Bugün öğrendim ki: İngiliz bilim insanları o dönemde "alüminyum" yazımını kullanırken, Amerikalı bilim insanları başlangıçtan itibaren "alüminyum" yazımını kullanmışlardır. Çoğunluk kullanımına göre, Birleşik Krallık 1827'den sonra "alüminyum"a, ABD ise 1890'larda "alüminyum"a geçmiştir.
Diğer kullanımlar için bkz. Alüminyum (anlam ayrımı).
Atom numarası 13 (Al) olan kimyasal element
Alüminyum, 13AlAlüminyumTelaffuzAlternatif adAlüminyum (ABD, Kanada)GörünümGümüş grisi metalikStandart atom ağırlığı Ar°(Al)
26.9815384±0.0000003[2]
26.982±0.001 (kısaltılmış)[3]
Periyodik tabloda alüminyumAtom numarası (Z)13Grup13. grup (bor grubu)Periyod3. periyotBlokp-bloğuElektron konfigürasyonu[Ne] 3s2 3p1Kabuk başına elektronlar2, 8, 3Fiziksel özelliklerSTP'deki fazkatıEriyme noktası933.47 K (660.32 °C, 1220.58 °F) Kaynama noktası2743[4] K (2470 °C, 4478 °F) Yoğunluk (20 °C'de)2.699 g/cm3[5]sıvı halde (erime noktasında)2.375 g/cm3 Erime ısısı10.71 kJ/mol Buharlaşma ısısı284 kJ/mol Mol ısı kapasitesi24.20 J/(mol·K) Buhar basıncı
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k T (K)'da 1482 1632 1817 2054 2364 2790
Atomik özelliklerOksidasyon durumlarıortak: +3
−2,[6] −1,[7] 0,[8] +1,[9][10] +2[11]ElektronegatiflikPauling ölçeği: 1.61 İyonlaşma enerjileri
1.: 577.5 kJ/mol
2.: 1816.7 kJ/mol
3.: 2744.8 kJ/mol
(daha fazla)
Atomik yarıçapampirik: 143 pm Kovalent yarıçap121±4 pm Van der Waals yarıçapı184 pm Alüminyumun spektral çizgileriDiğer özelliklerDoğal oluşumilkelKristal yapıyüzey merkezli kübik (fcc) (cF4)Kafes sabitia = 404.93 pm (20 °C'de)[5]Isıl genleşme22.87×10−6/K (20 °C'de)[5]Isıl iletkenlik237 W/(m⋅K) Elektrik direnci26.5 nΩ⋅m (20 °C'de) Manyetik sıralamaparamanyetik[12] Mol manyetik duyarlılık+16.5×10−6 cm3/molGenlik modülü70 GPa Kayma modülü26 GPa Toplu modül76 GPa Ses hızı ince çubuk(haddelenmiş) 5000 m/s (oda sıcaklığında) Poisson oranı0.35 Mohs sertliği2.75 Vickers sertliği160–350 MPa Brinell sertliği160–550 MPa CAS Numarası7429-90-5 TarihAdlandırmaalumineden, alüminanın eski adıTahminAntoine Lavoisier (1782)KeşifHans Christian Ørsted (1824)Adını koyanHumphry Davy (1812[a])Alüminyum izotopları
Ana izotoplar[13] Bozunma İzotop bolluğu yarı ömür (t1/2) modu ürün 26Al iz 7.17×105 y β+ 26Mg 27Al %100 kararlı
Kategori: Alüminyum
| referanslar
Alüminyum (İngiliz Milletler Topluluğu ve tercih edilen IUPAC adı) veya alüminyum (Kuzey Amerika adı) bir kimyasal elementtir; sembolü Al ve atom numarası 13'tür. Diğer yaygın metallerden daha düşük bir yoğunluğa sahiptir, çeliğin yaklaşık üçte biri kadardır. Alüminyuma oksijen karşı büyük bir afinitesi vardır ve havaya maruz kaldığında yüzeyinde koruyucu bir oksit tabakası oluşturur. Hem rengi hem de ışığı yansıtma yeteneği bakımından gümüşe benzer. Yumuşak, manyetik olmayan ve sünektir. Yüksek oranda bulunan tek bir kararlı izotopu, 27Al vardır; bu da alüminyumu evrendeki en bol 12. element yapar. 26Al'nin radyoaktivitesi, radyometrik tarihlemede kullanılmasına yol açar.
