Werkstuk Scheikunde

Geschreven door:	anoniem
Datum ingestuurd:	11 december 2002
Niveau:	3 havo
Woorden:	1899
Opvragingen:	10976 (153 deze maand)
Waardering:	Currently 3.43/5 1 2 3 4 5 3.4/5 (70 stemmen)

Download dit verslag in PDF-formaat

1 De plaatsen waar je de grondstof tegenkomt
De aarde bestaat uit 8.23% uit aluminium en aluminium is dan ook het derde element in rangorde van voorkomen. Aluminium kun je vinden tot 16 km onder de aardkorst. De belangrijkste wingebieden voor bauxiet, de grondstof van aluminium, liggen in Guinee, Australië, Brazilië, Rusland, Jamaica, Mali, Guyana, Kameroen, Griekenland, Ghana, Indonesië, Suriname, Tadzjikistan, India, de Verenigde Staten van Amerika, Dominicaanse Republiek, Sierra Leone, Slovenië, Montenegro, Bosnië-Herzegovina, Hongarije, Frankrijk en vele Afrikaanse landen. De naam van het belangrijkste erts, bauxiet, is afkomstig van het plaatsje Les Baux in Zuid-Frankrijk, waar dit mineraal (in 1821 door P. Berthier) voor het eerst werd gevonden.

2Door wie het is herkend
Aluminium werd door Sir H. Davy als element herkend, maar hij slaagde er niet in het als metaal te isoleren. De naam is afgeleid van het Latijnse alumen, wat bitter betekent. De naam is gegeven vanwege de bittere smaak van aluinsteen, dat in de Oudheid door Egyptenaren, Grieken en Romeinen werd gebruikt als bloedstelpend middel. Ook bij het verven van wol en het leerlooien werd aluin toegepast. Sir H. Davy stelde de naam aluminum voor (de naam die in Noord-Amerika nog steeds gebruikt wordt in officiële publicaties), in 1925 werd deze gewijzigd in aluminium.

3De chemische en fysische eigenschappen

Aluminium is een zilverwit metaal met een smeltpunt van 920 K-930 K en een massa van 2700kg/m3.
Aluminiumlegeringen men enkele procenten van andere metalen behoren tot de lichtste constructiematerialen. De treksterkte, hardheid en vervormbaarheid van deze legeringen variëren enorm.
Aluminium heeft van alle metalen het hoogste reflectievermogen voor licht. Rond 90% van het opvallende licht wordt teruggekaatst. Chemisch behoort aluminium tot de onedele metalen. Het staat in de spanningsreeks tussen zink en magnesium in, maar de sterke oxydehuid beschermt het metaal onvoldoende.
Aluminium is driewaardig. Wel zijn er enkele eenwaardige verbindingen bekend, maar die komen alleen bij hoge temperatuur in de gasfase voor.
Hoewel aluminium een duidelijk metaal is, komen de chemische eigenschappen sterk overeen met die van de halfmetalen. Het vormt minder gemakkelijk covalente bindingen dan borium, maar makkelijker dan beryllium. Hier heeft het veel overeenkomsten mee.
Van de aluminiumhalogeenverbindingen is alleen het fluoride AlF3 een ionogene verbinding. AlCl 3 is bijna geheel covalent, dat blijkt uit het uiterst geringe vermogen van gesmolten AlCl 3 om stroom te geleiden. Dit vermogen is zelfs 5000x kleiner dan dat van berylliumchloride BeCl2 (dit wordt nog net tot de covalente verbindingen gerekend).
Het tweeslachtige karkater van aluminium blijkt ook uit het gedrag ten opzichte van zuren en basen. Het metaal lost niet alleen op in sterke zuren, maar ook in sterke basen als natronloog en soda. Aluminium kookpannnen mogen dus niet met soda worden schoongemaakt. De snelheid waarmee aluminium wordt aangetast door zuren en basen hangt vooral af van de sterkte van het oxydehuidje. Zuiver aluminium is dan ook erg goed bestand tegen zuren en basen en wordt zelfs niet door geconcentreerd zwavelzuur aangetast.
Aluminiumpoeder of gesmolten aluminium kan als reductiemiddel voor ander metaaloxyden worden gebruikt. Dit noemt men aluminiothermie. Het bekendste hiervan is de thermietreactie, die gebruikt kan worden voor het lassen van spoorrails. De temperatuur bij deze reactie kan oplopen tot 2500°C.
Alle aluminiumzouten met covalente bindingen worden gekenmerkt doordat het metaaldeeltje maar door 6 elektronen is omgeven. Er is dus een elektronentekort ten opzichte van de edelgasstructuur. Het elektronentekort kan opgevuld worden door reactie met elektronenrijke deeltjes. Een verbinding als AICI 3 is dus volgens de definitie van Lewis een zuur. Op deze eigenschap berust de toepassing van aluminiumzouten als katalysator in de zg. Friedel en Crafts-reactie, waarbij het zout optreedt als activator van halogeenkoolstofverbindingen, die daardoor erg reactief worden

