Glin

Glin
	magnez ← glin → krzem
	Wygląd
	srebrzystobiały
	; Widmo emisyjne glinu
	Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a.	glin, Al, 13; (łac. aluminium)
Grupa, okres, blok	13, 3, p
Stopień utlenienia	I, II, III
Właściwości metaliczne	metal
Właściwości tlenków	amfoteryczne
Masa atomowa	26,982 ± 0,001
Stan skupienia	stały
Gęstość	2700 kg/m³
Temperatura topnienia	660,32 °C
Temperatura wrzenia	2519 °C
Numer CAS	7429-90-5
PubChem	5359268
Właściwości atomowe
Promień; • atomowy; • walencyjny	; 125 (obl. 118) pm; 118 pm
Konfiguracja elektronowa	[Ne]3s23p1
Zapełnienie powłok	2, 8, 3; (wizualizacja powłok)
Elektroujemność; • w skali Paulinga; • w skali Allreda	; 1,61; 1,47
Potencjały jonizacyjne	I 577,5 kJ/mol; II 1816,7 kJ/mol; III 2744,8 kJ/mol
Właściwości fizyczne
Ciepło parowania	293,4 kJ/mol
Ciepło topnienia	10,79 kJ/mol
Ciśnienie pary nasyconej	2,42×10−6 Pa
Konduktywność	37,7×106 S/m
Ciepło właściwe	900 J/(kg·K)
Przewodność cieplna	237 W/(m·K)
Układ krystalograficzny	regularny ściennie centrowany
Twardość; • w skali Mohsa	; 2,75 (Mohs)
Prędkość dźwięku	5100 m/s (933 K)
Moduł Younga	70 GPa
Objętość molowa	10,00−6 m³/mol
Najbardziej stabilne izotopy
Niebezpieczeństwa
	Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich [dostęp 2011-10-02]
	Globalnie zharmonizowany system; klasyfikacji i oznakowania chemikaliów
	Na podstawie Rozporządzenia CLP, zał. VI; proszek stabilizowany
Niebezpieczeństwo
Zwroty H	H228, H261
Zwroty P	brak wiarygodnych danych
	Na podstawie Rozporządzenia CLP, zał. VI; proszek niestabilizowany
Niebezpieczeństwo
Zwroty H	H250, H261
Zwroty P	brak wiarygodnych danych
	NFPA 704
Na podstawie; podanego źródła	0 0 0
Numer RTECS	BD0330000
	Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą; warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
	Multimedia w Wikimedia Commons
	Hasło w Wikisłowniku

Glin (w technice: aluminium; Al, łac. aluminium) – pierwiastek chemiczny, metal z bloku p układu okresowego.

Jedynym izotopem stabilnym jest ²⁷Al.

Glin jest trzecim najpowszechniej występującym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej. Od jego symbolu (oraz symbolu krzemu) wywodzi się dawna nazwa najbardziej zewnętrznej warstwy globu – sial.

Historia

Sole i tlenki glinu znane były od zarania dziejów. Uwodniony, mieszany siarczan tego pierwiastka, ałun, był używany jako środek antyseptyczny przez starożytnych Greków. Istnienie tego pierwiastka i nazwę zasugerował Louis-Bernard Guyton de Morveau w 1761 r. W 1807 podobną sugestię wyraził Humphry Davy, który zaproponował nazwę aluminium. Istnieją kontrowersje na temat tego, kto pierwszy wyodrębnił ten pierwiastek w stanie czystym. Według jednych źródeł był to Friedrich Wöhler w 1827 r. wg innych Hans Christian Ørsted w 1825 r. Amerykanin Charles Martin Hall i Francuz Paul-Louis Toussaint Héroult w 1886 opracowali produkcję glinu na skalę przemysłową. Niezależnie od siebie opracowali metodę otrzymywania aluminium w procesie elektrolizy stopionej mieszaniny kriolitu i boksytu, obecnie znanym jako proces Halla-Heroulta^[7].

