L’alluminio è un metallo bianco-argenteo, morbido, non magnetico, duttile nel gruppo del boro. In massa, l’alluminio costituisce circa l ‘ 8% della crosta terrestre; è il terzo elemento più abbondante dopo l’ossigeno e il silicio e il metallo più abbondante nella crosta, anche se è meno comune nel mantello sottostante.
Circa il 70% delle camere degli aeromobili civili commerciali è costituito da leghe di alluminio e senza l’alluminio l’aviazione civile non sarebbe economicamente sostenibile. L’alluminio viene estratto dal minerale principale, la bauxite. Depositi significativi di bauxite si trovano in tutta l’Australia, i Caraibi, l’Africa, la Cina e il Sud America.
Protoni e neutroni in alluminio
L’alluminio è un elemento chimico con numero atomico 13 che significa che ci sono 13 protoni nel suo nucleo. Il numero totale di protoni nel nucleo è chiamato numero atomico dell’atomo e viene dato il simbolo Z. La carica elettrica totale del nucleo è quindi + Ze, dove e (carica elementare) equivale a 1.602 x 10-19 coulombs.
Il numero totale di neutroni nel nucleo di un atomo è chiamato numero di neutroni dell’atomo e viene dato il simbolo N. Il numero di neutroni più il numero atomico è uguale al numero di massa atomica: N+Z=A. La differenza tra il numero di neutroni e il numero atomico è nota come eccesso di neutroni: D = N – Z = A – 2Z.
Per gli elementi stabili, di solito c’è una varietà di isotopi stabili. Gli isotopi sono nuclidi che hanno lo stesso numero atomico e sono quindi lo stesso elemento, ma differiscono nel numero di neutroni. I numeri di massa degli isotopi tipici dell’alluminio sono 27.
Isotopi principali di alluminio
Di isotopi di alluminio, solo 27Al è stabile. Questo è coerente con l’alluminio che ha un numero atomico dispari. Solo 27Al (isotopo stabile) e 26al (isotopo radioattivo, t1/2 = 7,2×105 y) si trovano naturalmente, tuttavia 27Al comprende quasi tutto l’alluminio naturale. Diverso da 26Al, tutti i radioisotopi hanno emivita inferiore a 7 minuti, la maggior parte meno di un secondo.
L’alluminio-27 è composto da 13 protoni, 14 neutroni e 13 elettroni. È l’unico isotopo di alluminio primordiale, cioè l’unico che è esistito sulla Terra nella sua forma attuale dalla formazione del pianeta. Quasi tutto l’alluminio sulla Terra è presente come questo isotopo, il che lo rende un elemento mononuclidico
L’alluminio-26 è composto da 13 protoni, 13 neutroni e 13 elettroni. L’alluminio cosmogenico-26 è stato applicato per la prima volta negli studi sulla Luna e sui meteoriti. I frammenti di meteoriti, dopo la partenza dai loro corpi genitori, sono esposti ad un intenso bombardamento di raggi cosmici durante il loro viaggio attraverso lo spazio, causando una notevole produzione di 26Al. Dopo la caduta sulla Terra, la schermatura atmosferica protegge i frammenti di meteorite da un’ulteriore produzione 26Al, e il suo decadimento può quindi essere utilizzato per determinare l’età terrestre del meteorite.
Isotopi Stabili
| Isotopo | Abbondanza | Numero di Neutroni |
| 27Al | 100% | 14 |
Tipico Isotopi Instabili
| Isotopo | Half-life | Decadimento Modalità | Prodotto |
| 26Al | 7.17×105 y | positrone decadimento | 26Mg |
| 28Al | 2.245(5) min | decadimento beta | 28Si |
Elettrone e di Configurazione
Il numero di elettroni in un elettricamente-atomo neutro è uguale al numero di protoni nel nucleo. Pertanto, il numero di elettroni in atomo neutro di alluminio è 13. Ogni elettrone è influenzato dai campi elettrici prodotti dalla carica nucleare positiva e dagli altri elettroni negativi (Z – 1) nell’atomo.
Poiché il numero di elettroni e la loro disposizione sono responsabili del comportamento chimico degli atomi, il numero atomico identifica i vari elementi chimici. La configurazione di questi elettroni segue i principi della meccanica quantistica. Il numero di elettroni nei gusci di elettroni di ciascun elemento, in particolare il guscio di valenza più esterno, è il fattore primario nel determinare il suo comportamento di legame chimico. Nella tavola periodica, gli elementi sono elencati in ordine crescente di numero atomico Z.
