Alumínij (iz latiskega alumen – grenka sol, galun) je kemijski element s simbolom Al in vrstnim številom 13. Je mehka, nemagnetna in kovna srebrno bela kovina. V Zemljini skorji je za kisikom in silicijem tretji najpogostejši element in najpogostejša kovina, ki tvori približno 8 % njene mase. Zaradi velike reaktivnosti je v elementarni obliki izjemno redek in omejen samo na ekstremno reduktivna okolja. Udeležen je v več kot 270 različnih mineralih.B.Z. Shakhashiri (17. marec 2008). Chemical of the Week: Aluminum . SciFun.org. University of Wisconsin. Pridobljeno 4. marca 2012. Glavna aluminijeva ruda je boksit, najpomembnejše spojine pa oksidi in sulfati.
Pomemben je predvsem zaradi majhne gostote in velike odpornosti proti koroziji, ki je posledica pasivacije površine. Njegove zlitine so ključno gradivo v letalski industriji. Pomemben je tudi na področju transporta in konstrukcij.
Zanimivo je, da kljub temu, da je v naravi zelo razširjen, nobena njegova sol ne sodeluje v nobenem presnovnem procesu nobenega živega organizma. Rastline in živali ga kljub temu dobro prenašajo.W.B. Frank (2009). Aluminum. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH. doi: 10.1002/14356007.a01_459.pub2. Njegove soli se zaradi razširjenosti in kakšne druge, morda koristne, biološke vloge še vedno preučujejo.
Zgodovina Aluminij je odkril danski fizik in kemik Hans Christian Ørsted leta 1825.
Grki so ga uporabljali tudi v zdravstvene namene, za prekrivanje ran.
Lastnosti Fizikalne lastnosti Aluminij je relativno mehka, trajna, lahka, žilava in kovna kovina s srebrnim do motno sivim sijajem, ki je odvisen od hrapavosti površine. Je nemagneten in težko vnetljiv. Neoksidirana folija aluminija je dober reflektor vidne svetlobe (odbojnost je približno 92 %) in odličen reflektor infrardečega sevanja (odbojnost je približno 98 %). Meja plastičnosti čistega aluminija je od 200 MPa do 600 MPa.I.J. Polmear (1995). Light Alloys: Metallurgy of the Light Metals. 3. izdaja. Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-340-63207-9. Ima približno tretjino gostote in prožnostnega modula železa in se zlahka strojno obdeluje, kuje, uliva in iztiska.
Osnovna celica kovinskega aluminija je ploskovno centrirana kocka.
Aluminij je dober toplotni in električni prevodnik , ki ima 59 % toplotne in električne prevodnosti bakra, vendar samo 30 % njegove gostote. Kritična temperatura njegove superprevodnosti je 1,2 K, kritično magnetno polje pa 100 gavsov (100 militesla).J.F. Cochran, D.E. Mapother (1958). Superconducting Transition in Aluminum. Physical Review 111 (1): 132–142. Bibcode: 1958PhRv..111..132C. doi: 10.1103/PhysRev.111.132.
Kemijske lastnosti Odlična korozijska obstojnost aluminija je posledica tankega površinskega sloja aluminijevega oksida, ki nastane v stiku z zrakom in ščiti kovino pred nadaljnjo oksidacijo:C. Vargel (2004). Corrosion of Aluminium. Elsevier. ISBN 0 08 044495 4.
4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3
Njegove zlitine z bakrom so manj obstojne proti koroziji zaradi galvanskih reakcij s primešanim bakrom. Obstojnost močno zmanjšajo tudi vodotopne soli, zlasti v prisotnosti drugih kovin.
V zelo kislih raztopinah reagira z vodo in tvori vodik, v močno alkalnih raztopinah pa aluminate:
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2 2 Al + 2 NaOH + 2 H2O → 2 NaAlO2 + 3 H2
Pasivna zaščita v teh primerih ni učinkovita. Korozijo aluminija povzročajo tudi kloridi, na primer natrijev klorid, kar je eden od glavnih razlogov, da se kuhinjske instalacije nikoli niso izdelovale iz aluminija.R.E. Beal (1. januar 1999). Engine Coolant Testing: Fourth Volume. ASTM International. str. 90. ISBN 978-0-8031-2610-7.
