Výskyt Hliníku v Přírodě a Jeho Vlastnosti

Hliník (chemická značka Al, latinsky Aluminium) je neušlechtilý stříbřitě šedý, nestálý, kujný kov, elektricky velmi dobře vodivý. Při teplotách pod 1,18 K je supravodivý. Atomy tvoří kovové krystaly tvořené krychlovými plošně centrovanými elementárními buňkami, což odpovídá nejtěsnějšímu uspořádání kulových atomů.

Chemický prvek hliník je na čerstvém řezu stříbřitě bílý, lesklý a velice lehký kov. Krystalizuje v kubické krystalografické soustavě. Na vzduchu se povrch hliníku poměrně rychle pokrývá vrstvou oxidu Al2O3.

Hliník je třetím nejvíce zastoupeným prvkem v zemské kůře. Podle posledních dostupných údajů tvoří hliník 7,5-8,3 % zemské kůry.

Vlastnosti Hliníku

Hliník je prvek s amfoterním charakterem. S halogeny se slučuje přímo, reakce jsou silně exotermní, s kapalným bromem reaguje práškový hliník prudce za vývoje plamene. Se selenem a tellurem reaguje explozivně za vzniku selenidu Al2Se3 a telluridu Al2Te3.

Ve sloučeninách se hliník nejčastěji vyskytuje v ox. stavu III, sloučeniny jednomocného a dvoumocného hliníku jsou méně obvyklé. Nejdůležitější sloučeninou jednomocného hliníku je nestabilní chlorid hlinný AlCl, který je meziproduktem při chemické rafinaci hliníku. Vodné roztoky hlinitých solí jsou bezbarvé, nerozpustné hlinité sloučeniny jsou bílé látky. Díky své značné afinitě ke kyslíku, vytěsňuje hliník některé kovy z jejich oxidů.

Čtěte také: Přírodní zdroje soli

Kvalitativní důkaz hlinitých iontů se provádí 1% lihovým roztokem alizarinu (Turecká červeň), který v amoniakálním prostředí poskytuje fialové nebo červené sraženiny. Kvalitativní stanovení hliníku je možné provádět komplexometrickou titraci, indikátorem bývá 0,4 % roztok Chromazurolu ve vodě.

V přírodě se hliník v ryzí formě obvykle nevyskytuje, sloučeniny hliníku jsou rozptýleny v zemské kůře. Obsah hliníku zde činí 7,47 % hmot. Přírodní hliník je směsí stabilního izotopu 27Al a malého množství radioaktivního izotopu 26Al (poločas rozpadu 7,17.105 let), který vzniká v horních vrstvách atmosféry bombardováním atomů argonu částicemi kosmického záření - kosmogonický hliník.

Výskyt a Těžba Bauxitu

Mezi nejdůležitější minerály hliníku patří orthorombický boehmit Al2O3·H2O a monoklinický gibbsit Al2O3·3H2O (hlavní složky bauxitu), kryolit Na3AlF6 a korund Al2O3. Nejběžnější horninou na bázi hliníku je bauxit, Al2O3 · 2 H2O. Z hlediska geneze ložisek se rozlišují dva typy bauxitu, méně kvalitní primární zvětralinový autochtonní bauxit, vázaný na matečnou horninu a kvalitnější sekundární sedimentární alochtonní bauxit, který tvoří sedimentární vrstvy z materiálu připlaveného ze značné dálky.

I když to poloha hliníku v elektrochemické řadě napětí teoreticky vylučuje, byl v roce 1978 učiněn ojedinělý nález ryzího hliníku v okolí sopky Tolbačik na Kamčatce v Rusku. V roce 1983 byl obdobný nález učiněn v pegmatitech pohoří Rila v Bulharsku.

Světová těžba bauxitu dosáhla v roce 2012 hodnoty 263 Mt, nejvíce bauxitu vytěžila Austrálie (73 Mt), Čína (48 Mt), Brazílie (34 Mt) a Indonesie (30 Mt). Z evropských zemí nejvíce bauxitu produkuje Řecko - 2 Mt. Ověřené těžitelné zásoby bauxitu jsou 28 Gt, největší zásoby má Guinea (7,4 Gt), Austrálie (6 Gt), Brazílie (2,6 Gt), Vietnam (2,1 Gt) a Jamajka (2 Gt).

