alumiini on booriryhmään kuuluva hopeanvalkoinen, pehmeä, ei-magneettinen, sitkeä metalli. Massaltaan alumiini muodostaa noin 8% maankuoresta; se on hapen ja piin jälkeen kolmanneksi runsain alkuaine ja kuoren runsain metalli, joskin se on harvinaisempi alla olevassa vaipassa.
noin 70 prosenttia kaupallisista siviili-ilma-aluksista on valmistettu alumiiniseoksista, ja ilman alumiinia siviili-ilmailu ei olisi taloudellisesti kannattavaa. Alumiinia louhitaan tärkeimmästä malmista, bauksiitista. Merkittäviä bauksiittiesiintymiä on ympäri Australiaa, Karibiaa, Afrikkaa, Kiinaa ja Etelä-Amerikkaa.
alumiinin protonit ja neutronit
alumiini on alkuaine, jonka järjestysluku on 13 eli sen ytimessä on 13 protonia. Protonien kokonaismäärää ytimessä kutsutaan atomin järjestysluvuksi ja sille annetaan tunnus Z. ytimen sähkövaraus on siis +Ze, jossa e (alkeisvaraus) on yhtä kuin 1,602 x 10-19 coulombia.
neutronien kokonaismäärää atomin ytimessä kutsutaan atomin neutroniluvuksi ja sille annetaan tunnus N. Neutroniluku Plus järjestysluku on yhtä kuin atomimassaluku: N+Z=A. neutroniluvun ja järjestysluvun erotus tunnetaan neutroniylimääränä: D = N – Z = A – 2z.
stabiileille alkuaineille on yleensä olemassa erilaisia stabiileja isotooppeja. Isotoopit ovat nuklideja, joilla on sama järjestysluku ja jotka ovat siten sama alkuaine, mutta eroavat neutronien lukumäärässä. Alumiinin tyypillisten isotooppien massaluvut ovat 27.
alumiinin Pääisotoopit
alumiinin isotoopeista vain 27al on stabiili. Tämä vastaa sitä, että alumiinilla on pariton järjestysluku. Vain 27al (stabiili isotooppi) ja 26al (radioaktiivinen isotooppi, t1/2 = 7,2×105 y) esiintyvät luonnossa, mutta 27al käsittää lähes kaiken luonnon alumiinin. 26alia lukuun ottamatta kaikkien radioisotooppien puoliintumisajat ovat alle 7 minuuttia, useimpien alle sekunnin.
Alumiini-27 koostuu 13 protonista, 14 neutronista ja 13 elektronista. Se on ainoa alumiinin alkuisotooppi eli ainoa, joka on ollut maapallolla nykyisessä muodossaan planeetan muodostumisen jälkeen. Lähes kaikki maan alumiini on tätä isotooppia, mikä tekee siitä mononuklidisen alkuaineen
Alumiini-26 koostuu 13 protonista, 13 neutronista ja 13 elektronista. Kosmogeeninen alumiini-26 sovellettiin ensimmäisen kerran kuun ja meteoriittien tutkimuksissa. Kun meteoriitin kappaleet ovat lähteneet emoruumiistaan, ne altistuvat voimakkaalle kosmisten säteiden pommitukselle matkallaan avaruudessa, mikä aiheuttaa huomattavaa 26al: n tuotantoa. Maahan putoamisen jälkeen ilmakehän suojaus suojaa meteoriitin kappaleita 26Al: n jatkotuotannolta, ja sen hajoamista voidaan sitten käyttää meteoriitin maanpäällisen iän määrittämiseen.
stabiilit isotoopit
| isotooppi | runsaus | Neutroniluku |
| 27Al | 100% | 14 |
tyypillisiä epävakaita isotooppeja
| isotooppi | puoliintumisaika | hajoaminen Moodi | tuote |
| 26Al | 7, 17×105 y | positronin hajoaminen | 26 mg |
| 28Al | 2.245(5) min | beetahajoaminen | 28Si |
elektronit ja elektronikonfiguraatio
elektronien lukumäärä sähköisesti neutraalissa atomissa on sama kuin protonien lukumäärä ytimessä. Näin ollen alumiinin neutraalissa atomissa elektronien määrä on 13. Kuhunkin elektroniin vaikuttavat positiivisen ydinvarauksen tuottamat sähkökentät ja atomissa toisiin (Z – 1) negatiivisiin elektroneihin.
koska elektronien lukumäärä ja niiden järjestely ovat vastuussa atomien kemiallisesta käyttäytymisestä, järjestysluku tunnistaa eri kemialliset alkuaineet. Näiden elektronien konfiguraatio seuraa kvanttimekaniikan periaatteista. Elektronien lukumäärä kunkin alkuaineen elektronikuorissa, erityisesti uloimmassa valenssikuoressa, on ensisijainen tekijä sen kemiallisen sidoskäyttäytymisen määrittämisessä. Jaksollisessa järjestelmässä alkuaineet on lueteltu kasvavassa järjestysluvussa Z.