Zaradi na splošno dobre obstojnosti proti koroziji je aluminij ena od redkih kovin, ki v fino uprašenem stanju obdrži odbojnost svetlobe, zato je pogosta sestavina srebrnih zaščitnih premazov. Aluminijeva zrcala imajo med vsemi kovinami največjo odbojnost za svetlobo z valovno dolžino 200-400 nm (UV sevanje) in 3000-10000 nm (dolgovalovno IR sevanje). V vidnem delu svetlobnega spektra (400-700 nm) ga rahlo prekašata kositer in srebro, v delu spektra blizu IR sevanja pa srebro, zlato in baker.H.A. Macleod (2001). Thin-film optical filters. CRC Press. str. 158–159. ISBN 0-7503-0688-2.
Pri temperaturah pod 280 °C aluminij oksidira voda, pri čemer nastajajo vodik, aluminijev hidroksid in toplota:
2 Al + 6 H2O → 2 Al(OH)3 + 3 H2
Reakcija je zanimiva predvsem za proizvodnjo vodika iz odpadnega aluminija.Reaction of Aluminum with Water to Produce Hydrogen. U.S. Department of Energy. 1. januar 2008.
Izotopi Aluminij ima mnogo znanih izotopov z masnimi števili 21 do 42. V naravi se pojavljata samo stabilni 27Al in radioaktivni 26Al z razpolovnim časom 7,2x105 let. 27Al je udeležen z več kot 99,9 %. 26Al nastaja v ozračju z razpadom argona zaradi obstreljevanja s protoni iz kozmičnega sevanja. Aluminijevi izotopi so pomembni za datiranje oceanskih sedimentov, manganovih nodulov, ledeniškega ledu, kremena in meteoritov. Rezmerje med 26Al in 10Be se uporablja za preučevanje transporta, odlaganja in shranjevanja depozitov ter erozije na časovni skali 105 do 106 let.A.P. Dickin (2005). In situ Cosmogenic Isotopes. Radiogenic Isotope Geology. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-53017-0. Kozmogeni 26Al se je prvič uporabil za preučevanje Lune in meteoritov. Odlomki meteoritov so bili potem, ko so zapustili matična telesa, na potovanju skozi vesolje izpostavljeni intenzivnemu kozmičnemu sevanju, ki je povzročilo masovno nastajanje 26Al. Po padcu na Zemljo se je zaradi Zemljinega zaščitnega plašča nastajanje 26Al močno zmanjšalo, iz česar je mogoče izračunati čas od padca meteorita na Zemljo. Raziskave meteoritov so pokazale, da je bil 26Al pogost izotop v času nastanka planetarnega sistema. Večina znanstvenikov, ki preučujejo meteorite, je prepričanih, da je bila energija, ki se je sprostila z razpadom 26Al, odgovorna za taljenje in diferenciacijo nekaterih asteroidov po njihovem nastanku pred približno 4,55 milijarde let.R.T. Dodd (1986). Thunderstones and Shooting Stars. Harvard University Press. str. 89–90. ISBN 0-674-89137-6.
Naravna nahajališča Stabilni aluminij je nastal z zlivanjem vodika in magnezija na velikih zvezdah ali v supernovi.A.G.W. Cameron (1957). Stellar Evolution, Nuclear Astrophysics, and Nucleogenesis. 2. izdaja. Atomic Energy of Canada.
V Zemljini skorji je z 8,3 utežnimi % najpogostejši kovinski element in za kisikom in silicijem tretji najpogostejši element.N.N. Greenwood, A. Earnshaw (1997). Chemistry of the Elements. 2. izdaja. Butterworth-Heinemann. str. 217. ISBN 0080379419. Zaradi velike afinitete do kisika so najdbe elementarnega aluminija zelo redke. Pojavlja se predvsem v oksidih in silikatih. Alumosilikati so na primer glinenci, ki so najpogostejša kamnina v Zemljini skorji. Elementarni aluminij se lahko najde samo v okoljih z majhno fugasnostjo kisika, kakršne so notranjosti nekaterih vulkanov.D. Barthelmy. Aluminum Mineral Data. Mineralogy Database. Pridobljeno 9. julija 2008. Samorodni aluminij so odkrili v hladnih izvirih v severovzhodnih kontinentalnih pobočjih Južnokitajskega morja. Chen in sodelavci Z. Chen, Huang, Chi-Yue; Zhao, Meixun; Yan, Wen; Chien, Chih-Wei; Chen, Muhong; Yang, Huaping; Machiyama, Hideaki; Lin, Saulwood (2011). Characteristics and possible origin of native aluminum in cold seep sediments from the northeastern South China Sea. Journal of Asian Earth Sciences 40 (1): 363–370. Bibcode: 2011JAESc..40..363C. doi:10.1016/j.jseaes.2010.06.006. so leta 2011 postavili teorijo, da je nastal z bakterijsko redukcijo tetrahidroksialuminata ().