4Toepassingen als niet-ontleedbare stof (element) of als legering:
anti-afkoelingsfolie (o.a. voor te vroeg geboren baby's, sporters en slachtoffers van ongevallen), biervaten, brandstof in de ruimtevaart, bruggen, lichtmasten, ladders, pijpleidingen, capsules voor flessen,computerschijven, cryogeenvaten, cunial (legering van Cu, Ni, Al; wordt o.m. gebruikt voor scheepsschroeven), jaloezieën, keukengerei, kleurstof voor bv. suikerwaren (E173), kunstvoorwerpen (bijv. beeld van Eros op Picadilly-Circus in Londen), munten (aluminiumbrons), rails (o.a. voor HST), raketbrandstof (o.a. in de vaste brandstof voor de ‘boosters’ van de Spaceshuttle), rijwielen, zeilboten, schepen, caravans, roestwerende verf, rolluiken, schrijfmachines, stofzuigers, soldeer, spiegels en reflectoren, velgen (met 7 – 10 % Si; of met Mg/Zn: zie 12 – Magnesium), verf (metallic), woning- en utiliteitsbouw (gevelplaten, enz.)

5Waar kom je aluminium allemaal tegen
Je komt aluminium zeer vaak tegen in het dagelijkse leven een aantal voorbeelden: Het reflecterende laagje op een CD bestaat meestal uit aluminium. Oorspronkelijk werd zilver gebruikt, maar dit kan gemakkelijk aangetast worden door zwavelverbindingen uit de lucht of uit het verpakkingsmateriaal; Zowel in siervuurwerk als in knal- en flitsvuurwerk wordt poedervormig aluminium gebruikt, waardoor bij het ontbranden een helder wit licht ontstaat. Voor zogenoemde sproei- en watervaleffecten wordt aluminiumgries toegepast met een deeltjesgrootte van max. 40 m. Zowel zuiver aluminium als mengsels met magnesium (max. 50 %) zijn geschikt; Drankblikjes worden steeds meer gemaakt van een aluminiumlegering met enkele procenten (max. 5 %) magnesium. De hoeveelheid geproduceerde blikjes wordt geschat op ongeveer 100.000.000.000 jaar. De recycling begint op gang te komen, momenteel wordt ieder blikje ongeveer 3 x hergebruikt. Aluminium is licht, heeft een grote treksterkte, een goede warmtegeleiding en is goed giet- en walsbaar. Het wordt in vele auto-onderdelen verwerkt, bijvoorbeeld het motorblok, de cilinderkoppen, het carter, de zuigers, het chassis en de wielen. Ook wordt het gebruikt voor reflectoren (95 % terugkaatsend vermogen) en decoratieve onderdelen zoals omlijstingen en handgrepen. Zowel zuiver aluminium als aluminiumlegeringen zijn hiervoor geschikt. Steeds meer auto’s worden uitgerust met aluminium carrosserieonderdelen. De eerste auto met een volledige aluminium carrosserie werd in 1994 door Audi op de markt gebracht. De gemiddelde personenauto bevat ongeveer 70 kg aluminium. De gewichtsbesparing die hierdoor wordt bereikt is goed voor een beter acceleratie- en remvermogen, terwijl het brandstofgebruik afneemt; Bij de constructie van rijtuigen voor metro, tram, trein, TGV of