Kimyasal olarak, alüminyum bor grubunda bir geçiş sonrası metaldir; grup için yaygın olduğu gibi, alüminyum öncelikle +3 oksidasyon durumunda bileşikler oluşturur. Al3+ alüminyum katyonu küçüktür ve yüksek oranda yüklüdür; bu nedenle daha fazla polarizasyon gücüne sahiptir ve alüminyum tarafından oluşturulan bağların daha kovalent bir karakteri vardır. Oksijene karşı alüminyumun güçlü afinitesi, doğada oksitlerinin yaygın olarak bulunmasına yol açar. Alüminyum Dünya'da esas olarak kabuktaki kayaçlarda, oksijen ve silikondan sonra en bol üçüncü element olarak, mantoda değil ve neredeyse hiç serbest metal olarak bulunmaz. Endüstriyel olarak, alüminyum mineralleri bakımından zengin bir tortul kaya olan boksitten elde edilir.
Alüminyumun keşfi, 1825 yılında Danimarkalı fizikçi Hans Christian Ørsted tarafından duyurulmuştur. Alüminyumun ilk endüstriyel üretimi, 1856 yılında Fransız kimyager Henri Étienne Sainte-Claire Deville tarafından başlatılmıştır. Alüminyum, 1886 yılında Fransız mühendis Paul Héroult ve Amerikalı mühendis Charles Martin Hall tarafından bağımsız olarak geliştirilen Hall-Héroult prosesi ile halka çok daha fazla erişilebilir hale gelmiş ve alüminyumun kitlesel üretimi endüstride ve günlük hayatta yaygın kullanımına yol açmıştır. 1954 yılında alüminyumu bakırı geride bırakarak en çok üretilen demir dışı metal haline geldi. 21. yüzyılda, ABD, Batı Avrupa ve Japonya'da en çok alüminyum taşımacılık, mühendislik, inşaat ve ambalaj sektörlerinde tüketilmiştir. Alüminyumun standart atom ağırlığı, birçok diğer metale kıyasla düşüktür,[b], bu da birçok kullanımının temelini oluşturan düşük yoğunluğunu sağlar.
Çevresel yaygınlığına rağmen, alüminyum tuzlarını metabolize eden hiçbir canlı organizma bilinmemektedir, ancak alüminyum bitkiler ve hayvanlar tarafından iyi tolere edilir. Bu tuzların bolluğu nedeniyle, bunlar için biyolojik bir rol olasılığı ilgi çekici olup çalışmalar devam etmektedir.
Fiziksel özellikler
[düzenle]
İzotoplar
[düzenle]
Ana madde: Alüminyum izotopları
Alüminyumun yalnızca bir kararlı izotopu, 27Al vardır ve bu, doğal olarak oluşan elementin tamamını oluşturur. Bu, tek sayılı atom numarasına sahip elementler için yaygındır.[c] Bu nedenle, standart atom ağırlığı için mononükleidik bir elementtir ve bu tamamen o izotop tarafından belirlenir. Alüminyum, tek kararlı izotopu (kuadrupol olmasına rağmen) yüksek bir NMR hassasiyetine sahip olduğundan, nükleer manyetik rezonans (NMR)'da yararlıdır.
Alüminyumun diğer tüm izotopları radyoaktiftir. Bunların en kararlısı, 717.000 yıllık bir yarı ömre sahip 26Al'dir: Güneş Sisteminin oluştuğu yıldızlararası ortamda kararlı 27Al ile birlikte mevcut iken (yıldız nükleosentezi ile üretildiğine inanılıyor), gezegenin oluşumundan bu yana geçen zamandan beri tespit edilebilir miktarda hayatta kalamazdı. Bununla birlikte, atmosferde argonun kozmik ışın spallasyonu sonucu hala çok az miktarda 26Al üretilmektedir. 26Al ile 10Be oranı, özellikle taşıma, birikme, tortu depolama, gömülme süreleri ve erozyon olmak üzere 105 ila 106 yıllık zaman ölçeklerinde jeolojik süreçlerin radyo tarihlemesi için kullanılmıştır.[16] Çoğu göktaşı bilimcisi, 4,55 milyar yıl önce oluşumlarından sonra bazı asteroitlerin erimesi ve farklılaşmasından 26Al'nin bozunmasıyla salınan enerjinin sorumlu olduğuna inanmaktadır.[17]
Kütle numaraları 20 ile 43 arasında değişen alüminyumun diğer bilinen izotoplarının tümünün yarı ömürleri 7 dakikadan azdır, aynı şekilde dört tespit edilen meta kararlı durum için de geçerlidir.[18]
Elektron kabuğu
[düzenle]
Bir alüminyum atomunun 13 elektronu vardır ve bunlar kararlı bir soy gaz konfigürasyonunun ötesinde üç elektronla [Ne] 3s2 3p1 elektron konfigürasyonunda düzenlenmiştir. Buna göre, alüminyumun birleşik ilk üç iyonlaşma enerjisi, yalnızca dördüncü iyonlaşma enerjisinden çok daha düşüktür. Bu tür bir elektron konfigürasyonu, grubunun diğer iyi karakterize edilmiş üyeleri olan bor, galyum, indiyum ve talyum ile paylaşılır; aynı zamanda nihonium için de beklenmektedir. Alüminyum, birçok kimyasal reaksiyonda (aşağıya bakınız) en dıştaki üç elektronunu teslim edebilir. Alüminyumun elektronegatifliği 1.61'dir (Pauling ölçeği).
