s) + 2 H+ (aq)2 Al3+ (aq) + H2 (g) ↑ Al3++OH- [Al(OH)4]-

  17. 2. Eigenschaften Demo 2 Salzsäure

  18. 2. Eigenschaften Versuch 1 Reinigung von angelaufenem Silberbesteck

  19. 2. Eigenschaften „Anlaufen“ des Silbers 2 Ag (s) + H2S (g) + ½ O2 (aq) Ag2S (s) + H2O Abbildung 21

  20. 2. Eigenschaften Oxidation des Aluminiums Al → Al3+(aq)+ 3 e- Reduktion des Silbers 3 Ag+(s) + 3 e- → 3 Ag (s) (E°(Al/Al3+) = -1,66 V) (E°(Ag/Ag+) = 0,79 V) Gesamtreaktion 2 Ag2S (s) + Al (s) + 4 H2O 4 Ag (s) + [Al(OH)4]- (aq) + 2 H2S (g)

  21. Übersicht • Vorkommen • Eigenschaften • Verwendung • Geschichtliche Aspekte I • Geschichtliche Aspekte II • Darstellung • Ökologische Aspekte • Schulrelevanz

  22. 3. Verwendung 25 % Baugewerbe 18 % Herstellung von Flugzeugen, Eisenbahnwaggons, Bussen, Autos, Fahrrädern 17 % Produktion von Containern und Verpackungsmaterial 14 % Leitungen Abbildung 22-26

  23. 3. Verwendung Versuch 2 Aluminium-Nachweis (Morin)

  24. 3. Verwendung Morin

  25. 3. Verwendung (aq)

  26. 3. Verwendung Jablonski-Diagramm Abbildung 27

  27. 3. Verwendung Aluminothermie 1897 Entwicklung von Hans Goldschmidt Triebkraft: Sauerstoffaffinität des Aluminiums „Desoxidation“ des Eisens → Thermitschweißen Abbildung 28-29 http://www.goldschmidt-thermit.com/pictures/geschichte_document3_co_th.jpg

  28. 3. Verwendung Reaktion: +2\+3 0 +3 0 3 Fe3O4(s) + 8 Al (s) 4 Al2O3(s) + 9 Fe (s) • Freisetzung von schwer reduzierbaren Metallen • aus ihren Oxiden • keine Carbidbildung

  29. 3. Verwendung Versuch 3 Eloxalverfahren

  30. 3. Verwendung Eloxal-Verfahren Elektrolytische Oxidation des Aluminiums 1911 Entwicklung von de Saint Martin Verstärkung der Oxidschicht → Erhöhung des Korrosionsschutzes (beständig gegen Witterungseinflüsse, Seewasser, Säuren, Alkalilaugen) → Elektrische Isolierung Kondensatorplatten, -drähte

  31. 3. Verwendung Anode (Oxidation) 6 OH- (aq) 3 H2O + 3 O (nasc.) + 6 e- 2 Al (s) 2 Al3+(aq) + 6 e- Kathode (Reduktion) 6 H3O+ (aq) + 6e– 3 H2(g)↑ + 6 H2O -2 0 0 +3 +1 0

  32. 3. Verwendung Zwischenreaktion 2 Al (s) + 6 H3O+(aq) 2 Al 3+ (aq) + 3 H2 (g) ↑ + 6 H2O 2 Al (s) + 3 O nasc. Al2O3(s) Gesamtreaktion 2 Al (s) + 3 H2O Al2O3(s) + 3 H2 (g) ↑

  33. 3. Verwendung Struktur leitet sich von γ-Al2O3 ab: kubisch dichteste Packung Al3+ -Ionen in oktaedrischen und tetraedrischen Lücken Oxidschicht ausschließlich oktaedrische Lücken besetzt

  34. 3. Verwendung Demo 3 Aluminium-Nachweis (Alizarin S)

  35. 3. Verwendung Al3+ (aq) + 6 NH3 (aq) + 3 + 6 NH4+ (aq) (aq)