alumiinin elektronikonfiguraatio on 3S2 3p1.
mahdolliset hapetustilat ovat -2; -1; +1; +2; +3.
alumiiniatomilla on 13 elektronia, jotka ovat järjestyneet 3S2 3p1: n elektronikonfiguraatiolle, ja kolme elektronia ylittää vakaan jalokaasukonfiguraation. Alumiini voi suhteellisen helposti luovuttaa kolme ulointa elektroniaan monissa kemiallisissa reaktioissa (KS.alla). Alumiinin elektronegatiivisuus on 1,61 (Pauling-asteikko). Valtaosa yhdisteistä, mukaan lukien kaikki alumiinia sisältävät mineraalit ja kaikki kaupallisesti merkittävät alumiiniyhdisteet, on alumiinia hapetustilassa 3+. Tällaisten yhdisteiden koordinaatioluku vaihtelee, mutta yleensä Al3+ on joko kuusi-tai nelikoordinaatisto. Lähes kaikki alumiini(III) – yhdisteet ovat värittömiä.
yleisin alumiiniseos
yleensä 6000-sarjan alumiiniseokset seostetaan magnesiumin ja piin avulla. Metalliseos 6061 on yksi 6000-sarjan käytetyimmistä seoksista. Sillä on hyvät mekaaniset ominaisuudet, se on helppo koneistaa, se on hitsattava ja se voi olla Sademäärä karkaistu, mutta ei suuria vahvuuksia, jotka 2000 ja 7000 voivat saavuttaa. Sillä on erittäin hyvä korroosionkestävyys ja erittäin hyvä hitsattavuus, vaikka se vähentää lujuutta hitsausalueella. 6061: n mekaaniset ominaisuudet riippuvat suuresti materiaalin temperasta eli lämpökäsittelystä. Verrattuna 2024-metalliseokseen 6061 on helpommin työstettävä ja kestää korroosiota myös pinnan hiontuessa.
A protoni on yksi aineesta koostuvista subatomisista hiukkasista. Maailmankaikkeudessa protoneja on runsaasti, ja ne muodostavat noin puolet kaikesta näkyvästä aineesta. Sen positiivinen sähkövaraus (+1e) ja lepomassa on 1,67262 × 10-27 kg (938,272 MeV/C2)— marginaalisesti kevyempi kuin neutronin, mutta lähes 1836 kertaa suurempi kuin elektronin. Protonin keskimääräinen neliösäde on noin 0,87 × 10-15 m eli 0,87 fm, ja se on spin – ½ fermioni.
protonit esiintyvät tyypillisten atomien ytimissä yhdessä neutraalien vastineidensa, neutronien kanssa. Neutronit ja protonit, joita yleisesti kutsutaan nukleoneiksi, ovat sitoutuneet toisiinsa atomiytimessä, jossa niiden osuus atomin massasta on 99,9 prosenttia. Korkeaenergisen hiukkasfysiikan tutkimus 1900-luvulla paljasti, ettei neutroni eikä protoni ole Materian pienin rakennuspalikka.
neutroni on yksi aineesta koostuvista subatomisista hiukkasista. Maailmankaikkeudessa neutroneja on runsaasti, ja ne muodostavat yli puolet kaikesta näkyvästä aineesta. Sillä ei ole sähkövarausta ja sen lepomassa on 1,67493 × 10-27 kg—marginaalisesti suurempi kuin protonin, mutta lähes 1839 kertaa suurempi kuin elektronin. Neutronin keskimääräinen neliösäde on noin 0,8×10-15 m eli 0,8 fm, ja se on spin-½ fermioni.
atomiytimet koostuvat protoneista ja neutroneista, jotka vetävät toisiaan puoleensa ydinvoiman kautta, kun taas protonit hylkivät toisiaan sähköisen voiman kautta positiivisen varauksensa vuoksi. Nämä kaksi voimaa kilpailevat, mikä johtaa eri vakautta ytimet. On vain tiettyjä neutronien ja protonien yhdistelmiä, jotka muodostavat stabiileja ytimiä.
neutronit vakauttavat ydintä , koska ne vetävät toisiaan ja protoneja puoleensa, mikä auttaa kompensoimaan protonien välistä sähköistä repulsiota. Tämän seurauksena protonien määrän kasvaessa tarvitaan yhä suurempi neutronien suhde protoneihin vakaan ytimen muodostamiseksi. Jos neutroneja on liikaa tai liian vähän tietylle määrälle protoneja, syntyvä ydin ei ole stabiili ja se hajoaa radioaktiivisesti. Epävakaat isotoopit hajoavat erilaisten radioaktiivisten hajoamisreittien kautta, tavallisimmin alfahajoamisen, beetahajoamisen tai elektronisieppauksen kautta. Tunnetaan monia muitakin harvinaisia hajoamistyyppejä, kuten spontaani fissio tai neutroniemissio. On huomattava, että kaikkiin näihin hajoamisreitteihin voi liittyä sitä seuraava gammasäteilyn emissio. Puhdas alfa – tai beetahajoaminen on hyvin harvinaista.