La configurazione elettronica dell’alluminio è 3s2 3p1.
Possibili stati di ossidazione sono -2; -1; +1; +2; +3.
Un atomo di alluminio ha 13 elettroni, disposti in una configurazione elettronica di 3s2 3p1, con tre elettroni oltre una configurazione stabile di gas nobile. L’alluminio può cedere relativamente facilmente i suoi tre elettroni più esterni in molte reazioni chimiche (vedi sotto). L’elettronegatività dell’alluminio è 1,61 (scala di Pauling). La stragrande maggioranza dei composti, compresi tutti i minerali contenenti alluminio e tutti i composti di alluminio commercialmente significativi, presentano alluminio nello stato di ossidazione 3+. Il numero di coordinazione di tali composti varia, ma generalmente Al3 + è a sei o quattro coordinate. Quasi tutti i composti di alluminio (III) sono incolori.
Lega di alluminio più comune
In generale, le leghe di alluminio serie 6000 sono legate con magnesio e silicio. La lega 6061 è una delle leghe più utilizzate nella serie 6000. Ha buone proprietà meccaniche, è facile da lavorare, è saldabile e può essere temprato per precipitazione, ma non per gli alti punti di forza che 2000 e 7000 possono raggiungere. Ha un’ottima resistenza alla corrosione e un’ottima saldabilità, sebbene abbia una ridotta resistenza nella zona di saldatura. Le proprietà meccaniche di 6061 dipendono notevolmente dal carattere, o dal trattamento termico, del materiale. Rispetto alla lega 2024, 6061 è più facilmente lavorabile e rimane resistente alla corrosione anche quando la superficie è abrasa.
Un protone è una delle particelle subatomiche che compongono la materia. Nell’universo, i protoni sono abbondanti, costituendo circa la metà di tutta la materia visibile. Ha una carica elettrica positiva (+1e) e una massa a riposo pari a 1,67262 × 10-27 kg (938,272 MeV/c2)— marginalmente più leggera di quella del neutrone ma quasi 1836 volte maggiore di quella dell’elettrone. Il protone ha un raggio quadrato medio di circa 0,87 × 10-15 m, o 0,87 fm, ed è un fermione spin -½.
I protoni esistono nei nuclei degli atomi tipici, insieme alle loro controparti neutre, i neutroni. Neutroni e protoni, comunemente chiamati nucleoni, sono legati insieme nel nucleo atomico, dove rappresentano il 99,9% della massa dell’atomo. La ricerca in fisica delle particelle ad alta energia nel 20 ° secolo ha rivelato che né il neutrone né il protone non sono il più piccolo elemento costitutivo della materia.
Un neutrone è una delle particelle subatomiche che compongono la materia. Nell’universo, i neutroni sono abbondanti, costituendo più della metà di tutta la materia visibile. Non ha carica elettrica e una massa a riposo pari a 1,67493 × 10-27 kg-marginalmente maggiore di quella del protone ma quasi 1839 volte maggiore di quella dell’elettrone. Il neutrone ha un raggio quadrato medio di circa 0,8×10-15 m, o 0,8 fm, ed è un fermione spin -½.
I nuclei atomici sono costituiti da protoni e neutroni, che si attraggono l’un l’altro attraverso la forza nucleare, mentre i protoni si respingono l’un l’altro tramite la forza elettrica a causa della loro carica positiva. Queste due forze competono, portando a varie stabilità dei nuclei. Ci sono solo alcune combinazioni di neutroni e protoni, che formano nuclei stabili.
I neutroni stabilizzano il nucleo, perché si attraggono l’un l’altro e i protoni , il che aiuta a compensare la repulsione elettrica tra i protoni. Di conseguenza, all’aumentare del numero di protoni, è necessario un rapporto crescente tra neutroni e protoni per formare un nucleo stabile. Se ci sono troppi o troppo pochi neutroni per un dato numero di protoni, il nucleo risultante non è stabile e subisce il decadimento radioattivo. Isotopi instabili decadimento attraverso vari percorsi di decadimento radioattivo, più comunemente decadimento alfa, decadimento beta, o cattura di elettroni. Sono noti molti altri rari tipi di decadimento, come la fissione spontanea o l’emissione di neutroni. Va notato che tutte queste vie di decadimento possono essere accompagnate dalla successiva emissione di radiazioni gamma. I decadimenti alfa o beta puri sono molto rari.