Aluminij se pojavlja tudi v mineralih beril, kriolit, granat, spinel in turkiz. Al2O3, onečiščen s kromom je drag kamen rubin, onečiščen z železom pa safir.
Aluminijevi minerali kljub razširjenosti aluminijevih spojin niso gospodarski vir kovinskega aluminija. Skoraj ves aluminij se proizvede iz rude boksita (AlOx(OH)3–2x), ki je nastal s preperevanjem kamnin z majhno vsebnostjo železa in silicija v tropskih klimatskih pogojih.J.F. Guilbert, C.F. Park (1986). The Geology of Ore Deposits. W. H. Freeman. str. 774–795. ISBN 0-7167-1456-6. Veliki depoziti boksita so v Avstraliji, Braziliji, Gvineji in na Jamajki. Največja rudarska področja so v Avstraliji, Braziliji, Kitajski, Indiji, Gvineji, Indoneziji, Rusiji in Surinamu.
Proizvodnja thumb|right|Kos boksita; rdečerjavo barvo mu dajejo železovi oksidi
Najpomembnejša aluminijeva ruda je boksit, ki vsebuje 30-55 % aluminijevega oksida. Ostalo je večinoma kremen in železovi oksidi, ki dajejo boksitu značilno rdečo barvo. Aluminijev oksid se iz rude pridobiva po Bayerjevem postopku, v katerem potekata naslednji glavni kemični reakciji:
Al2O3 + 2 NaOH → 2 NaAlO2 + H2O 2 H2O + NaAlO2 → Al(OH)3 + NaOH
Vmesni produkt natrijev aluminat s poenostavljeno formulo NaAlO2 je topen v zelo alkalni vodi, druge komponente (nečistoče) pa ne. Raztopina aluminijevega hidroksida se s sedimentiranjem in filtriranjem loči od rdečega blata. Hidroksid se nato izkristalizira in s kalciniranjem pretvori v aluminijev oksid – glinico.
2 Al(OH)3 → Al2O3 + H2O
thumb|Deponija rdečega blata v Stadeju, Nemčija; industrija aluminija proizvede približno 70 milijonov ton rdečega blata letno
Količina zelo alkalnega odpadnega rdečega blata dvakrat presega količino glinice.
V Sloveniji je glinico po Bayerjevem postopku proizvajala Kemična tovarna Moste v Ljubljani, ustanovljena leta 1906. Boksit so po železnici vozili iz rudnikov v Istri.Kemična tovarna Moste.
Kovinski aluminij se iz glinice proizvaja po Hall-Héroultovem postopku, ki je velik potrošnik električne energije. Glinici se kot talilo primešata kriolit (Na3AlF6) in fluorit (CaF2), ki znižata njeno tališče na 950-980 °C. Sledi elektroliza nastale taline. Na katodi se izloča kovinski aluminij
Al3+ + 3 e− → Al
na anodi pa se sprošča kisik
2 O2− → O2 + 4 e−
Nastali raztaljeni aluminij se zbira na dnu elektrolitske celice in občasno odlije v različno velike bloke, primerne za nadaljnjo predelavo. Ogljena anoda se zaradi zgorevanja s kisikom troši in jo je treba občasno zamenjati. Elektrolitske celice se obnavljajo vsakih pet do deset let, odvisno od jakosti toka.
thumb|Svetovna proizvodnja aluminija
Elektroliza aluminija je ogromen porabnik električne energije. Za kilogram aluminija se v svetovnem povprečju porabi 14,5-15,5 kWh oziroma 52-56 MJ električne energije. Najmodernejše elektrolitske peči so nekoliko varčnejše in porabijo približno 12,8 kWh/kg aluminija. V starejših elektrolizah teče pri napetosti 4-6 V tok 100-200 kA, v modernejših pa približno 350 kA.
Elektrolitski aluminij je več kot 99 %. Večjo čistočo se doseže z elektrolizo raztaljenega aluminija v elektrolitu iz natrijevega, barijevega in aluminijevega fluorida. Tako prečiščen aluminij je 99,99 %.G.E. Totten, D.S. Mackenzie (2003). Handbook of Aluminum. Marcel Dekker. str. 40. ISBN 978-0-8247-4843-2.
thumb|right| Gibanje cen aluminija 1987–2012