Serbest bir alüminyum atomunun yarıçapı 143 pm'dir. En dıştaki üç elektron çıkarıldığında, 4-koordineli bir atom için yarıçap 39 pm'ye veya 6-koordineli bir atom için 53,5 pm'ye düşer. Standart sıcaklık ve basınçta, alüminyum atomları (diğer elementlerin atomlarından etkilenmediğinde), atomların en dıştaki elektronları tarafından sağlanan metalik bağlarla bağlanmış yüzey merkezli kübik bir kristal sistemi oluşturur; bu nedenle alüminyum (bu koşullar altında) bir metaldir.[23] Bu kristal sistemi, kurşun ve bakır gibi birçok diğer metal tarafından paylaşılır; bir alüminyum birim hücresinin boyutu, bu diğer metallerinkiyle karşılaştırılabilir.[23] Ancak sistem, grubunun diğer üyeleri tarafından paylaşılmaz: borun metalizasyona izin verecek kadar yüksek iyonlaşma enerjileri vardır, talyumun altıgen yakın paketlenmiş bir yapısı vardır ve galyum ve indiyum, alüminyum ve talyumunkiler gibi yakın paketlenmiş olmayan alışılmadık yapılara sahiptir. Alüminyumda metalik bağ için mevcut olan birkaç elektron, yumuşak olmasının, düşük erime noktasının ve düşük elektrik direncinin muhtemel bir nedenidir.
Toplu
[düzenle]
Alüminyum metalin görünümü, yüzey pürüzlülüğüne bağlı olarak gümüş beyazından mat griye kadar değişir.[d] Alüminyum aynalar, ultraviyole, görünür (gümüşle aynı seviyede)[27] ve uzak kızılötesi bölgede[28] ışık için yüksek yansıtma sağlar. Alüminyum ayrıca güneş radyasyonunu yansıtmada da iyidir, ancak havaya uzun süre güneş ışığına maruz kalmak metalin yansıtma özelliğini bozabilir;[29] alüminyum anodize edilirse, bu yüzeyde koruyucu bir oksit tabakası ekleyerek önlenebilir.[30]
Alüminyuma yoğunluğu 2,70 g/cm3 olup, çeliğin yaklaşık 1/3'ü kadardır ve diğer yaygın olarak karşılaşılan metallerden çok daha düşüktür, bu da alüminyum parçaların hafiflikleriyle kolayca tanımlanmasını sağlar. Çoğu diğer metale kıyasla alüminyumun düşük yoğunluğu, birim hücre boyutunun nükleon sayısına göre nispeten büyük olmasından kaynaklanmaktadır. Daha hafif metaller sadece 1. ve 2. grupların metalleridir ve bunlar berilyum ve magnezyum dışında yapısal kullanım için çok reaktiftir (ve berilyum çok zehirlidir).[32] Alüminyum çelik kadar güçlü veya sert değildir, ancak düşük yoğunluk havacılık sektöründe ve hafiflik ve nispeten yüksek mukavemetin çok önemli olduğu diğer birçok uygulamada bunu telafi eder.
