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Jul 29, 2023

Was ist die Molmasse von Aluminium? Wie schneidet es im Vergleich zu anderen Elementen ab?

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Stellen Sie sich eine Welt ohne Aluminium vor. Dieses Metall ist das am häufigsten vorkommende Metall auf dem Planeten und macht mehr als acht Prozent der Erdkruste aus. Wir verwenden Aluminium, im Vereinigten Königreich auch als Aluminium bekannt, zur Herstellung unzähliger Produkte. Dazu gehören Aluminiumfolie, Dosen und andere Behälter, Computer und andere elektronische Geräte, Gebäude, Flugzeuge, Kühlschränke und Klimaanlagen, medizinische Geräte, Autoteile und vieles mehr. Und doch kommt Aluminium, wie wir das Metall kennen, in der Natur nicht vor. Stattdessen bildet Aluminium Verbindungen wie Oxide, aus denen wir das nützliche Metall mit erheblichem Energieaufwand extrahieren müssen.

©HT Ganzo/iStock über Getty Images

In diesem Artikel erfahren Sie die Molmasse von Aluminium, Symbol Al. Wir werden untersuchen, was das bedeutet und warum es wichtig ist. Jeder Reinstoff, also jedes Element und jede Verbindung, hat eine Molmasse. Die Molmasse des Stoffes beeinflusst seine physikalischen und chemischen Eigenschaften. Die Molmasse einer Substanz ist einfach die Masse eines Mols dieser Substanz in Gramm.

Ein Mol ist in der Chemie eine bestimmte Menge an Teilchen. Diese Teilchen können entweder Atome oder Moleküle sein. Die Anzahl der Teilchen in einem Mol ist konstant, das heißt, sie ist jedes Mal gleich. Die genaue Anzahl der Teilchen in jedem Mol einer Substanz beträgt ungefähr 6,022 × 1023 Einheiten, auch bekannt als Avogadro-Zahl oder Avogadro-Konstante. Diese Konstante ist nach einem italienischen Wissenschaftler, Amadeo Avogadro, benannt, der die Zahl und ihre Bedeutung als Erster beschrieb. Avogadros Zahl ist wichtig für das Verständnis der Chemie und der Funktionsweise der Welt.

Die Molmasse von Aluminium beträgt etwa 26,98 Gramm pro Mol. Dieser Wert wird aus dem Atomgewicht des Elements abgeleitet, wie es im Periodensystem angegeben ist. Ein Mol Aluminiumatome, oder 6,022 × 1023 Aluminiumatome, hat eine Masse von etwa 26,98 Gramm. Um dies besser zu verstehen, vergleichen wir Aluminium mit dem kleinsten bekannten Element, Wasserstoff. Ein Mol Wasserstoffatome hat eine Molmasse von etwa einem Gramm.

Wasserstoff ist das erste Element im Periodensystem. Jedes Wasserstoffatom hat nur ein Proton und keine Neutronen. Wasserstoff hat auch ein Elektron, aber winzige Elektronen haben eine vernachlässigbare Masse. Das einzelne Proton hat jedoch eine Masse von etwa einer atomaren Masseneinheit. Ein Mol Wasserstoffatome hat eine Masse von 1,00784 Gramm pro Mol, die für die meisten Zwecke auf 1 Gramm pro Mol gerundet werden kann.

Aluminium ist das 13. Element im Periodensystem. Es hat die Ordnungszahl 13 mit genau 13 Protonen. Nahezu alle Aluminiumatome in der Natur kommen als stabiles 27Al-Isotop vor und haben 14 Neutronen. Ein kleiner Teil liegt als radioaktives Isotop 26Al vor, das 13 Neutronen hat. Da sowohl Protonen als auch Neutronen ungefähr die gleiche Masse haben und Elektronen eine vernachlässigbare Masse haben, können wir davon ausgehen, dass die Molmasse von 27Al mit 13 Protonen und 14 Neutronen etwa 27 Gramm pro Mol beträgt. Die berechnete Masse eines Mols Aluminiumatome ist mit etwa 26,98 Gramm pro Mol etwas geringer, da der geringe Prozentsatz natürlich vorkommender 26Al-Atome die Molmasse nur geringfügig nach unten verschiebt.