Właściwości chemiczne

Glin w stanie czystym szybko utlenia się na powietrzu, ulegając pasywacji^[8]^[9]. Pierwotnie pokrywa się warstwą Al
2O
3 o grubości kilku nm. Pod wpływem wilgoci zewnętrzna warstwa tej powłoki ulega częściowej hydrolizie i składa się z Al
2O
3 i Al(OH)
3. Natomiast wewnętrzną warstwę tworzy Al
2O
3, częściowo uwodniony do Al(O)OH. Stanowi ona ścisłą powłokę chroniącą metal przed dalszą korozją w zwykłych warunkach^[9]^[10]. Jest ona odporna na działanie roztworów wodnych o pH 4–9^[8].

Łatwo roztwarza się w rozcieńczonych roztworach mocnych kwasów (np. HCl) i zasad (np. NaOH lub KOH) wypierając wodór, np. ^[9]:

2Al + 6HCl → 2AlCl
3 + 3H
2↑

2Al + 2NaOH + 6H
2O → 2Na[Al(OH)
4] + 3H
2↑

Jego reaktywność wobec kwasu siarkowego opisywana jest różnie:

wg François Cardarelliego reaguje z rozcieńczonym H
2SO
4 z wydzieleniem wodoru^[9]:

2Al + 3H
2SO
4 → Al
2(SO
4)
3 + 3H
2↑

a ze stężonym H
2SO
4 reaguje łatwo z wydzieleniem dwutlenku siarki^[9]:

2Al + 6H
2SO
4 → Al
2(SO
4)
3 + 6H
2O + 3SO
2↑

wg Richarda J. Lewisa, Sr., reaguje jedynie z gorącym stężonym H
2SO
4, natomiast na działanie kwasu rozcieńczonego lub zimnego stężonego jest odporny^[10].

W stężonym kwasie azotowym ulega silnej pasywacji, dzięki czemu jest odporny na jego działanie^[9]^[10] i jest wykorzystywany w przemyśle do wytwarzania zbiorników do jego transportu^[9]. Z kolei z chlorowanymi węglowodorami reaguje gwałtownie^[9]. Także H
2O w wysokiej temperaturze (180 °C) utlenia glin szybko^[10].

W związkach występuje na III stopniu utlenienia, bardzo rzadko również na I i II.

Właściwości fizyczne

Jest srebrzystobiałym metalem o niskiej gęstości, bardzo dobrej kowalności i dużej plastyczności. Jest łatwy w odlewaniu i obróbce, podczas której nie tworzy iskier. Wykazuje dobre przewodnictwo elektryczne, jest paramagnetyczny. W postaci czystej jego właściwości mechaniczne są słabe, które jednak można znacząco poprawić poprzez niewielkie ilości dodatków stopowych. Cienkie powłoki naparowanego glinu są trwałymi, bardzo dobrymi zwierciadłami dla światła widzialnego i promieniowania cieplnego^[11] (czysty glin odbija do 99% światła widzialnego i do 95% podczerwieni^{[potrzebny przypis]}).

Zastosowanie

Stopy aluminium

Osobny artykuł: Stopy aluminium.

Ze względu na swoje właściwości, takie jak mała gęstość i odporność na korozję, stopy glinu z miedzią i magnezem zwane duraluminium znalazły wiele zastosowań i są używane do wyrobu szerokiej grupy produktów – od części karoserii i silników samochodów, przez poszycia i elementy konstrukcyjne samolotów, po części statków kosmicznych. Tak zwane aluminium utwardzane dyspersyjnie jest wykorzystywane w produkcji koszulek elementów paliwowych i konstrukcyjnych rdzeni niektórych badawczych reaktorów jądrowych. Stopów aluminium z manganem i magnezem używa się do produkcji puszek do napojów (stopy 3004 lub 3104 na ścianki oraz 5182 na wieczka).

Aluminium słabo pochłania neutrony termiczne (ok. 20 fm²), przez co wykorzystywane jest w technice reaktorowej na koszulki elementów paliwowych^[12].

Czysty glin

Próżniowe napylenie glinu na powierzchnię szkła lub przezroczystych tworzyw sztucznych wykorzystywane jest do produkcji luster.