Saf alüminyum oldukça yumuşaktır ve mukavemetten yoksundur. Çoğu uygulamada daha yüksek mukavemet ve sertliklerine sahip çeşitli alüminyum alaşımları kullanılır. Saf alüminyumun akma dayanımı 7-11 MPa iken, alüminyum alaşımlarının akma dayanımı 200 MPa ile 600 MPa arasında değişmektedir.[35] Alüminyum, %50-70[36] uzama oranına sahip sünek ve dövülebilir bir metaldir ve kolayca çekilebilir ve ekstrüde edilebilir. Ayrıca kolayca işlenebilir ve dökülebilir.
Alüminyum mükemmel bir ısı ve elektrik iletkenidir ve bakırdaki aynı akımı eşleştirmek için gereken alüminyum miktarı sadece yarısı kadar ağırlığındadır. Alüminyum, 1,2 kelvin süperiletken kritik sıcaklığına ve yaklaşık 100 gauss (10 militesla)[39] kritik manyetik alanına sahip süperiletkenlik yeteneğine sahiptir. Paramanyetiktir ve bu nedenle statik manyetik alanlardan esasen etkilenmez. Bununla birlikte, yüksek elektrik iletkenliği, girdap akımlarının indüklenmesi yoluyla alternatif manyetik alanlardan güçlü bir şekilde etkilenmesi anlamına gelir.
Kimya
[düzenle]
Ana madde: Alüminyum bileşikleri
Alüminyum, geçiş öncesi ve geçiş sonrası metallerin özelliklerini birleştirir. Daha ağır 13. grup elementleri gibi metalik bağ için birkaç mevcut elektrona sahip olduğundan, beklenenden daha uzun atom arası mesafelerle geçiş sonrası bir metalin karakteristik fiziksel özelliklerine sahiptir. Ayrıca, Al3+ küçük ve yüksek oranda yüklü bir katyon olduğundan, güçlü bir şekilde polarize edicidir ve alüminyum bileşiklerindeki bağ kovalansa doğru eğilim gösterir; bu davranış berilyum (Be2+) davranışına benzer ve ikisi çapraz bir ilişki örneği gösterir.
Alüminyumun değerlik kabuğunun altındaki temel çekirdek, önceki soy gazındakidir, oysa daha ağır 13. grup elementleri galyum, indiyum, talyum ve nihoniumun çekirdekleri ayrıca dolu bir d-alt kabuğu ve bazı durumlarda dolu bir f-alt kabuğu içerir. Bu nedenle, alüminyumun iç elektronları, daha ağır 13. grup elementlerinin aksine, değerlik elektronlarını neredeyse tamamen korur. Bu nedenle, alüminyum grubundaki en elektropozitif metaldir ve hidroksidi aslında galyumunkinden daha baziktir.[e] Alüminyum ayrıca aynı gruptaki metaloid bor ile küçük benzerlikler gösterir: AlX3 bileşikleri BX3 bileşikleriyle değerlik izolelektroniktir (aynı değerlik elektronik yapısına sahiptirler) ve her ikisi de Lewis asidi olarak davranır ve kolayca adduktlar oluşturur. Ek olarak, bor kimyasının ana motiflerinden biri düzenli ikosahedral yapılardır ve alüminyum, Al-Zn-Mg sınıfı dahil olmak üzere birçok ikosahedral kuazi kristal alaşımının önemli bir parçasıdır.
Alüminyum, termit reaksiyonunda indirgeyici ajan olarak kullanılmasına olanak sağlayan oksijene yüksek bir kimyasal afiniteye sahiptir. İnce alüminyum tozu, sıvı oksijenle temas ettiğinde patlayıcı bir şekilde reaksiyona girer; ancak normal koşullar altında alüminyum, metali oksijen, su veya seyreltik asitten daha fazla korozyondan koruyan ince bir oksit tabakası (~oda sıcaklığında 5 nm)[46] oluşturur, bu işlem pasivasyon olarak adlandırılır.[47] Alüminyum, pasivasyonu nedeniyle yükseltgen asitlerden etkilenmez. Bu, alüminyumun nitrik asit, konsantre sülfürik asit ve bazı organik asitler gibi reaktiflerin depolanmasında kullanılmasına izin verir.[48]
Sıcak konsantre hidroklorik asitte alüminyum, hidrojen açığa çıkararak su ile reaksiyona girer ve oda sıcaklığında sulu sodyum hidroksit veya potasyum hidroksitte alüminatlar oluşturur - bu koşullar altında koruyucu pasivasyon ihmal edilebilir düzeydedir.[49] Aqua regia da alüminyumu çözer.[48] Alüminyum, yaygın sodyum klorür gibi çözünmüş klorürlerden aşınır.[50] Alüminyum üzerindeki oksit tabakası ayrıca amalgamasyon nedeniyle cıva ile veya bazı elektropozitif metallerin tuzlarıyla temas ettiğinde yok edilir. Bu nedenle, en güçlü alüminyum alaşımları, alaşımlanmış bakırla galvanik reaksiyonlar nedeniyle daha az korozyona dayanıklıdır[51] ve alüminyumun korozyona dayanıklılığı, özellikle farklı metallerin varlığında sulu tuzlar tarafından büyük ölçüde azalır.
