Ein Metall der Extraklasse - die verschiedenen Eigenschaften von Aluminium

Ein Metall der Extraklasse – die verschiedenen Eigenschaften von Aluminium

Jeder von uns dürfte Aluminium kennen, denn das chemische Element ist das häufigste Metall und es nimmt auch im Alltag eine wichtige Rolle ein. Wir nutzen es beispielsweise zur Aufbewahrung von Lebensmitteln, zum Backen von Kuchen oder zur Reinigung von Töpfen. Es steht somit außer Frage, dass das Metall nicht mehr aus unserem Leben wegzudenken ist. Trotzdem gibt es nur wenige Menschen, welche die verschiedenen Eigenschaften von Aluminium kennen. Das ist schade, denn es lohnt sich durchaus, einen näheren Blick auf das Element mit dem Symbol Al zu werfen. Neben der Dichte sind auch die chemischen, elektrischen, magnetischen, mechanischen und thermischen Eigenschafen interessant.

Dichte

Aluminium hat mit 2,6989 g/cm³ in etwa ein Drittel der Dichte von Stahl. Damit wird es den Leichtmetallen zugeordnet. Unter Leichtmetalle fallen alle Metalle, deren Dichte unter 4,5 g/cm³ liegt. Dazu gehören unterschiedliche Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und Nebengruppenelemente. Aluminium ist das einzige Leichtmetall der 3. Hauptgruppe. Aufgrund seiner Dichte bietet sich das Metall für den Leichtbau an. Es kommt infolgedessen beim Bau vieler Einfamilien- und Doppelhäuser zum Einsatz.

Chemische Eigenschaften

An der Luft bildet Aluminium binnen kürzester Zeit eine dünne Oxidschicht. Durch diese Oxidschicht ist reines Aluminium mit einem pH-Wert von 4 bis 9 weitgehend vor Korrosion geschützt. Aluminium und Quecksilber bilden Aluminiumamalgam. Die Legierung wird als Reduktionsmittel genutzt – unter anderem zur Überführung von Nitrophenolen in Aminophenole. Ferner reagiert Aluminium mit Salpeter-, Salz- und Schwefelsäure. Nicht phlegmatisiertes Aluminiumpulver wird auch als Pyroschliff bezeichnet. Es ist wegen seiner großen Oberfläche sehr reaktiv und birgt infolgedessen ein hohes Explosionsrisiko. Bei Luftkontakt kann sich Aluminiumstaub sogar selbst entzünden. Beim Löschen darf kein Wasser genutzt werden, da das zur Knallgasbildung führt. Selbst ein Einsatz von Löschpulver der Brandklassen A, B oder C ist nicht ratsam. Lediglich Abdecksalze, Graugussspäne, Löschpulver der Brandklasse D, Sand und Zement eignen sich zum Löschen.

Elektrische Eigenschaften

Mit 38 bis ca. 34 m/Ohm mm² hat reines Aluminium eine hohe elektrische Leitfähigkeit. Im Hinblick auf die spezifische Leitfähigkeit wird es nur von Gold, Kupfer und Silber übertroffen. Aufgrund dieser Eigenschaft sowie der geringen Dichte und hohen Verfügbarkeit ist das Metall mit Kupfer das wichtigste Leitermaterial in der Elektrotechnik. Doch selbst im Alltag können wir von den elektrischen Eigenschaften von Aluminium profitieren, indem wir beispielsweise Alufolie als Batterieüberbrückung nutzen.

Magnetische Eigenschaften

Aluminium ist wie Chrom und Platin paramagnetisch. Das bedeutet, dass es von Magneten angezogen wird. Der Effekt ist jedoch kaum ausgeprägt: Mit einer magnetischen Suszeptibilität von 0,62 × 10−9 m³/kg bei Raumtemperatur ist das Element fast schon unmagnetisch. Hier unterscheidet es sich also stark von den ferromagnetischen Metallen Eisen, Kobalt und Nickel.

Mechanische Eigenschaften

Aluminium ist ein weiches und zähes Metall, dessen Zugfestigkeit stark von der Reinheit abhängt: Bei absolut reinem Aluminium liegt sie bei 45 N/mm², während es bei handelsüblich reinem Aluminium 90 N/mm² sind. Handelt es sich gar um Legierungen, beträgt die Zugfestigkeit bis zu 710 N/mm². Aufgrund seiner Dehnbarkeit lässt sich Aluminium durch Auswalzen zu dünner Folie verarbeiten. Knetlegierungen können auch bei geringen Temperaturen gebogen, geschmiedet, gepresst und verformt werden. Beim Kaltverformen kann es zu Spannungen kommen. Diese lassen sich jedoch durch Weichglühen bis 250 °C beseitigen. Das Elastizitätsmodul von Aluminium liegt bei etwa 70 GPa.

Thermische Eigenschaften

Aluminium hat eine Schmelztemperatur von 660,2 °C und eine Siedetemperatur von 2470 °C. Da die Schmelztemperatur deutlich geringer als die von Kupfer (1084,6 °C) und Eisen (1538 °C) ist, eignet sich das Metall gut als Gusswerkstoff. Mit 235 W/(K m) hat Aluminium eine recht hohe Wärmeleitfähigkeit. Zwar ist die von Kupfer etwa doppelt so hoch, aber da auch die Dichte ca. viermal größer ist, wird Aluminium als Wärmetauscher in Fahrzeugen bevorzugt – schließlich ist der Wärmeausdehnungskoeffizient durch den niedrigen Schmelzpunkt ziemlich hoch. Aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit ermöglicht Aluminium eine gleichmäßige Bräunung von Backgut. Zudem lassen sich Aluminiumformen – im Gegensatz zu den meisten anderen Materialien – auch in Gasöfen nutzen. Generell sind die thermischen Eigenschaften einer der Hauptgründe dafür, dass Aluminium beim Backen und Kochen von großer Bedeutung ist. Trotzdem ist Vorsicht geboten: Sollte der Körper zu viel Aluminium aufnehmen, kann das auf Dauer sowohl Knochen als auch Nieren schädigen. Selbst Entwicklungsstörungen lassen sich nicht ausschließen.

Durch seine Eigenschaften ist Aluminium in vielen Branchen einsetzbar

Dank seiner Eigenschaften gehört Aluminium zu den vielseitigsten Metallen der Welt. Es kann in den unterschiedlichsten Branchen zum Einsatz kommen. Allein Alufolie hat ein breites Anwendungsspektrum: Sie lässt sich unter anderem im Bauwesen, der Logistikbranche und der Pharmaindustrie nutzen. Das ist jedoch nur die Spitze des Eisbergs, denn grundsätzlich gibt es keine Industrie, die nicht auf irgendeine Art und Weise von den Vorteilen von Aluminium profitieren kann. Zumal es nicht nur das reine Aluminium, sondern auch eine Reihe von Legierungen gibt. Legierungen mit anderen Metallen und Halbmetallen eröffnen neue Verwendungszwecke. Alle Legierungen sollten der europäischen EN-AW Norm entsprechen. Gängige Legierungen nach EN-AW Norm sind 1050, 1200, 1235, 8079, 8011 und 8111. Zur Verdeutlichung: Bei Aluminium nach der EN-AW Norm 1050 handelt es sich um Reinaluminium von 99,5 %, das sowohl eine sehr gute elektrische als auch thermische Leitfähigkeit hat. Zudem ist es eloxier-, form- und schweißbar.

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