HST, enz., worden aluminium profielen en carrosserieonderdelen gebruikt. Naast legeringen wordt steeds meer gebruik gemaakt van Hylitepanelen. Dit zijn zogenoemde sandwichpanelen met een laag polypropeen tussen twee lagen aluminium. Deze panelen leveren een gewichtsbesparing van 50 % t.o.v. staal. Om dezelfde reden werden voor de HST zeer lichte en sterke wielstellen van aluminium ontwikkeld; In de scheepsbouw wordt steeds meer gebruik gemaakt van aluminium(legeringen), omdat het materiaal licht en sterk is en corrosiebestendig. Zowel in de nieuwe generatie hogesnelheidsveerboten, als in (wedstrijd)jachten, reddings-, politie- en loodsboten wordt aluminium steeds meer toegepast. Een snelle boot met een lichte romp blijkt op den duur goedkoper; In de scheepsbouw wordt steeds meer gebruik gemaakt van aluminium(legeringen), omdat het materiaal licht en sterk is en corrosiebestendig. Zowel in de nieuwe generatie hogesnelheidsveerboten, als in (wedstrijd)jachten, reddings-, politie- en loodsboten wordt aluminium steeds meer toegepast. Een snelle boot met een lichte romp blijkt op den duur goedkoper; Voor vliegtuig- en raketonderdelen worden naast de eisen ten aanzien van sterkte en gewicht, ook zware eisen gesteld aan corrosie- en hittebestendigheid. Legeringen, met aluminium als hoofdbestanddeel worden veelvuldig toegepast. Het aluminium wordt gelegeerd met koper en magnesium, maar ook met titaan, zirkonium, vanadium en andere metalen, afhankelijk van de toepassingen; Vliegtuigvleugels worden gemaakt van een legering, bestaande uit Mg, Al en Zn. Deze legering is 20 % lichter dan puur aluminium en goed bestand tegen corrosie. Ook romp, landingsgestel en trap zijn van een dergelijke legering gemaakt; Voor de zuivering van zwembad- en rioolwater wordt aluminiumsulfaat {Al2(SO4)3} gebruikt. Door deze stof toe te voegen wordt het colloïdaal opgelost vuil, zoals resten van algen, bacteriën en huidschilfers, dat niet via de filters uit het water kan worden gehaald of verwijderd.

6DE GRONDSTOF VAN ALUMINIUM

De grondstof van aluminium is tegenwoordig bauxiet (vroeger was er ook kryoliet). Bauxiet is een grijze tot rode, harde of zachte, vormloze tot fijn kristallige massa van verschillende mineralen.
Bauxiet ontstaat door verwering van kalksteen en dolomiet (kalkbauxieten), leien, schisten, enz. in een zeer lange tijd en onder bepaalde chemische omstandigheden, klimaat, en vormen in tropische gebieden. Hier lossen dan kalium- en siliciumbestanddelen op en blijft aluminiumoxyde achter. Bauxiet bestaat dan ook uit aluminiumoxyde, ijzeroxyde, water en silicaten. De belangrijkste landen waar bauxiet wordt gewonnen zijn: Jamaica, Suriname ,Guyana, Australië, USSR, China, enkele landen rond de Middellandse Zee en Afrika Guinee.