Alüminyum, ısıtıldığında çoğu ametal ile reaksiyona girerek alüminyum nitrür (AlN), alüminyum sülfür (Al2S3) ve alüminyum halojenürler (AlX3) gibi bileşikler oluşturur. Ayrıca periyodik tablodaki her gruptan metaller içeren çok çeşitli intermetalik bileşikler oluşturur.
İnorganik bileşikler
[düzenle]
Tüm alüminyum içeren mineraller ve tüm ticari olarak önemli alüminyum bileşikleri dahil olmak üzere bileşiklerin büyük çoğunluğu, alüminyumu +3 oksidasyon durumunda içerir. Bu tür bileşiklerin koordinasyon sayısı değişir, ancak genellikle Al3+ altı veya dört koordinatlıdır. Alüminyum(III)'ün neredeyse tüm bileşikleri renksizdir.
Sulu çözeltide, Al3+ yaklaşık 10−5 Ka değerine sahip heksaakua katyonu [Al(H2O)6]3+ olarak bulunur. Alüminyum hidroksit, Al(OH)3 çökeltisi oluşana kadar bu katyon proton verici olarak hareket edebildiğinden ve kademeli olarak hidrolize olabildiğinden bu tür çözeltiler asidiktir. Bu, suyun arıtılması için yararlıdır, çünkü çökelti sudaki süspanse edilmiş parçacıklara çekirdeklenir ve böylece bunları uzaklaştırır. pH'ı daha da artırmak, hidroksitin tekrar çözünmesine yol açar çünkü alüminat, [Al(H2O)2(OH)4]− oluşur.
Alüminyum hidroksit hem tuzlar hem de alüminatlar oluşturur ve asit ve alkalide, ayrıca asidik ve bazik oksitlerle füzyonda çözünür. Al(OH)3'ün bu davranışına amfoterizm denir ve çözünmeyen hidroksitler oluşturan ve hidratlı türlerinin ayrıca protonlarını verebilen zayıf bazik katyonların karakteristiğidir. Bunun bir etkisi, zayıf asitli alüminyum tuzlarının suda hidratlı hidroksit ve karşılık gelen ametal hidrüre hidrolize olmasıdır: örneğin, alüminyum sülfür hidrojen sülfür verir. Bununla birlikte, alüminyum karbonat gibi bazı tuzlar sulu çözeltide bulunur, ancak bu şekilde kararsızdır; ve halojenürler, nitrat ve sülfat gibi güçlü asitlerle tuzlar için yalnızca eksik hidroliz gerçekleşir. Benzer nedenlerle, susuz alüminyum tuzları "hidratlarını" ısıtarak yapılamaz: hidratlı alüminyum klorür aslında AlCl3·6H2O değil, [Al(H2O)6]Cl3'tür ve Al-O bağları o kadar güçlüdür ki ısıtma bunları kırmak ve Al-Cl bağları oluşturmak için yeterli değildir. Bunun yerine bu reaksiyon gözlenir:
2[Al(H2O)6]Cl3 ısı→ Al2O3 + 6 HCl + 9 H2O
Dört trihalojenür de iyi bilinmektedir. Üç daha ağır trihalojenürün yapılarının aksine, alüminyum florür (AlF3), uçucu olmaması ve çözünmezliği ve yüksek oluşum ısısı nedeniyle altı koordinatlı alüminyuma sahiptir. Her alüminyum atomu, bozulmuş oktahedral bir düzenlemede altı flor atomu ile çevrilidir ve her flor atomu iki oktahedronun köşeleri arasında paylaşılır. Bu tür {AlF6} birimleri, kriyolit, Na3AlF6[f] gibi kompleks florürlerde de bulunur. AlF3 1.290 °C (2.354 °F)'de erir ve 700 °C (1.300 °F)'de alüminyum oksidin hidrojen florür gazı ile reaksiyonuyla üretilir.