Čtěte také: Výskyt rtuti v přírodě

Čistý oxid hlinitý pro elektrolýzu se připravuje různými metodami, které se volí podle křemíkového modulu bauxitu. Křemíkový modul bauxitu je poměr hmotnosti oxidu hlinitého k hmotnosti oxidu křemičitého. Kvalitní bauxity dosahují hodnoty křemíkového modulu vyšší než 10. Bauxit s hodnotou křemíkového modulu nižší než 3 není pro výrobu oxidu hlinitého vhodný.

Pro bauxity s hodnotou 3-10 se používá alkalická spékací metoda, která spočívá ve vypalování bauxitu, vápence a sody v rotační peci. Pro bauxity s křemíkovým modulem vyšším než 10 se používá mokrý, Bayerův způsob přípravy oxidu hlinitého, který spočívá v rozkladu mletého, žíhaného bauxitu hydroxidem sodným za zvýšeného tlaku a teploty v autoklávech různé konstrukce. Vzniklý roztok hlinitanu sodného se filtrací zbaví nečistot (Fe(OH)2, hydratovaný SiO2), podrobí hydrolýze a rozkladu pomocí oxidu uhličitého, následně se kalcinuje na oxid hlinitý.

Méně používaný je kyselý způsob přípravy oxidu hlinitého, při kterém se na rudu působí roztokem minerálních kyselin. Hliník přechází do roztoku jako hlinitá sůl příslušné kyseliny. Buchnerův způsob přípravy oxidu hlinitého spočívá v loužení rudy kyselinou dusičnou v autoklávu. Vzniklý dusičnan hlinitý se čistí frakční krystalizací, následnou kalcinací vzniká oxid hlinitý a kyselina dusičná, která se vraci do procesu. Goldschmidtův způsob využívá loužení rudy kyselinou siřičitou. Haglundův způsob spočívá v tavení rudy, pyritu a uhlí v elektrické peci, hliník přechází do strusky ve formě oxidu a sulfidu, struska plave na slitině železa a křemíku.

Kromě elektrolytického způsobu je také možná karbotermická výroba hliníku z oxidu hlinitého. Karbotermická redukce se provádí koksem v šachtové nebo elektrické obloukové peci za teplot přes 2000°C. Další možností je tzv. Tóthův proces, který je založen na redukci chloridu hlinitého manganem. Vstupní surovinou není bauxit, ale kaolín a jíly se zvýšeným obsahem hliníku.

Surový elektrolytický hliník dosahuje čistoty 99,5%, pro zvláštní účely se dále elektrolyticky nebo chemicky rafinuje až na čistotu 99,999%. Při chemické rafinaci se na roztavený surový hliník při teplotě 1200°C působí parami chloridu hlinitého za vzniku chloridu hlinného AlCl. Vzniklý subchlorid se po ochlazení na 700°C rozkládá zpět na chlorid hlinitý a čistý tekutý hliník, chlorid hlinitý se recykluje. Tento postup se nazývá subchloridová metoda rafinace hliníku. Mezi další metody rafiance hliníku patří např. vakuový způsob, k odstranění vodíku se používá probublávání argonem a dalšími inertními plyny. Na velmi vysokou čistotu se hliník rafinuje speciálními postupy mezi které patří např. a k výrobě některých kovů aluminotermickým způsobem (titan, chrom, mangan).

Čtěte také: Recyklace kyseliny tereftalové

Světová Produkce Hliníku

Celosvětová výroba hliníku se dnes pohybuje okolo 45 Mt. V roce 2012 nejvíce hliníku vyrobila Čína (19 Mt), Rusko (4,2 Mt), Kanada (2,7 Mt), Austrálie (1,9 Mt) a USA (2 Mt).

Využití Hliníku

Hliník nalézá uplatnění především díky své poměrně značné chemické odolnosti a nízké hmotnosti. Proto se z jeho slitin vyrábějí například některé drobné mince, ale i běžné kuchyňské nádobí a příbory. Po vyválcování do tenké fólie se s ním setkáme pod názvem alobal při tepelné úpravě pokrmů nebo jako ochranného obalového materiálu pro nejrůznější aplikace. Společně se stříbrem slouží hliník ve formě velmi tenké fólie jako záznamové médium v kompaktních discích (CD) ať již pro záznam zvuku nebo jako paměťové médium ve výpočetní technice. Vzhledem k poměrně dobré elektrické vodivosti se hliníku užívá jako materiálu pro elektrické vodiče. Díky své elektropozitivitě má hliník značnou afinitu ke kyslíku a ochotně s ním reaguje.