Pył glinowy

Pył glinu używany jest w hutnictwie do otrzymywania metali z ich tlenków w procesie aluminotermii. Stosowana w tym procesie mieszanina glinu oraz tlenków metali jest znana pod nazwą termit. Termitu używa się do spawania rur i szyn kolejowych, a także do produkcji broni zapalającej. Jest także stosowany w materiałach wybuchowych np. amonal.

Jest też składnikiem farb metalicznych odpowiedzialnym za charakterystyczny połysk.

W syntezie chemicznej pył aluminium stosowany jest w reakcjach uwodorniania^[13] i jako zamiennik cynku w reakcji Reformatskiego^[14].

Stosowany jest również w przemyśle spożywczym, jako barwnik metaliczny. Używany jest przy srebrnych dekoracjach ciast i tortów. Parlament Europejski uznał, że dodawanie aluminium powinno być zakazane, ponieważ istnieją przesłanki, że ma związek z chorobą Alzheimera, choć do tej pory nie udało się tego jednoznacznie udowodnić.

Folia aluminiowa

Folie aluminiowe o różnej grubości stosowane są do pakowania (m.in. żywności) oraz do różnorodnych celów w technikach laboratoryjnych. Folia aluminiowa jest także wykorzystywana jako tzw. lustro lub ekran cieplny (odbijający promieniowanie podczerwone) do zapobiegania utraty ciepła. W tym celu stosuje się albo samą folię aluminiową (np. o grubości 0,05 mm), albo połączoną trwale z materiałem termoizolacyjnym.

Związki

Rubin z Indii – czerwona odmiana korundu

Najważniejsze związki glinu to tlenek glinu i amfoteryczny wodorotlenek glinu. Glin tworzy też wodorek, a tetrahydroglinian litu LiAlH₄ jest powszechnie stosowanym w chemii organicznej silnym środkiem redukującym. Duże znaczenie przemysłowe mają też aluminoksany, a zwłaszcza MAO (metylowy aluminoksan), z którego produkuje się sita molekularne, oraz powszechnie wykorzystuje jako stałe podłoże dla wielu katalizatorów. Glina i kaolin, powszechnie wykorzystywane przy produkcji ceramiki, to złożone mieszaniny glino-krzemianów.

Znaczenie biologiczne

Znaczenie dla fauny

Wodorowęglan glinu Al(HCO₃)₃, ortofosforan glinu AlPO₄ oraz krzemian glinu Al₂(SiO₃)₃ są stosowane jako leki przy nadkwasocie.

Udowodniono toksyczne działanie glinu na pacjentów z chroniczną niewydolnością nerek, jak również jego toksyczne działanie na układ krwiotwórczy. Podejrzewa się jego udział w etiopatogenezie choroby Alzheimera^[15].

W pewnych określonych warunkach dopuszczony jest do użytkowania w gastronomii, jednak w przypadku termicznej obróbki żywności, przy bezpośrednim kontakcie z wodą, glin wykazuje wysoką rozpuszczalność i w nadmiernych ilościach przenika do pożywienia. Z tego powodu w Polsce już w latach 80. systematycznie wycofywano z użytku naczynia aluminiowe i obecnie jego znaczenie jest marginalne. Nadmiar glinu nadmiernie obciąża wątrobę, a przyjmowanie dużych dawek tego pierwiastka, zwłaszcza w okresie dzieciństwa, skutkuje upośledzeniem funkcji i mniejszą wydajnością tego organu w późniejszych latach. Ponadto należy wspomnieć, że glin łatwo asymiluje się ze związkami wapnia łatwo przyswajalnego do związków trudno przyswajalnych. Dlatego też należy ograniczać jego spożycie w okresie wzrostu i rozwoju układu kostnego. Nie jest również wskazane, aby w nadmiarze spożywały go osoby w trakcie leczenia złamań i cierpiące na odwapnienie kości.

Znaczenie dla flory i gleb

Glin, podobnie jak krzem, nie jest pierwiastkiem niezbędnym dla życia roślin. Mało tego, w dużych ilościach może być toksyczny zarówno dla roślin, jak i dla zwierząt zjadających roślinę zawierającą glin. Obecność glinu w glebie związana jest z obecnością jonów H⁺. Aby pozbyć się glinu z gleby, najczęściej stosuje się równolegle neutralizacje pH oraz sadzenie roślin, które pobierają glin z gruntu w większych ilościach^[16].