Daha ağır halojenürlerle koordinasyon sayıları daha düşüktür. Diğer trihalojenürler, dört koordinatlı alüminyum merkezleri olan dimerik veya polimeriktir.[g] Alüminyum triklorür (AlCl3), 192,4 °C (378 °F) erime noktasının altında katmanlı polimerik bir yapıya sahiptir, ancak erime üzerine Al2Cl6 dimerlerine dönüşür. Daha yüksek sıcaklıklarda, bunlar BCl3'ün yapısına benzer şekilde artan bir şekilde üçgen düzlemsel AlCl3 monomerlerine ayrışır. Alüminyum tribromür ve alüminyum triiyodür, üç fazda da Al2X6 dimerleri oluşturur ve bu nedenle faz değişimi sırasında bu kadar önemli özellik değişiklikleri göstermez. Bu malzemeler alüminyumu halojenle işlemden geçirerek hazırlanır. Alüminyum trihalojenürler birçok ek bileşik veya kompleks oluşturur; Lewis asidik doğaları, bunları Friedel-Crafts reaksiyonları için katalizör olarak kullanışlı hale getirir. Alüminyum triklorürün, antrakinonlar ve stirenin üretimi gibi bu reaksiyonu içeren önemli endüstriyel kullanımları vardır; ayrıca genellikle birçok diğer alüminyum bileşiğin öncüsü ve ametal florürleri karşılık gelen klorürlere dönüştürmek için bir reaktif (bir transhalojenasyon reaksiyonu) olarak kullanılır.
Alüminyum, kimyasal formülü Al2O3 olan, yaygın olarak alümina olarak adlandırılan tek bir kararlı oksit oluşturur.[54] Doğada korundum, α-alümina mineralinde bulunur;[55] ayrıca bir γ-alümina fazı da vardır. Kristal formu olan korundum çok serttir (Mohs sertliği 9), 2.045 °C (3.713 °F) yüksek bir erime noktasına sahiptir, çok düşük uçucu özelliğe sahiptir, kimyasal olarak inerttir ve iyi bir elektrik yalıtkanıdır, genellikle aşındırıcı maddelerde (örneğin diş macunu), refrakter malzeme olarak ve seramiklerde kullanılır, ayrıca alüminyumun elektrolitik üretiminin başlangıç malzemesidir. Safir ve yakut, diğer metallerin eser miktarlarıyla kirlenmiş saf olmayan korundumdur.
İki ana oksit-hidroksit, AlO(OH), böhmit ve diasporttur. Üç ana trihidroksit vardır: bayerite, gibbsite ve nordstrandite, bunlar kristal yapıları bakımından farklıdır (polimorflardır). Birçok diğer ara ve ilgili yapı da bilinmektedir. Bu Al-O-OH sistemlerinin çoğu, asit ve baz kullanarak çeşitli ıslak proseslerle cevherlerden üretilir. Hidroksitlerin ısıtılması korundum oluşumuna yol açar. Bu malzemeler, alüminyum üretiminde merkezi öneme sahiptir ve kendileri de son derece kullanışlıdır. Spinel (MgAl2O4), Na-β-alümina (NaAl11O17) ve tricalsiyum alüminat (Ca3Al2O6, Portland çimentosunda önemli bir mineral fazı) gibi bazı karışık oksit fazları da çok kullanışlıdır.
Normal koşullar altında tek kararlı kalkogenürler alüminyum sülfür (Al2S3), selenür (Al2Se3) ve telürür (Al2Te3)'dür. Üçü de yaklaşık 1.000 °C (1.800 °F)'de elementlerinin doğrudan reaksiyonuyla hazırlanır ve suda hızla tamamen hidrolize olarak alüminyum hidroksit ve ilgili hidrojen kalkogenürü verir. Alüminyum, bu kalkogenlere göre küçük bir atom olduğundan, bunlar çeşitli polimorflara sahip dört koordinatlı tetrahedral alüminyuma sahiptir ve wurtzite ile ilgili yapılara sahiptir, olası metal sahalarının üçte ikisi düzenli (α) veya rastgele (β) bir şekilde işgal edilmiştir; sülfür ayrıca γ-alüminayla ilgili bir γ formuna ve alüminyum atomlarının yarısının tetrahedral dört koordinasyona ve diğer yarısının üçgen bipiramidal beş koordinasyona sahip olduğu alışılmadık yüksek sıcaklıkta altıgen bir forma sahiptir.
