aluminium - chimie.

aluminium - chimie. 1 PRÉSENTATION aluminium, élément métallique de symbole Al et de numéro atomique 13. L'aluminium appartient au groupe III A (colonne 13) du tableau périodique et son état d'oxydation le plus stable est + 3. C'est l'élément métallique le plus abondant dans la croûte terrestre. 2 HISTORIQUE En 1825, le chimiste danois Hans Christian Ørsted isole pour la première fois l'aluminium par une réaction chimique impliquant un amalgame de potassium. Entre 1827 et 1845, le chimiste allemand Friedrich Wöhler améliore le procédé d'Ørsted en utilisant le potassium métallique. Il est le premier à mesurer la densité de l'aluminium et à montrer sa légèreté. En 1854, le chimiste français Henri Sainte-Claire-Deville obtient le métal en réduisant le chlorure d'aluminium par le sodium. Avec le soutien financier de Napoléon III, Sainte-Claire-Deville crée une usine expérimentale à grande échelle et expose l'aluminium pur à l'Exposition universelle de Paris en 1855. 3 ÉTAT NATUREL L'abondance de l'aluminium dans la croûte terrestre vient au troisième rang, derrière l'oxygène et le silicium (éléments non métalliques) et au premier rang des métaux. Le principal minerai d'aluminium est la bauxite. On trouve couramment l'aluminium sous forme de silicate d'aluminium seul ou mélangé avec d'autres métaux, tels que le sodium, le potassium, le fer, le calcium et le magnésium, mais jamais à l'état libre. 4 PRÉPARATION ET OBTENTION Les silicates d'aluminium ne sont pas exploités comme minerais, car il est chimiquement difficile et donc cher d'en extraire le métal. La principale source commerciale de l'aluminium et de ses composés est la bauxite, minerai majoritairement constitué d'oxyde d'aluminium hydraté impur. En 1886, Charles Martin Hall, aux États-Unis, et Paul L. T. Héroult, en France, découvrent indépendamment que l'oxyde d'aluminium (Al2O3), ou alumine, se dissout dans la cryolite (Na3AlF6) et peut ainsi être décomposé par électrolyse pour donner le métal brut en fusion (voir électrochimie). Cette méthode d'obtention d'aluminium brut porte le nom de procédé Hall-Héroult, en hommage à ses deux inventeurs, et est, encore aujourd'hui, la méthode fondamentale utilisée dans la production industrielle de l'aluminium, même si de nouvelles méthodes sont à l'étude. La pureté du produit obtenu atteint 99,5 p. 100 dans un lingot commercial d'aluminium, valeur qu'un raffinage ultérieur peut élever à 99,99 p. 100. En 1995, la production mondiale d'aluminium s'élevait à 19,9 millions de t. Les États-Unis sont les plus gros producteurs d'aluminium dans le monde, avec 3,4 millions de t produites en 1995. Ils sont suivis par la Russie, le Canada et la Chine. 5 PROPRIÉTÉS L'aluminium est un métal blanc argenté, léger, de masse atomique 26,98. Il fond à 660 °C, bout à 2 467 °C et a une densité de 2,7. C'est un métal très électropositif (tendance à céder facilement un ou plusieurs électrons) et extrêmement réactif. Au contact de l'air, il se couvre rapidement d'une couche résistante et transparente d'oxyde d'aluminium (voir alumine) qui le protège de la corrosion. C'est pourquoi les matériaux en aluminium ne ternissent pas et ne se corrodent pas. L'affinité très forte de l'aluminium pour l'oxygène est due aux forts caractères électropositif de l'aluminium et électronégatif de l'oxygène. La chaleur dégagée lors la formation de l'alumine (Al 2O3) est très forte (supérieure à 400 kcal/mole). Cette propriété est utilisée dans la réduction thermique de nombreux oxydes métalliques afin d'obtenir leur métal brut. Par exemple, lorsque l'on chauffe une thermite (mélange d'oxyde de fer en poudre et d'aluminium), l'aluminium s'associe rapidement à l'oxygène de l'oxyde de fer, et la chaleur de la réaction est suffisante pour faire fondre le fer. Ce phénomène est la base de l'aluminothermie, procédé pouvant servir au soudage du fer. L'oxyde d'aluminium est amphotère : il a en même temps des propriétés acides et basiques. Les composés d'aluminium les plus importants sont les oxydes, les hydroxydes, les sulfates et les sulfates mixtes. Le chlorure d'aluminium anhydre est utilisé dans les industries pétrolières et pétrochimiques. De nombreuses pierres précieuses, comme le rubis et le saphir, sont essentiellement constituées d'oxyde d'aluminium. 6 UTILISATION Pour un même volume, l'aluminium est trois fois plus léger que l'acier. Les seuls métaux plus légers que l'aluminium sont le lithium, le béryllium et le magnésium. Sa faible densité et la valeur élevée du rapport de la résistance mécanique à la masse font de l'aluminium un matériau recherché dans la construction des avions, des wagons de chemin de fer, des automobiles et dans d'autres applications requérant mobilité et économies d'énergie. En raison de sa conductibilité thermique élevée, l'aluminium est aussi utilisé dans les ustensiles de cuisine et dans les pistons des moteurs à combustion interne. Pour un fil de diamètre donné, la conductance (inverse de la résistance électrique) de l'aluminium est égale à 63 p. 100 de celle du cuivre, mais le premier a une masse de 50 p. 100 inférieure au second. De ce fait, pour une même conductance, un fil d'aluminium -- tout en étant plus épais qu'un fil de cuivre -- est plus léger. Cette caractéristique est particulièrement exploitée pour le transport de la puissance électrique à longue distance et à haute tension. On utilise maintenant des conducteurs en aluminium afin de transporter l'électricité sous des tensions de 70 000 V ou supérieures. L'aluminium devient de plus en plus important dans l'architecture ornementale et dans la construction. Les revêtements extérieurs en aluminium, les contre-fenêtres et les feuilles d'aluminium sont de bons isolants. Ce métal est également utilisé dans les réacteurs nucléaires, car il absorbe relativement peu de neutrons. À basse température, l'aluminium devient mécaniquement plus résistant et conserve sa dureté. On peut donc l'utiliser aux températures cryogéniques. Les feuilles d'aluminium de 0,018 cm d'épaisseur sont devenues un produit ménager courant, utilisé pour protéger la nourriture et les autres produits périssables. En raison de sa légèreté, de sa malléabilité, de sa compatibilité alimentaire, l'aluminium est largement utilisé dans les conteneurs, les emballages flexibles, les bouteilles et les boîtes de conserve. Le recyclage de ces conteneurs permet en outre une intéressante économie de minerais et d'énergie. En raison de sa résistance à la corrosion par l'eau de mer, l'aluminium est utilisé dans les coques des bateaux et dans d'autres dispositifs employés en milieu aquatique. On peut préparer une grande variété d'alliages de revêtements et d'alliages de corroyage, qui augmentent la résistance mécanique du métal ou sa résistance à la corrosion aux températures élevées. Certains nouveaux alliages d'aluminium peuvent être utilisés dans les plaques de blindage ou dans les véhicules militaires. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.