Oproti použití mědi má ovšem některé nevýhody: Hliník je křehčí, vodič se např. opakovaným ohybem snadno zlomí. Průchodem proudu se zahřívá a zvětšuje svůj objem. Pokud je hliníkový vodič spojen mechanicky s jiným vodičem kupříkladu pomocí šroubu, pak toto roztažení nemůže probíhat všemi směry stejně. Není-li spoj optimálně navržen, dojde k plastické deformaci měkkého hliníku. Při ochlazení, tedy když proud přestane vodičem protékat, se naopak smrští rovnoměrně ve všech směrech, což způsobí, že se šroubované kontakty poněkud uvolní, čímž se zvýší jejich přechodový odpor, který následně vede ke zvýšenému zahřívání. Navíc se hliníkový vodič vlivem působení vzdušného kyslíku potahuje vrstvičkou nevodivého Al2O3 a vinou toho se přechodový odpor mezi vodičem a svorkovnicí dále zvyšuje. Tyto vlastnosti vedly v posledních letech k omezení používání hliníku ve prospěch mědi zejména v domovních rozvodech.

Nejdůležitější je však uplatnění hliníku ve formě slitin, z nichž bezesporu nejznámější je slitina s hořčíkem, mědí a manganem, známá jako dural. Tento materiál má oproti samotnému hliníku mnohem větší pevnost a tvrdost při zachování velmi malé hustoty. Zároveň jsou i značně odolné vůči korozi.

Nejvýznamnější sloučeninou hliníku je oxid hlinitý, Al2O3. Krystalický Al2O3 má název korund a k jeho základním vlastnostem patří mimořádná tvrdost a chemická odolnost. V přírodě se nachází v řadě různých modifikací, drahokamy safír a rubín jsou zmíněny v předchozí kapitole. Chemicky připravený oxid hlinitý se označuje názvem alumina. Podle podmínek výroby vykazuje tento materiál různé fyzikální vlastnosti, základní typy aluminy se označují jako alfa, beta a gama. Nejvýznamnější uplatnění nalézá alumina v chemickém průmyslu jako inertní nosič katalyzátorů v organické i anorganické syntéze. Příkladem mohou být hydrogenační katalyzátory na bázi elementární platiny, pracující za teplot přes 300 °C a tlaků desítek atmosfér. Speciálně upravená alumina nanesená v tenké vrstvě na inertním nosiči slouží pro separaci organických sloučenin chromatografií na tenké vrstvě.

Sloučeniny Hliníku

Chlorid hlinitý, AlCl3 je velmi významný průmyslový katalyzátor v oboru organické syntézy. Uplatňuje se zde jako Lewisovská kyselina, jejíž působením dochází vnášení alkylových skupin na aromatické jádro nebo halogenaci uhlovodíků do předem zvolené polohy.

Fluorid hlinitý AlF3 a fosforečnan hlinitý AlPO4 patří mezi velmi málo rozpustné sloučeniny hliníku. Octan hlinitý Al(CH3COO)3 se používá v lékařství jako účinná látka v mastech proti otokům.

Hliník nemá použití v organismech, ať již rostlinné nebo živočišné, navzdory jeho značnému zastoupení v zemské kůře. Při pH 6-9 (relevantní pro většinu lidského těla), hliník je vysrážen ve formě hydroxidu a tedy není dostupný ve formě solí. Hliník není klasifikován jako karcinogen dle Ministerstva zdravotnictví a sociální péče Spojených států amerických.

Hliník a Zdraví

Jako kritický účinek považuje Evropský úřad pro bezpečnost potravin možné negativní ovlivnění vývoje nervové soustavy. Podle provedených výzkumů byly zjištěny nadměrné koncentrace hliníku v mozku lidí s Alzheimerovou chorobou. Některé studie oponují, že se to nepodařilo prokázat.

Poměrně diskutovaným problémem je riziko používání hliníkového nádobí a příborů při přípravě a konzumaci potravy. Je pravda, že v podmínkách, kdy se potraviny běžně tepelně upravují i konzumují, je hliník nejstálejší a prakticky nerozpustný. V neutrálním prostředí běžné pitné vody o pH = 7 je hliníkový povrch perfektně stabilní a bezpečný.

Problém nastává, když je například vařený pokrm okyselen například octem. Kromě toho se v poslední době stále mírně zvyšuje kyselost pitné vody, především v důsledku kyselých dešťů. Pak může skutečně nastat situace, kdy se z hliníkových nádob bude uvolňovat hliník při každém použití.

tags: #vyskyt #hliniku #v #prirode

Oblíbené příspěvky:

• Praha a Změny Klimatu
• Snížení emisí skleníkových plynů
• Živelné pohromy: statistiky
• Eko-tvorba žáků: Inspirace
• Průvodce výběrem dvojitých košů