Aluminium

aluminium

Aluminium er et grunnstoff som er et sølvhvitt metall. Det er egentlig meget reaktivt, men takket være et tynt og tett lag av aluminiumoksid på overflaten er det meget stabilt.

Aluminium er lett, og alumiumslegeringer blir stadig sterkere. Ved å erstatte stål med aluminium har biler og sykler blitt vesentlig lettere, og drivstofforbruket har blitt mindre. Hvis vår tid skulle oppkalles etter et metall, burde det vært aluminium. Vi lever ikke i jernalderen (selv om jern/stål fortsatt er svært viktig), men i aluminiumsalderen. Kanskje ville det være enda bedre å kalle det lettmetallalderen, så vi får med litium og magnesium.

Aluminium er det andre grunnstoffet i gruppe 13 i periodesystemet. Det er bare én stabil isotop av aluminium: ²⁷Al.

Drivverdige forekomster av aluminiumoksid (bauxitt) er lett tilgjengelig mange steder, men først etter 1886 har det vært teknisk mulig å fremstille metallet i større mengder.

I naturen forekommer aluminium bare som Al³⁺ i silikater og som aluminiumoksid eller hydroksid i noen mineraler. Aluminium utgjør 8,2 prosent av jordskorpen, det er bare oksygen og silisium som utgjør mer.

Aluminium produseres over hele verden. I 2017 antas verdensproduksjonen å bli ca. 200 tusen tonn. Alt i alt anslås Jordens reserver av økonomisk nyttbare bauxittforekomster til å være 15–20 milliarder tonn. Det vil være nok for noen hundre år.

Foruten å være et typisk lettmetall, kan aluminium lett formes og bearbeides ved valsing, pressing, ekstrudering, trekking og trykking. Det lar seg for eksempel valse eller hamre til folier med en tykkelse på bare 0,001 mm. Det egner seg dessuten utmerket til fremstilling av støpegods. For mange anvendelser har aluminium imidlertid ikke tilstrekkelig styrke, men styrken kan forbedres vesentlig ved legering med andre metaller. Se aluminiumlegeringer.

Den elektriske ledningsevnen til aluminium er nesten to tredeler av kobberets. Dette, sammen med tettheten på bare 2,7 g/cm³ og den lave prisen, gjør at aluminium (ofte med en stålkjerne) brukes i elektriske kraftledninger hvor tyngden spiller en vesentlig rolle i tillegg til ledningsevnen.

Aluminium korroderer ikke i luft, fordi metallet på overflaten dekkes av en tynn, sammenhengende, fastsittende og gjennomsiktig oksidfilm (tykkelse ved alminnelig temperatur 0,01 mm) som beskytter metallet mot oksidasjon. Ved eloksering kan oksidfilmen forsterkes.

Aluminium angripes av sterke syrer og baser, mens det beskyttende laget av aluminiumoksid gjør det motstandsdyktig både i kaldt og varmt vann og mot svake syrer ved alminnelige temperaturer. Når aluminium angripes av sterke syrer og baser, oksideres det av oksoniumioner i vann. Uventede baseangrep har skjedd når aluminium har kommet i kontakt med det sterkt basiske porevannet i alminnelig betong, og eksplosjonsulykker har blant annet oppstått når betongrester i båter med lagertanker i aluminium har blitt fuktig.

I sine forbindelser opptrer aluminium som det treverdig kationet Al³⁺. Siden aluminium ikke har d- eller f-elektroner, er Al³⁺-ionet i vann fargeløst. Dette gjelder også for aluminiumforbindelser, hvis det ikke inngår andre kationer eller anioner som gir opphav til farge. Mange aluminiumforbindelser, som alun, inneholder krystallvann og danner store, velutviklede krystaller ved inndampning.

I dagens fremstillingsprosess for aluminium med bauxitt som råstoff blir bauxitten først omdannet til rent aluminiumoksid (alumina) i bayerprosessen. Fra aluminiumoksidet fremstilles aluminium i en videreutviklet Hall–Héroult-prosess.

Produksjon av aluminium startet tidlig i Norge, slik det også skjedde i andre land med rikelig tilgang på billig vannkraft. Allerede i 1908 ble det første aluminiumverket satt i gang i Stongfjorden i Sunnfjord, og i 1909 ved A/S Vigelands Brug i Vennesla.

I 2014 ble det produsert 1 200 000 tonn aluminium i Norge. Det var 2,4 prosent av verdensproduksjonen.