7VAN BAUXIET NAAR ALUMINIUM

Om bauxiet in aluminium om te zetten zijn twee stappen nodig:
-het verkrijgen van zuiver Al2o3 (toonaarde)
In de hele wereld wordt hiervoor het bayerproces toegepast. Het bauxiet wordt in kleine stukjes gebroken, gedroogd, gemalen en met natronloog gemengd. Vervolgens wordt het met een temperatuur van 235°C tot 250°C verwarmd. Hier is de druk, loogconcentratie en tijdsduur afhankelijk van het soort en de vindplaats van de bauxiet. Tijdens dit proces lost het aluminiumoxide op als natriumaluminaat. De andere bestanddelen van het bauxiet, waaronde ijzer-, mangaan- en het grootste deel van het siliciumoxide, blijven onopgelost achter. Dit wordt rode modder genoemd en wordt door filtratie uit de oplossing verwijderd. Door afkoelen, verdunnen en enten van de oplossing met poedervormig aluminiumhydroxide wordt het grootste deel van het opgeloste aluminiumoxide afgescheiden als aluminiumhydroxide. Het aluminiumoxide dat nog in de vloeistof is opgelost is niet verloren, maar wordt na het op de juiste concentratie brengen van de loog, aan het begin van het proces weer gebruikt. Het verkregen aluminiumhydroxide wordt zorgvuldig gewassen en in lange draaiende buisovens gegloeid bij1200°C-1300°C, zodat al het aanhangende en chemisch gebonden water verwijderd wordt: 2Al(OH)3→Al2O3+3H2O.
Het product wat je nu overhoudt is aluminiumoxide met, afhankelijk van de soort bauxiet, weinig verontreinigingen.

8DE INVLOEDEN VAN ALUMINIUM OP DE GEZONDHEID

Een lange tijd heeft men gedacht dat aluminium niet giftig was. In de jaren zeventig was men erachter gekomen dat werknemers in de aluminiumindustrie een verhoogde kans op kanker hebben. In de jaren tachtig is men er ook achter gekomen dat aluminium schadelijke effecten heeft op het zenuwstelsel.
Ook is er bij nierpatiënten een hoger risico op hersenschade en botziekten geconstateerd. Dit komt in veel gevallen door de hoge aluminiumconcentraties in het dialysewater of een hoge aluminiumopname, door het gebruik van medicijnen.Bij mensen met de ziekte van Alzheimer is een verhoogd aluminiumgehalte in delen van de hersenen aangetoond. Men vraagt zich nu of dit verhoogd aluminiumgehalte de oorzaak van de ziekte van Alzheimer is.
Ook kan veel inademing van aluminium kwaad doen. Het gaat zich dan in de luchtwegen ophopen zodat uiteindelijk longfibrose kan ontstaan.

9Aluminium met een soda-oplossing
Los in een bekerglas in ca 15 ml. water een schepje huishoud-
soda op en voeg een strookje 5 x 5 cm huishoudaluminiumfolie toe. Als je veel aluminiunfolie toevoegt, blijft folie achter.
Verwarm het geheel voorzichtig.
Noteer de waarnemingen
Toelichting:
Deze proef sluit aan bij de het bekende gegeven dat aluminium pannen niet schoon gemaakt mogen worden met een soda (Na2CO3) oplossing.
Kampeerders krijgen hiermee soms te maken. Door de dunne bodem van de aluminium pan bakt voedsel sneller aan dan in een pan die thuis gebruikt wordt. Het schoonmaken is dan een groot probleem.
De volgende reacties spelen een rol:


Na2CO3 lost op. De oplossing reageert basisch.
CO32- (aq) + H2O(l) »» HCO3-(aq) + OH-(aq)
Het oxidelaagje lost op
Al2O3(s) + 60H-(aq) »»»» 2Al033- .3H2O(aq) amfoteer hydroxide
Het aluminium wordt opgelost


2Al(s) + 120H-(aq) »»» 2Al033- .3H2O(aq)+ 3H2(g)

10De moeilijke woorden

Colloïdaal
Toestand waarbij deeltjes zich zeer fijn verdeeld in een vloeistof bevinden, zonder dat er sprake is van een opgeloste toestand. Melk is een colloïd (je kan de vaste deeltjes van de melkwei afscheiden door zuur (bv. azijn) aan de melk toe te voegen).

carrosserie
De romp van een auto zonder zijn wielen

11Informatie bronnen


www.periodictableonline.org
en encyclopedieën uit de bibliotheek