Hliník

Hliník

Je to tretí najrozšírenejší prvok v zemskej kôre, ale väčšinou je ťažko ekonomicky dostupný. Je striebrolesklý kov s malou hustotou, kujný a ťažný, dobrý vodič elektrického prúdu, tepla a odolný voči korózii. Odolnosť hliníka voči korózii súvisí s utvorením tenkej kompaktnej vrstvičky oxidu a hydroxidu na jeho povrchu, ktorá dokonale chráni.

Pri zahrievaní na vzduchu sa hliník pri vysokej teplote oxiduje a reakcia je exotermická:
4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3 Qm = - 3350 kJ.mol-1

Taktiež je vysoko reaktívny, čiže ho v prírode nikdy nenachádzame samostatný vo „voľnom stave“. Väčšina hliníka je chemický zlúčená s prvkami od ktorých ho je ťažko oddeliť. Je schopný tvoriť kovalentné a koordinačné chemické väzby. Je akceptorom elektrónových párov.
Tvorí aj hydrátový katión Al(H2O6)3+. Napriek tomu, že hliník je kov, viaže sa s ostatnými prvkami prednostne kovalentnou väzbou, ako som už spomínala, tvorba katiónu Al3+ je energetický nevýhodná.

S halogénmi tvorí hliník halogenidy hlinité AlX3. Z nich len fluorid hlinitý AlF3 je iónovou zlúčeninou. Reakciou AlF3 s fluoridmi kovov vznikajú komplexné flurohlinitany obsahujúce anión (AlF6)3-, napr. hexafluorohlinitan Na3(AlF6) - kryolit.
Hlina obsahuje približne 25% hliníka, ktorý avšak zlúčený s kremíkom a kyslíkom v zlúčeninách, ktoré sa nazývajú kremičitany hliníka.
Oxid hlinitý Al2O3 (korud sa používa ako šmirgeľ papier, čistý korud sa nachádza v prírode ako drahokam v 3 alotropických modifikáciách: rubín, zafír, smaragd) a hydroxid hlinitý Al(OH)3 sú podobne ako elementárny hliník amfotérne látky.

Reagujú s vodnými roztokmi silných kyselín aj hydroxidov:
2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4) + 6 H2O
Al(OH)3 + 3 H3O+ → [Al(H2O6)]3+
Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4]
Al(OH)3 + OH- → [Al(OH)4]-

Redukčná schopnosť hliníka sa využíva pri získavaní niektorých kovov (Mn, Mo, Cr, V) z ich oxidov pri vysokej teplote (3000°C až 3500°C). Táto metóda sa nazýva aluminotermia.
Hliník sa získava prevažne z rudy zvanej bauxit, ktorá je bohatá na hydrátový kysličník hlinitý. Náleziska bauxitu sa nachádzajú v mnohých častiach sveta vrátane Austrálie, Jamajky, Guineji a Rusku. Hliník sa získava z bauxitu elektrolýzou – jednotlivé zložky tejto chemickej zlúčeniny sa oddeľujú s použitím elektrického prúdu. Pri tradičnom proces sa bezvodný kysličník hlinitý získaní z bauxitu rozpustí v roztavenom kryolite. Týmto roztokom prechádza elektrický prúd a vydeľuje z kysličníka hlinitého kyslík hliník. Celý proces prebieha pri teplote približne 1000°C. Kov, ktorý sa získava v roztavenom stave, sa odlieva do foriem.

Ťažba hliníka:

Významné fyzikálne vlastnosti a chemická odolnosť predurčujú hliník na rozsiahle použitie. Tým, že hliník je odolný voči korózii hodí sa na výrobu rozličných výrobkov od kuchynských fólií a nádob až po okenné rámy a obkladové panely budov.
Hustota hliníka je len asi tretina hustoty ocele. Preto sa hliník a jeho rôzne zlúčeniny používajú k výrobe ľahkých súčastí lietadiel. Hoci hliník nevedie tak dobre elektrinu ako meď, jeho použitie v kábloch narastá. Hliníkový kábel musí mať väčší prierez ako medený, čiže by mali viesť rovnako veľký prúd. Je ale lacnejší a váži len polovicu váhy medi, takže hliníkové silnoprúdové vedenie vyžaduje menej stožiarov. Hliník sa taktiež používa k poťahovaniu skla pri výrobe zrkadiel a k výrobe hliníkovej farby, ktorá sa často nanáša na iné farby ako ochranný povlak.
Hliníkové zliatiny:

Výroba hliníkových zliatin začala len nedávno, väčšina z týchto materiálov boli uvedené na trh začiatkom 20. storočia. Hliníkové zliatiny, ktoré sú vhodné pre odlievanie, obsahujú približne 15% kremíku, malé množstvo kovov, ako je meď, železo, nikel, horčík a zinok. Z týchto ľahkých zliatin sa odlievajú bloky valcov motorov súčiastky pre letecké motory a pre trupy lietadiel. Hliníkové zliatiny, ktoré sú vhodné pre ostatné obrábacie procesy, ako je kovanie, valcovanie a ťaženie, obsahujú približne až 7% horčíka apribližne 1% mangánu. Veľmi pevné hliníkové zliatiny, ktoré sa široko využívajú v leteckom priemysle, obsahujú približne 15% zinku a menšie množstvo medi, horčíka a mangánu.

Dural

Jedným z najdôležitejších objavov pri vývoji hliníkových zliatin bol jav zvaný tvrdenie starnutím. Tento jav najprv spozoroval nemecký metalurg Dr. Alfred Wilm. V roku 1909 Wilm experimentoval s hliníkovou zliatinou obsahujúcu 3,5% medi a 0,5% horčíka. Pokúšal sa učiniť túto zliatinu tvrdšou s pomocou rôznych foriem tepelného spracovania, vrátane zahrievania na približne 500°C a potom pomocou rýchleho ochladenia ponoriť do vody.
Toto spracovanie malo malý bezprostredný vplyv, ale po niekoľkých dňoch Wilm zistil, že sa táto zliatina stala omnoho tvrdšou, hoci s ňou už žiadne ďalšie spracovania nepreviedol. Dôvod pre toto stvrdnutie nebol vtedy známy, ale zliatina, ktorá sa stala známou pod názvom dural, sa začala skoro používať vo vzducholodiach a v lietadlách.

V dnešnej dobe sa tento druh zliatiny používa taktiež pri konštruovaní vesmírnych lodí a staníc. Ich zloženie je rôzne, ale obvykle sa zakladá na hliníkovej báze, ku ktorej sa pridáva 3,5 - 4,5% medi, 0,4 - 0,7% horčíka a mangánu a až 0,7% kremíka.
Medzi technické dôležité kryštalické soli hlinité patria najmä oktadekahydrát síranu hlinitého Al2(SO4)3. 18 H2O a dodekahydrát síranu draselno-hlinitého Kal(SO4)2. 12 H2O.