Jaksollinen järjestelmä on taulukkomuotoinen esitys alkuaineista, jotka on järjestetty niiden järjestyslukujen, elektronikonfiguraatioiden ja kemiallisten ominaisuuksien perusteella. Elektronikonfiguraatio on atomin tai molekyylin (tai muun fysikaalisen rakenteen) elektronien jakautuminen atomi-tai molekyyliorbitaaleihin. Tieto eri atomien elektronikonfiguraatiosta on hyödyllistä alkuaineiden jaksollisen järjestelmän rakenteen ymmärtämisessä.
jokainen kiinteä aine, neste, kaasu ja plasma koostuu neutraaleista tai ionisoituneista atomeista. Atomin kemialliset ominaisuudet määräytyvät protonien lukumäärän, itse asiassa elektronien lukumäärän ja järjestelyn perusteella. Näiden elektronien konfiguraatio seuraa kvanttimekaniikan periaatteista. Elektronien lukumäärä kunkin alkuaineen elektronikuorissa, erityisesti uloimmassa valenssikuoressa, on ensisijainen tekijä sen kemiallisen sidoskäyttäytymisen määrittämisessä. Jaksollisessa järjestelmässä alkuaineet on lueteltu järjestyksessä, jossa järjestysluku Z kasvaa.
Paulin poissulkuperiaate edellyttää, että atomissa olevat elektronit miehittävät eri energiatasot sen sijaan, että ne kaikki tiivistyisivät maatilassa. Monielektroniatomien maatilassa olevien elektronien järjestys alkaa alimmasta energiatilasta (maatilasta) ja etenee sieltä asteittain energia-asteikkoa ylöspäin, kunnes jokaiselle atomin elektronille on annettu ainutlaatuinen kvanttiluku. Tällä tosiasialla on keskeinen merkitys alkuaineiden jaksollisen järjestelmän muodostumiselle.
jaksollisen järjestelmän vasemmalla puolella olevat kaksi ensimmäistä saraketta ovat siinä, missä s-alikäytävät ovat. Tämän vuoksi jaksollisen järjestelmän kaksi ensimmäistä riviä merkitään s-lohkoksi. Vastaavasti p-lohko on jaksollisen järjestelmän oikeanpuoleisin kuusi saraketta, D-lohko on jaksollisen järjestelmän keskimmäinen 10 saraketta, kun taas f-lohko on 14-sarakkeinen jakso, joka kuvataan tavallisesti irronneena jaksollisen järjestelmän pääkappaleesta. Se voisi olla osa päärunkoa, mutta silloin Jaksollinen järjestelmä olisi melko pitkä ja raskas.
atomeille, joilla on paljon elektroneja, tästä notaatiosta voi tulla pitkä, joten käytetään lyhennettyä notaatiota. Elektronikonfiguraatio voidaan visualisoida edellisen jakson jalokaasua vastaaviksi ydinelektroneiksi ja valenssielektroneiksi (esimerkiksi bariumille 6s2).
Hapetustilat
Hapetustilat esitetään tyypillisesti kokonaisluvuilla, jotka voivat olla positiivisia, nollia tai negatiivisia. Useimmilla alkuaineilla on useampi kuin yksi mahdollinen hapetustila. Esimerkiksi hiilellä on yhdeksän mahdollista kokonaislukujen hapettumistilaa -4: stä +4: ään.
nykyinen IUPAC: n Kultakirjan hapetustilan määritelmä on:
”atomin hapetustila on tämän atomin varaus sen heteronukleaaristen sidosten ionisen approksimaation jälkeen…”
ja termi hapetusluku on lähes synonyymi. Alkuaineen, jota ei ole yhdistetty muihin eri alkuaineisiin, hapetustila on 0. Hapetustila 0 esiintyy kaikille alkuaineille-se on yksinkertaisesti alkuaine alkuainemuodossaan. Yhdisteen alkuaineen atomilla on positiivinen hapetustila, jos siltä on irronnut elektroneja. Vastaavasti elektronien lisääminen johtaa negatiiviseen hapetustilaan. Olemme myös erottaneet jokaisen alkuaineen mahdolliset ja yhteiset hapetustilat. Esimerkiksi piillä on yhdeksän mahdollista kokonaisluku-hapettumistilaa -4: stä +4: ään, mutta vain -4, 0 ja +4 ovat yleisiä hapettumistiloja.
tiivistelmä
| alkuaine | Alumiini |
| protonien lukumäärä | 13 |
| neutronien määrä (tyypillisiä isotooppeja) | 27 |
| elektronien lukumäärä | 13 |
| elektronikonfiguraatio | 3S2 3p1 |
| Hapetustilat | -2; -1; +1; +2; +3 |