Wytwarzanie

W skorupie ziemskiej występuje w znacznych ilościach, 8,2% wagowo^[17]. Wytwarzane jest z boksytu w następujących po sobie procesach:

Uwagi

↑ Podana wartość stanowi przybliżoną standardową względną masę atomową (ang. abridged standard atomic weight) publikowaną wraz ze standardową względną masą atomową, która wynosi 26,9815384 ± 0,0000003. Zob. Prohaska i in. 2021 ↓, s. 584.

Przypisy

↑ ^a ^b ^c David R.D.R. Lide David R.D.R. (red.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4-44, ISBN 978-1-4200-9084-0 (ang.).
↑ ^a ^b aluminium powder, [w:] Classification and Labelling Inventory, Europejska Agencja Chemikaliów [dostęp 2015-04-10] (ang.).
↑ Aluminum (nr 518573) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2011-10-02]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
↑ CarstenC. Dohmeier CarstenC., DagmarD. Loos DagmarD., HansgeorgH. Schnöckel HansgeorgH., Aluminum(I) and Gallium(I) Compounds: Syntheses, Structures, and Reactions, „Angewandte Chemie International Edition in English”, 35 (2), 1996, s. 129–149, DOI: 10.1002/anie.199601291 [dostęp 2023-03-29] (ang.).
↑ D.C.D.C. Tyte D.C.D.C., Red (B²Π–A2σ) Band System of Aluminium Monoxide, „Nature”, 202 (4930), 1964, s. 383–384, DOI: 10.1038/202383a0 [dostęp 2023-03-29] (ang.).
↑ ThomasT. Prohaska ThomasT. i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2021, s. 573–600, DOI: 10.1515/pac-2019-0603 (ang.).
↑ Ignacy Eichstaedt: Księga pierwiastków. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1973, s. 145–151. OCLC 839118859.
↑ ^a ^b Volkan Cicek, Bayan Al-Numan: Corrosion Chemistry. Scrivener Publishing/John Wiley & Sons, 2011, s. 24–25. ISBN 978-0-470-94307-6.
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h François Cardarelli: Materials Handbook. A Concise Desktop Reference. Wyd. 2. Springer, 2008, s. 163–164. DOI: 10.1007/978-1-84628-669-8. ISBN 978-1-84628-668-1.
↑ ^a ^b ^c ^d aluminum. W: Richard J. Lewis (Sr): Hawley’s Condensed Chemical Dictionary. Wyd. 15. John Wiley & Sons, Inc., 2007, s. 44–45. ISBN 978-0-471-76865-4.
↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics. Wyd. 88. Boca Raton: CRC Press, 2008, s. 4-3.
↑ Ryszard Szepke: 1000 słów o atomie i technice jądrowej. Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, 1982. ISBN 83-11-06723-6.
↑ T.T. Mallát T.T., Zs.Z. Bodnár Zs.Z., J.J. Petró J.J., Reduction by dissolving bimetals, „Tetrahedron”, 47 (3), 1991, s. 441–446, DOI: 10.1016/S0040-4020(01)90501-0 [dostęp 2021-08-05] (ang.).
↑ ZhenZ. Shen ZhenZ. i inni, A novel one-pot reformatsky type reaction via bismuth salt in aqueous media, „Tetrahedron Letters”, 38 (15), 1997, s. 2733–2736, DOI: 10.1016/S0040-4039(97)00456-5 [dostęp 2021-08-05] (ang.).
↑ Krystyna Starska. Glin - występowanie i właściwości toksyczne. „Roczniki Państwowego Zakładu Higieny”. 41 (3-4), s. 108, 1990.
↑ Luis M. Thompson, Frederick R. Troeh: Gleba i jej żyzność. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, 1978, s. 191–192.
↑ Aluminium. The essentials [online], WebElements Periodic Table [dostęp 2021-08-05] (ang.).

