Hliník

Hliník, Al, je nejrozšířenější kov v zemské kůře, jeho obsah činí 8,3 %. Nacházíme ho v mnoha minerálech, např. kaolinitu [Al2(OH)4Si2O5], kryolitu Na3AlF6, spinelu MgAl2O4 a granátu [Ca3Al2(SiO4)3]. Průmyslově je nejdůležitějším minerálem bauxit, AlOOH, který byl objeven roku 1821. Využívá se jako zdroj hliníku při jeho elektrolytické výrobě.

Známe celkem 22 jeho izotopů a 4 izomery. V přírodě se vyskytuje jako téměř monoizotopický prvek 27Al s velmi malým množství radioaktivního izotopu 26Al (t1/2 = 7,2×105 roku).

Vlastnosti hliníku
Atomové číslo13Počet stabilních izotopů1
Atomová hmotnost26,9815Elektronová konfigurace[Ne] 3s2 3p1
Teplota tání [°C]660,32Teplota varu [°C]2519
Elektronegativita1,61Hustota [g.cm-3]2,7

Hliník je nejpoužívanějším neželezným kovem, v roce 2005 byla jeho celosvětová produkce 32 miliónů tun. Využívá se nejčastěji ve formě slitin. Průmyslová výroba hliníku je zachycena v tomto videu.

Pro zvýšení mechanické a chemické odolnosti se povrch hliníku často upravuje tzv. eloxováním neboli anodizací. Tímto procesem se elektrolyticky vytvoří vrstva oxidu hlinitého na povrchu čistého kovu.

Důležitým minerálem hliníku, využívaným ve šperkařství, hodinářství i optice je rubín. Jedná se o modifikaci oxidu hlinitého, čistý je průhledný, zbarvení způsobují příměsi. Jeho název je odvozen od latinského ruber, což je výraz pro červenou barvu, způsobovanou příměsí chromu. Krystaluje v klencové soustavě, těží se hlavně v Barmě, Tanzánii a Pakistánu. Další naleziště jsou Afganistánu, Austrálii, Brazílii, Indii a USA.

Oxidy

Oxid hlinitý (Al2O3) se vyskytuje v několika krystalových formách, hlavní jsou α-Al2O3 (korund), který krystaluje v těsném hexagonálním uspořádání. A druhou je γ-Al2O3 krystalizující v kubickém uspořádání jako defektní spinelová struktura.

Korund je velmi tvrdý (9 v Mohsově stupnici), chemicky i tepelně odolný, což předurčuje jeho využití jako brusný materiál i jako žáruvzdorný materiál.

Halogenidy hlinité

Známe všechny čtyři halogenidy hlinité, jedná se o pevné látky .

SloučeninaAlF3AlCl3AlBr3AlI3
Teplota tání [°C]1290192,497,8189,4

Fluorid hlinitý se připravuje reakcí oxidu hlinitého s plynným fluorovodíkem při teplotě okolo 700 °C, průmyslová výroba je založena na reakci oxidu hlinitého s kyselinou hexafluorokřemičitou (H2SiF6).

H2SiF6 + Al2O3 → 2 AlF3 + SiO2 + H2O

Využití nachází při průmyslové (elektrolytické) výrobě hliníku.

Chlorid hlinitý je nejdůležitějším halogenidem hlinitým, v čistém stavu je to bílá, krystalická látka, při manipulaci na vzduchu se jeho barva mění na žlutou. Je to silně hygroskopická sloučenina, vytváří oktaedrický kationt [Al(H2O)6]3+, ten už nelze zahříváním převést na bezvodý AlCl3, protože se rozkládá.

[Al(H2O)6]Cl3 → Al(OH)3 + 3 HCl + 3 H2O

Připravuje se reakcí hliníku s chlorem nebo chlorovodíkem za zvýšené teploty.

Poměrně zajímavá je struktura chloridu hlinitého, teorie VSEPR předpovídá planární strukturu (trojúhelník), tu pozorujeme pouze za vysoké teploty. Při teplotě tání a kousek nad ní (150–200 °C) vytváří chlorid hlinitý dimerní molekuly Al2Cl6, oba hliníky mají koordinační číslo 4.

Struktura dimerního chloridu hlinitého
Struktura dimerního chloridu hlinitého

V pevném stavu vytváří vrstevnatou strukturu, hliníky mají koordinační číslo 6.

Bromid hlinitý je dimerní v pevném stavu, tavenině i v roztoku s nekoordinujícími rozpouštědly. Stejně jako dimerní forma chloridu sestává bromid ze dvou teraedrů AlBr4, které sdílejí hranu, molekula patři do grupy symetrie D2h. Monomerní forma byla pozorována pouze v plynné fázi. Připravuje se reakcí kovového hliníku s bromovodíkem nebo bromem. Využívá se jako katalyzátor Friedel-Craftsových syntéz.

Jodid hlinitý je také silně hygroskopická látka, v pevném stavu vytváří dimerní molekuly Al2I6, podobně jako bromid a chlorid. Bezvodý se vyrábí reakcí vodíku s jódem nebo jodovodíkem. Reakce s jódem je exotermní a dochází během k ní k sublimaci nezreagovaného jódu za vzniku intenzivního fialového dýmu. Hexahydrát můžeme vyrobit reakcí hydroxidu hlinitého s kyselinou jodovodíkovou.

V roce 2017 byla publikována příprava první sloučeniny s dvojnou vazbou Al=Al.

NMR

Hliník je monoizotopický prvek, 27Al je kvadrupolární jádro s vysokou citlivostí. Pokud je jeho okolí symetrické, poskytuje úzké linie, ale se snižováním symetrie dochází k jejich rozšiřování. Jako standard se používá roztok dusičnanu hlinitého v D2O. Ve spektru je často vidět i signál pocházející ze sondy, široký hrb okolo 80 ppm.

 27Al
Spin5/2
Zastoupení v přírodě [%]100
Rozsah chemických posunů200 – -200 ppm
Citlivost vzhledem k 1H0,20689
Citlivost vzhledem k 13C1220
Rezonanční frekvence v poli 1 T11,1031
27Al NMR spektrum roztoku Al(NO3)3 v D2O
27Al NMR spektrum roztoku Al(NO3)3 v D2O, hrb okolo 80 ppm je zpúsobem hliníkem, z kterého je sestrojena měřící sonda

Interakční konstanty

Rozsahy interakčních konstant 27Al s jinýmy jádry

Spinový systém1J2J3J
27Al––1H39–2416–96
27Al––2H9
27Al––11B9
27Al––13C7–1911–15
27Al––14N22–45
27Al––15N44
27Al––19F18–20
27Al––29Si1–4
27Al––31P92–30011–53
27Al––35Cl650
27Al––81Br750

Odkazy

  1. Alkoxidy hlinité
  2. Chloridy-alkoxidy hlinité
  3. Hliník na české wikipedii
  4. Hliník na anglické wikipedii
  5. 27Al NMR
  6. Controlled step-wise isomerization of the Keggin-type Al13 and determination of the γ-Al13 structure – příprava Kegginových struktur Al13 částečnou hydrolýzou AlCl3 pomocí Ca(OH)2
  7. Recent advances in application of 27Al NMR spectroscopy to materials science

3 Replies to “Hliník”

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.