Dört pnüktid - alüminyum nitrür (AlN), alüminyum fosfür (AlP), alüminyum arsenür (AlAs) ve alüminyum antimonür (AlSb) - bilinmektedir. Hepsi, AlN hariç hepsinin çinko blende yapısına sahip silikon ve germanyumla izolelektronik olan III-V yarı iletkenlerdir. Dörtünün de bileşen elementlerinin yüksek sıcaklıkta (ve muhtemelen yüksek basınçta) doğrudan reaksiyonuyla üretilebilir.
Alüminyum, çoğu diğer metal (çoğu alkali metal ve 13. grup metaller hariç) ile iyi alaşımlanır ve diğer metallerle 150'den fazla intermetalik bilinmektedir. Hazırlık, belirli bir oranda sabit metalleri ısıtmayı, ardından kademeli olarak soğutmayı ve tavlamayı içerir. İçlerindeki bağ ağırlıklı olarak metaliktir ve kristal yapı öncelikle paketleme verimliliğine bağlıdır.[57]
Daha düşük oksidasyon durumlarına sahip birkaç bileşik vardır. Birkaç alüminyum(I) bileşiği vardır: AlF, AlCl, AlBr ve AlI, ilgili trihalojenür alüminyumla ısıtıldığında gaz fazında ve kriyojenik sıcaklıklarda bulunur. Alüminyum monoiyodürün kararlı bir türevi, trietilamine, Al4I4(NEt3)4 ile oluşan siklik adduktur. Al2O ve Al2S de mevcuttur ancak çok kararsızdır.[58] Çok basit alüminyum(II) bileşikleri, Al metalinin oksidanlarla reaksiyonlarında kullanılır veya gözlenir. Örneğin, alüminyum monoksit, AlO, patlamadan sonra gaz fazında[59] ve yıldız emilim spektrumlarında[60] tespit edilmiştir. Daha kapsamlı bir şekilde araştırılanlar, Al-Al bağı içeren ve R'nin büyük bir organik ligand olduğu R4Al2 formülüne sahip bileşiklerdir.[61]
Organoalüminyum bileşikleri ve ilgili hidrürler
[düzenle]
Ana madde: Organoalüminyum kimyası
AlR3 ve AlR1.5Cl1.5 ampirik formülüne sahip çeşitli bileşikler mevcuttur.[62] Alüminyum trialkiller ve triariller reaktif, uçucu ve renksiz sıvılar veya düşük erime noktasına sahip katılardır. Havada kendiliğinden tutuşur ve su ile reaksiyona girer, bu nedenle bunları kullanırken önlemler alınması gerekir. Bor analoglarının aksine, genellikle dimerler oluştururlar, ancak bu eğilim dallı zincirli alkiller için azalır (örneğin Pri, Bui, Me3CCH2); örneğin, triizobutilalüminyum monomer ve dimerin bir denge karışımı olarak bulunur.[64] Trimetilalüminyum (Al2Me6) gibi bu dimerler, genellikle her iki alüminyum atomu arasında köprü görevi gören bazı alkil grupları ile dimerizasyonla oluşan tetrahedral Al merkezlerini içerir. Sert asitlerdir ve ligandlarla kolayca reaksiyona girerek adduktlar oluşturur. Endüstride, çoğunlukla Karl Ziegler tarafından keşfedildiği gibi, en önemlisi uzun zincirli dallanmamış birincil alkenler ve alkoller oluşturan "büyüme reaksiyonlarında" ve eten ve propenin düşük basınçlı polimerizasyonunda alken yerleştirme reaksiyonlarında kullanılırlar. Ayrıca Al-N bağları içeren bazı heterosiklik ve küme organoalüminyum bileşikleri de vardır.
Endüstriyel olarak en önemli alüminyum hidrür, organik kimyada indirgeyici ajan olarak kullanılan lityum alüminyum hidrür (LiAlH4)'dür. Lityum hidrür ve alüminyum triklorürden üretilebilir. En basit hidrür olan alüminyum hidrür veya alan, o kadar önemli değildir. (AlH3)n formülüne sahip bir polimerdir, bunun aksine karşılık gelen bor hidrür (BH3)2 formülüne sahip bir dimerdir.