  36. 3. Verwendung Versuch 4 Anfärben des Aluminiums

  37. 3. Verwendung Färben des eloxierten Aluminiums mit Alizarin S (aq) Abbildung 30

  38. Übersicht • Vorkommen • Eigenschaften • Verwendung • Geschichtliche Aspekte I • Geschichtliche Aspekte II • Darstellung • Ökologische Aspekte • Schulrelevanz

  39. 4. Geschichtliche Aspekte I • Verwendung im Baugewerbe • 1899 Sportwagen mit Alu-Karosserie • Einzug in die Flugzeugindustrie • erstes Aluminium- Flugzeug • 1911 Alufolie als Schokoladenverpackung Abbildung 31-32

  40. Übersicht • Vorkommen • Eigenschaften • Verwendung • Geschichtliche Aspekte I • Geschichtliche Aspekte II • Darstellung • Ökologische Aspekte • Schulrelevanz

  41. 5. Geschichtliche Aspekte II • Namensgebung durch Sir Humphrey Davy • 1821 Entdeckung von Bauxit durch Pierre Berthier • erstmalige Isolierung von Aluminium • durch Hans Christian Oersted • Verbesserung des Verfahrens durch • Friedrich Wöhler Abbildung 33-34

  42. 5. Geschichtliche Aspekte II • Entdeckung des ersten technisch • erfolgreichen Herstellungs-Prozesses durch • Henri Sainte-Claire Deville • AlCl3 (s) + 3 Na (s) Al (s) + 3 NaCl (s) • 1855 Pariser Weltausstellung • Erfindung des Dynamos durch Werner von • Siemens ∆ http://www.andreas-gym.de/agym165/woehler.jpg

  43. 5. Geschichtliche Aspekte II • Entwicklung eines Verfahrens • zur großtechnischen Herstellung • durch P.T. Herault und C.M. Hall • Verbesserung des Verfahrens • durch Karl Josef Bayer (Bayerverfahren) • Patentanmeldung durch K.J. Bayer für den • Aufschluss von Bauxit im Autoklaven Abbildung 35-36

  44. Übersicht • Vorkommen • Eigenschaften • Verwendung • Geschichtliche Aspekte I • Geschichtliche Aspekte II • Darstellung • Ökologische Aspekte • Schulrelevanz

  45. 6. Darstellung Versuch 5 Amphoterie (Aluminiumhydroxid)

  46. 6. Darstellung Aluminiumhydroxid gehört zu den amphoteren Hydroxiden Al(OH)3 (aq) + 3 H3O+ (aq)Al3+ (aq) + 6 H2O Al(OH)3 (aq) + OH- (aq)Al(OH)4- (aq)

  47. 6. Darstellung [Al(H2O)6]3+(aq) + H2O [AlOH(H2O)5]2+(aq) + H3O+(aq) [Al(H2O)6]3+(aq) + OH-(aq) Al(OH)3 (s) ↓ Al(OH)3(s) + OH- (aq) [Al(OH)4]-(aq) Aluminiumsalze bei hohen und niedrigen pH-Werten löslich

  48. 6. Darstellung • Die Aluminiumgewinnung erfolgt in zwei • Arbeitsgängen: • Gewinnung von reinem Aluminiumoxid • (Al2O3) aus Bauxit (Bayer-Verfahren) • 2. Schmelzflusselektrolyse • (Hall-Héroult-Prozess)

  49. 6. Darstellung Bayer-Verfahren (1) Erhitzen des Bauxits mit Natronlauge Al(OH)3 (s) + NaOH (aq) Na[Al(OH)4] (aq) Fe(OH)3(aq) + NaOH (aq) Na[Fe(OH)4] (aq) (2) Dekantieren, Feinfiltration (3) Kristallisation (4) Dehydratisierung 2 Al(OH)3 (aq) Al2O3(s) + 3 H2O

  50. 6. Darstellung Hall-Héroult-Prozess Abbildung 37

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