Aluminiumoxid & Aluminate. von Anne Gerten & Sabrina Huesmann

Transkript

1 Aluminiumoxid & Aluminate von Anne Gerten & Sabrina Huesmann

2 Inhalte Aluminiumoxid Eigenschaften Die Gewinnung α-al 2 O 3 γ-al 2 O 3 Aluminate Allgemein Natriumaluminat Calciumaluminat Quellen

3 Aluminiumoxid Summenformel: Al 2 O 3 weißes, geruchloses Pulver Molare Masse: 101,96 g mol -1 Schmelzpunkt: 2050 C Siedepunkt: 2980 C unlöslich in Wasser

4 Die Gewinnung Rohstoff: Bauxit Bayer-Verfahren: Bauxit wird gemahlen mit heißer NaOH umgesetzt Al(OH) 3 löst sich unter Bildung von Natriumaluminat Al(OH) 3 scheidet sich nach Verdünnen ab entwässern Ausbeute: aus 2 kg Bauxit wird 1 kg Al 2 O 3 gewonnen

5 Aluminiumoxid α-al 2 O 3 γ-al 2 O 3 Mineral Korund Rhomboedrische (triagonale) Anordnung Tonerde Kubische Anordnung

6 α-al 2 O 3 Korund ist ein Mineral Kommt relativ häufig vor Nach dem Diamant das zweithärteste Mineral Säuliger, tonnerförmiger Kristall

7 α-al 2 O 3 Kommt in natriumreichen, magmatischen Gesteinen vor Hauptsächlich in Australien, Indien, Kanada, Südafrika, Sri Lanka und den USA Seit dem 19. Jh können Korunde auch durch das Verneuil-Verfahren synthetisch produziert werden (künstliche Rubine) Durch Säuren und Basen nicht veränderbar, können erst bei 2050 C verflüssigt werden

8 α-al 2 O 3 Varietäten des Korunds sind: -Rubin kräftig rot -Saphir blau, braun, grau, rosa, gelb alles außer rot -Leukosaphir farblos -Schmirgel

9 Rubin Kommt vom lat. Rubens = rot Seit der Bronzezeit bekannt Spielte bereits in der Bibel eine Rolle Stein des Lebens und der Liebe

10 Farbe des Rubins Chrom-Ionen sitzen an den Stellen der Aluminium Atome Trotz des Chroms nicht grün, weil die Chromionen größere sind als die des Aluminiums Dadurch erfordern die d-d-übergänge mehr Energie und die Absorption wird in den kurzwelligeren Bereich verschoben Die Farberscheinung ändert sich von grün nach rot

11 Verwendung des Rubins Als Schmuckstein (mit Facetten- oder Cabochon-Schliff) Als aktives Medium in Rubinlasern Als Lagerstein in Uhrwerken Als Taststift in Koordinatenmessgerä ten

12 Saphir Kommt aus dem Griechischen und bedeutet blau Alle Farben außer rot Hohe Wärmeleitfähigkeit Können künstlich in perfekter Qualität und nahezu unbegrenzter Größe hergestellt werden

13 Farben des Saphirs Mit Eisen(II) und Titan blau Mit Eisen(III) gelb und grün Mit Vanadium violett Besonderheit: Padparadscha (Lotusblüte)

14 Verwendung des Saphirs Schmucksteine Schallplattenspieler als Tonabnehmernadel Titan-Saphir-Laser Uhrengläser Fenster von Weltraumflugkörpern

15 γ-al 2 O 3 Tonerde hygroskopisches, weißes Pulver in starken Säuren / Basen löslich ab 800 C: γ-al 2 O 3 α-al 2 O 3

16 γ-al 2 O 3 - Verwendung Als Katalysatorträger Tonerde wird in Kosmetik verwendet

17 Technische Anwendungen Elektrotechnik: Isolatoren Zündkerzen Werkzeuge: Schweißdüsen, Schleifwerkzeuge Chem. Industrie: Laborporzellan

18 Anwendung in der Medizintechnik Hüftgelenkimplantat besitzen Keramik- Kugelköpfe Festsitzender Zahnersatz

19 Aluminate Aluminium ist amphoter und löst sich daher in Säuren und Basen In Laugen gelöste Verbindungen nennt man Aluminate Sie entstehen unter anderem als Nebenprodukt beim Bayer-Verfahren Beispiele: - Natriumaluminat - Calciumaluminat - Kaliumaluminat

20 Natriumaluminat Zwei typische Reaktionen sind: - Das Auflösen von metallischem Aluminium - Die synthetische Herstellung von Aluminiumhydroxid durch Erhitzen mit Natronlauge

21 Natriumaluminat Man unterscheidet nun zwischen Natriumaluminat-Lösung und festem Natriummetaaluminat Das Natriummetaaluminat ist ein weißes, wasserunlösliches Pulver Es wird eingesetzt als Flockungsmittel in der Abwasserklärung, als Schnellhärter für Beton und zur Herstellung von Lacken und Seifen

22 Natriumaluminat Natriumaluminat-Lösungen enthalten normaler Weise 6-10% gelöstes Aluminium und ca. 20% NaOH Sie sind von größerer technischer Bedeutung Im besonderen für die Abwasserreinigung, wo sie als Fällungs- und Flockungsmittel dienen

23 Natriumaluminat Hierdurch können bei Fällungs- und Neutralisationsprozessen basische Salze entstehen Neben Chloriden auch basische Phosphate und Sulfate Natriumaluminat hat einen Sonderstatus, da bei der Verwendung keine zusätzlichen Anionen eingebracht werden und der ph-wert gehoben wird

24 Calciumaluminat Verbindungen von Calciumoxid und Aluminiumoxid unterschiedlicher Zusammensetzung Es wird unterschieden zwischem gebranntem (gesintertem) Calciumaluminat und chemisch gefälltem Calciumaluminat-Hydrat Beide Formen sind wichtig in der Bauchemie, insbesondere zum Anbinden und Verfestigen von Zement und Beton, sowie auf Grund ihrer hochen Festigkeit

25 Calciumaluminat Calciumaluminat-Hydrate: Ca 3 Al 2 (OH) 12 = Tricalciumaluminat-Hydrat Ca 4 Al 2 (OH) 14 = Tetracalciumaluminat-Hydrat Gebrannte Calciumaluminate: CaO * Al 2 O 3 [CA] 3CaO * Al 2 O 3 [C 3 A] CaO * 2 Al 2 O 3 [CA 2 ] 12CaO * 7 Al 2 O 3 [C 12 A 7 ]

26 Quellen für Materialforschung und prüfung.de Wissenschaft.de Chemie heute; Schrödel