Doğal oluşum
[düzenle]
Uzay
[düzenle]
Güneş Sistemindeki alüminyumun parçacık başına bolluğu 3,15 ppm'dir (milyonda parça).[66][h] Tüm elementler arasında on ikinci en bol elementtir ve hidrojen ve nitrojenden sonra tek sayılı atom numarasına sahip elementler arasında üçüncü en bol elementtir.[66] Alüminyumun tek kararlı izotopu olan 27Al, evrendeki on sekizinci en bol çekirdektir. Daha sonra II. tip süpernovalar olacak büyük yıldızlarda karbonun füzyonundan sonra neredeyse tamamen oluşturulur: bu füzyon 26Mg oluşturur ve bu da serbest proton ve nötronları yakalayarak alüminyum olur. Daha az miktarda 27Al, gelişmiş yıldızların hidrojen yakan kabuklarında, 26Mg'nin serbest protonları yakalayabileceği yerde oluşturulur.[67] Şu anda var olan alüminyumun tamamı hemen hemen 27Al'dir. 26Al, erken Güneş Sisteminde 27Al'ye göre %0,005 bollukta mevcuttu, ancak 728.000 yıllık yarı ömrü, orijinal çekirdeklerin hayatta kalması için çok kısadır; bu nedenle 26Al tükenmiştir.[67] 27Al'nin aksine, hidrojen yanması 26Al'nin birincil kaynağıdır ve nükleit, 25Mg çekirdeği serbest bir protonu yakaladıktan sonra ortaya çıkar. Bununla birlikte, mevcut olan iz miktardaki 26Al, yıldızlararası gazdaki en yaygın gama ışını yayıcısıdır;[67] orijinal 26Al hala mevcut olsaydı, Samanyolu'nun gama ışını haritaları daha parlak olurdu.[67]
Dünya
[düzenle]
Genel olarak, Dünya kütlece yaklaşık %1,59 alüminyum içerir (kütlece bollukta yedinci).[68] Alüminyum, evrendeki genel oranından daha büyük oranda Dünya kabuğunda bulunur. Bunun nedeni, alüminyumun kolayca oksit oluşturması ve kayaçlara bağlanması ve Dünya kabuğunda kalmasıdır, daha az reaktif metaller ise çekirdeğe batar.[67] Dünya kabuğunda alüminyum en bol metalik elementtir (kütlece %8,23[69]) ve (oksijen ve silikondan sonra) tüm elementler arasında en bol üçüncü elementtir. Dünya kabuğundaki çok sayıda silikat alüminyum içerir.[71] Buna karşılık, Dünya mantosunun kütlece sadece %2,38 alüminyum içerir.[72] Alüminyum ayrıca 0,41 μg/kg konsantrasyonunda deniz suyunda da bulunur.[73]
Oksijene olan güçlü afinitesi nedeniyle, alüminyum neredeyse hiç element halde bulunmaz; bunun yerine oksitler veya silikatlarda bulunur. Dünya kabuğundaki en yaygın mineral grubu olan feldspatlar alüminosilikatlardır. Alüminyum ayrıca beril, kriyolit, granat, spinel ve turkuaz minerallerinde de bulunur.[74] Krom ve demir gibi Al2O3'teki safsızlıklar sırasıyla yakut ve safir değerli taşlarını oluşturur.[75] Doğal alüminyum metal son derece nadirdir ve yalnızca bazı volkanların iç kısımları gibi düşük oksijen fugasiteli ortamlarda küçük bir faz olarak bulunabilir.[76] Doğal alüminyum, Güney Çin Denizi'nin kuzeydoğu kıta yamaçlarındaki soğuk sızıntılarda bildirilmiştir. Bu yatakların, tetrahidroksoalüminat Al(OH)4−'ün bakteriyel indirgenmesinden kaynaklanmış olması mümkündür.[77]
Alüminyum yaygın ve yaygın bir element olmasına rağmen, tüm alüminyum mineralleri ekonomik olarak uygulanabilir metal kaynakları değildir. Neredeyse tüm metalik alüminyum, boksit (AlOx(OH)3–2x) cevherinden üretilir. Boksit, tropikal iklim koşullarında düşük demir ve silika yatak kayasının ayrışma ürünü olarak oluşur.[78] 2017 yılında, çoğu boksit Avustralya, Çin, Gine ve Hindistan'da çıkarılmıştır.[79]
Tarih
[düzenle]
Ana madde: Alüminyumun tarihi
Alüminyumun