La tavola periodica è una visualizzazione tabellare degli elementi chimici organizzati sulla base del loro numero atomico, delle configurazioni degli elettroni e delle proprietà chimiche. La configurazione elettronica è la distribuzione di elettroni di un atomo o molecola (o altra struttura fisica) in orbitali atomici o molecolari. La conoscenza della configurazione elettronica di diversi atomi è utile per comprendere la struttura della tavola periodica degli elementi.
Ogni solido, liquido, gas e plasma è composto da atomi neutri o ionizzati. Le proprietà chimiche dell’atomo sono determinate dal numero di protoni, infatti, dal numero e dalla disposizione degli elettroni. La configurazione di questi elettroni segue i principi della meccanica quantistica. Il numero di elettroni nei gusci di elettroni di ciascun elemento, in particolare il guscio di valenza più esterno, è il fattore primario nel determinare il suo comportamento di legame chimico. Nella tavola periodica, gli elementi sono elencati in ordine crescente di numero atomico Z.
È il principio di esclusione di Pauli che richiede agli elettroni in un atomo di occupare diversi livelli di energia invece di condensare tutti nello stato fondamentale. L’ordinamento degli elettroni nello stato fondamentale degli atomi multielettronici, inizia con lo stato energetico più basso (stato fondamentale) e si sposta progressivamente da lì fino alla scala energetica fino a quando a ciascuno degli elettroni dell’atomo è stato assegnato un insieme unico di numeri quantici. Questo fatto ha implicazioni chiave per la costruzione della tavola periodica degli elementi.
Le prime due colonne sul lato sinistro della tavola periodica sono dove vengono occupate le subshell S. Per questo motivo, le prime due righe della tavola periodica sono etichettate come blocco S. Allo stesso modo, il blocco p sono le sei colonne più a destra della tavola periodica, il blocco d è le 10 colonne centrali della tavola periodica, mentre il blocco f è la sezione di 14 colonne che viene normalmente raffigurata come staccata dal corpo principale della tavola periodica. Potrebbe essere parte del corpo principale, ma la tavola periodica sarebbe piuttosto lunga e ingombrante.
Per gli atomi con molti elettroni, questa notazione può diventare lunga e quindi viene utilizzata una notazione abbreviata. La configurazione elettronica può essere visualizzata come gli elettroni del nucleo, equivalenti al gas nobile del periodo precedente, e gli elettroni di valenza (ad esempio 6s2 per il bario).
Stati di ossidazione
Gli stati di ossidazione sono tipicamente rappresentati da numeri interi che possono essere positivi, zero o negativi. La maggior parte degli elementi ha più di un possibile stato di ossidazione. Ad esempio, il carbonio ha nove possibili stati di ossidazione interi da -4 a +4.
L’attuale IUPAC oro Libro definizione di stato di ossidazione è:
“Lo stato di ossidazione di un atomo è la carica di questo atomo dopo l’approssimazione ionica dei suoi legami eteronucleari…”
e il termine numero di ossidazione è quasi sinonimo. Un elemento che non è combinato con altri elementi diversi ha uno stato di ossidazione di 0. Lo stato di ossidazione 0 si verifica per tutti gli elementi-è semplicemente l’elemento nella sua forma elementare. Un atomo di un elemento in un composto avrà uno stato di ossidazione positivo se ha avuto elettroni rimossi. Allo stesso modo, l’aggiunta di elettroni provoca uno stato di ossidazione negativo. Abbiamo anche distinguere tra gli stati di ossidazione possibili e comuni di ogni elemento. Ad esempio, il silicio ha nove possibili stati di ossidazione interi da -4 a +4, ma solo -4, 0 e +4 sono stati di ossidazione comuni.
Riepilogo
| l’Elemento | Alluminio |
| il Numero di protoni | 13 |
| Numero di neutroni (tipico isotopi) | 27 |
| Numero di elettroni | 13 |
| configurazione elettronica | 3s2 3p1 |
| stati di Ossidazione | -2; -1; +1; +2; +3 |