Aluminium og aluminiumlegeringer brukes i transport- og kommunikasjonsmidler (biler, busser, jernbane- og sporvogner, fly, skip og så videre), i bygningsindustrien til tak- og veggbekledning og bærende profiler, og til innredninger og dekorative formål. I form av folier anvendes aluminium som emballasjemateriale (tuber, bokser, kapsler, lokk, innpakningsmateriale), som tråd til elektriske ledninger og kabler, som plater til fremstilling av et utall av bruksgjenstander, husholdnings- og kjøkkenutstyr, kar og beholdere til bruk i næringsmiddelfabrikker, meierier, bryggerier og så videre.

Aluminiumpulverets brennbarhet benyttes ved aluminotermisk fremstilling av metaller og ved sveising etter termittmetoden. Termitt er en blanding av aluminiumpulver og jernoksid. Ved antennelse reagerer aluminium med jernoksidet under dannelse av jern, og samtidig utvikles så sterk varme at jernet smelter. På samme prinsipp bygger aluminotermisk fremstilling av metaller som krom, mangan, vanadium med flere. Brannbomber inneholder også termitt i blanding med andre brennbare stoffer. Aluminium anvendes dessuten i fyrverkeri-industrien og i aluminiummaling.

Til tross for at aluminium er det metallet som det finnes mest av i jordskorpen, har bruken av det som metall en kort historie sammenlignet med andre metaller.

De første små korn av metallisk aluminium ble fremstilt først i 1825 av Hans Christian Ørsted. Han varmet aluminiumklorid opp med kaliumamalgam, og det aluminiumamalgamet som ble dannet, ble spaltet ved destillasjon i kvikksølv og aluminium. Ørsted trodde ikke på grunnstoffer, og var på den tiden mer opptatt av å ha funnet en sammenheng mellom magnetisme og elektrisitet, så da Friedrich Wöhler kom på besøk, overlot han til Wöhler å følge opp. Det gjorde han ved å bruke kalium som reduksjonsmiddel. Dessverre har det ført til at Wöhler av noen har blitt tilskrevet æren for å være den første som fremstilte aluminium.

Neste skritt i utviklingen av fremstilling av aluminium skyldes den franske kjemikeren Henri Sainte-Claire-Deville. Ved å redusere natriumaluminiumklorid med natrium fremstilte han i 1854 den første kompakte blokken av aluminium, og i 1855 ble dette aluminiumet vist som en av de store sensasjoner på verdensutstillingen i Paris. Da var det nye metallet mer verdt enn gull. Det var derfor i sannhet en kostelig gave keiser Napoleon 3 mottok da han fikk overrakt et middagsservise i aluminium. Bare hedersgjestene ved de store gallamiddager fikk maten servert på aluminiumstallerkener. (Tenk på det neste gang du går på tur!) De øvrige gjestene måtte nøye seg med gulltallerkener.

Frem til 1890 var bare 200 tonn aluminium fremstilt etter Devilles metode. Større kvanta ble først tilgjengelig etter 1886 da Hall–Héroult-prosessen ble utviklet.

Humphry Davy ga grunnstoffet med atomnummer 13 navnet aluminum.

IUPAC endret navnet til aluminium, slik at grunnstoffet, et metall, fikk navn som ender på -ium på samme måte som andre grunnstoffer som er metaller i sin stabile form.

I 1925 vedtok det amerikanske kjemiske selskapet (ACS) å gå tilbake til det opprinnelige navnet, aluminum. Dette navnet brukes fortsatt i USA, mens resten av verden følger IUPAC og kaller grunnstoffet aluminium.

I fordøyelsessystemet hindrer aluminium opptak av fluorider, fosfater, kalsium og jern. I blodet kan aluminium føre til alvorlige nevrologiske symptomer. EU-regler setter grenseverdi 200 μg/dm³ for aluminium i vann. Bruk av aluminiumkokekar og lignende er ansett som helt ufarlig i denne sammenhengen.

I sur jord finnes Al³⁺ som hemmer vekst av røtter, ødelegger rotsystemet og begrenser planteproduksjonen, spesielt i tropiske områder. I jord med organisk materiale kan chelatorer (organiske forbindelser som binder et metall til seg og forandrer tilgjengeligheten eller giftigheten av metallet, for eksempel humus) redusere konsentrasjonen av fritt aluminium. Al³⁺ kan danne kompleks med organiske syrer som for eksempel eplesyre (malat) og sitronsyre, og aluminium kan felles ut i reaksjon med uorganiske og organiske fosforforbindelser. Noen kultivarer av landbruksvekster lager proteiner som skilles ut fra rotspissene og gir økt aluminiumtoleranse.

Produksjon angitt i 1000 tonn