[6] Podana wartość stanowi przybliżoną standardową względną masę atomową (ang. abridged standard atomic weight) publikowaną wraz ze standardową względną masą atomową, która wynosi 26,9815384 ± 0,0000003. Zob. Prohaska i in. 2021 ↓, s. 584.

[CRC-1] David R.D.R. Lide David R.D.R. (red.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4-44, ISBN 978-1-4200-9084-0 (ang.).

[CLI-2] aluminium powder, [w:] Classification and Labelling Inventory, Europejska Agencja Chemikaliów [dostęp 2015-04-10] (ang.).

[Aldrich-US-3] Aluminum (nr 518573) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2011-10-02]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)

[Dohmeier-4] CarstenC. Dohmeier CarstenC., DagmarD. Loos DagmarD., HansgeorgH. Schnöckel HansgeorgH., Aluminum(I) and Gallium(I) Compounds: Syntheses, Structures, and Reactions, „Angewandte Chemie International Edition in English”, 35 (2), 1996, s. 129–149, DOI: 10.1002/anie.199601291 [dostęp 2023-03-29] (ang.).

[Tyte-5] D.C.D.C. Tyte D.C.D.C., Red (B²Π–A2σ) Band System of Aluminium Monoxide, „Nature”, 202 (4930), 1964, s. 383–384, DOI: 10.1038/202383a0 [dostęp 2023-03-29] (ang.).

[CIAAW-7] ThomasT. Prohaska ThomasT. i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2021, s. 573–600, DOI: 10.1515/pac-2019-0603 (ang.).

[IE-8] Ignacy Eichstaedt: Księga pierwiastków. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1973, s. 145–151. OCLC 839118859.

[Cicek-9] Volkan Cicek, Bayan Al-Numan: Corrosion Chemistry. Scrivener Publishing/John Wiley & Sons, 2011, s. 24–25. ISBN 978-0-470-94307-6.

[Cardarelli-10] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h François Cardarelli: Materials Handbook. A Concise Desktop Reference. Wyd. 2. Springer, 2008, s. 163–164. DOI: 10.1007/978-1-84628-669-8. ISBN 978-1-84628-668-1.

[Hawley-11] uminum. W: Richard J. Lewis (Sr): Hawley’s Condensed Chemical Dictionary. Wyd. 15. John Wiley & Sons, Inc., 2007, s. 44–45. ISBN 978-0-471-76865-4.

[CRC88-12] CRC Handbook of Chemistry and Physics. Wyd. 88. Boca Raton: CRC Press, 2008, s. 4-3.

[Szepke-13] Ryszard Szepke: 1000 słów o atomie i technice jądrowej. Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, 1982. ISBN 83-11-06723-6.

[Mallát-14] T.T. Mallát T.T., Zs.Z. Bodnár Zs.Z., J.J. Petró J.J., Reduction by dissolving bimetals, „Tetrahedron”, 47 (3), 1991, s. 441–446, DOI: 10.1016/S0040-4020(01)90501-0 [dostęp 2021-08-05] (ang.).

[Shen-15] ZhenZ. Shen ZhenZ. i inni, A novel one-pot reformatsky type reaction via bismuth salt in aqueous media, „Tetrahedron Letters”, 38 (15), 1997, s. 2733–2736, DOI: 10.1016/S0040-4039(97)00456-5 [dostęp 2021-08-05] (ang.).

[Starska-16] Krystyna Starska. Glin - występowanie i właściwości toksyczne. „Roczniki Państwowego Zakładu Higieny”. 41 (3-4), s. 108, 1990.

[Thompson191-17] Luis M. Thompson, Frederick R. Troeh: Gleba i jej żyzność. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, 1978, s. 191–192.

[WE-18] Aluminium. The essentials [online], WebElements Periodic Table [dostęp 2021-08-05] (ang.).

[19] Alternatywnie do skandowców zalicza się często nie lutet i lorens, lecz lantan, aktyn oraz hipotetyczny unbiun.

[20] Budowa 8. okresu jest przedmiotem badań teoretycznych i dokładne umiejscowienie pierwiastków tego okresu w ramach układu okresowego jest niepewne.

[4]

[5]

[a]

[6]

[1]

[2]

[3]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[i]

[ii]