Die meisten Elemente des Periodensystems existieren in mehr als einer bekannten Form. Einige dieser Formen kommen in der Natur vor, andere können im Labor hergestellt werden. Diese verschiedenen Formen jedes Elements, Isotope genannt, haben die gleiche Anzahl an Protonen. Allerdings hat jedes Isotop eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen. Aluminium hat 22 bekannte Isotope mit nur neun bis hin zu 30 Neutronen. Die meisten davon sind instabil, kurzlebig und kommen in der Natur nicht vor. In der Natur kommen nur 27Al mit 14 Neutronen und 26Al mit 13 Neutronen vor. Und das stabile Isotop 27Al besteht zu fast 100 Prozent aus den natürlich vorkommenden Aluminiumatomen.

Um die Molmasse eines Elements zu bestimmen, muss man den Durchschnitt aller verschiedenen natürlich vorkommenden Isotope dieses Elements berechnen. Dieser Durchschnitt muss jedoch auch den Prozentsatz der natürlich vorkommenden Atome berücksichtigen, die jedes Isotop darstellt. Bei Aluminium macht 27Al weitaus mehr aus als 26Al, wobei 26Al weniger als 1 Prozent des natürlich vorkommenden Elements ausmacht.

Stellen Sie sich vor, dass Aluminiumatome übergroße Bowlingkugeln wären, wobei die überwiegende Mehrheit, fast 100 Prozent, 27 Pfund wiegt. Stellen Sie sich nun vor, dass ein winziger Teil dieser Bowlingkugeln mit 26 Pfund etwas weniger wog. Würde man das Gewicht aller dieser riesigen Bowlingbälle mitteln, läge das Gesamtgewicht sehr nahe bei 27 Pfund, da nur wenige der Bälle untergewichtig wären, was den Durchschnitt leicht nach unten verzerrt. Das ähnelt weitgehend der Bestimmung der durchschnittlichen Molmasse von Aluminium. Wenn man den Anteil von 26Al gegenüber dem Anteil von 27Al berücksichtigt, wird das häufiger vorkommende 27Al-Isotop viel stärker gewichtet. Somit liegt die Molmasse sehr nahe bei 27 Gramm pro Mol.

Bei Elementen mit mehr als einem natürlich vorkommenden Isotop ist die Molmasse tatsächlich ein Durchschnitt der Atommassen jedes Isotops, in dem Prozentsatz, in dem sie in der Natur vorkommen, und dann in Gramm ausgedrückt. Mit anderen Worten: Multiplizieren Sie den Prozentsatz jedes Isotops mit seiner individuellen Molmasse und addieren Sie dann die Summen für jedes Isotop, um die durchschnittliche Molmasse zu ermitteln.

In der Chemie muss man wissen, wie man Mol einer Substanz in Gramm umrechnet. Die Umrechnung von Mol einer reinen Substanz, sei es ein Element oder eine Verbindung, in Gramm ist ziemlich einfach. Multiplizieren Sie einfach die Molzahl der Substanz mit ihrer Molmasse, ausgedrückt in Gramm pro Mol. Die Mole streichen, sodass das Ergebnis in Gramm verbleibt. Nehmen wir als Beispiel Aluminium.

Wie würden wir die Grammzahl in 3 Mol Aluminium berechnen? Multiplizieren Sie einfach die Molzahl Aluminium mit der Molmasse wie unten gezeigt:

3 Mol Al × 26,98 Gramm Al / 1 Mol Al = 80,94 Gramm Al

Für Verbindungen wie Aluminiumoxid erfordert der Prozess einen zusätzlichen Schritt. Zunächst muss die Molmasse der Verbindung berechnet werden. Das Aluminiumoxidmolekül Al2O3 enthält zwei Aluminiumatome und drei Sauerstoffatome. Die Molmasse von Aluminiumoxid entspricht der der beiden Aluminiumatome oder 26,98 × 2 plus der von drei Sauerstoffatomen oder 15,999 × 3. Das entspricht 101,957 Gramm pro Mol Al2O3. Wenn man diese Zahl kennt, kann man jede beliebige Molzahl dieser Verbindung leicht in Gramm umrechnen, indem man einfach 101,597 g/mol mit der Molzahl multipliziert.

Aluminium kommt in der Natur nicht in seiner elementaren Form vor. Es kommt natürlicherweise in Verbindungen wie Aluminiumoxid vor. Aluminium ist das am häufigsten vorkommende Metall auf dem Planeten und macht etwa acht Prozent der Erdkruste aus. Menschen müssen Aluminium aus Erzen gewinnen, insbesondere aus Bauxit, das verschiedene Oxide, darunter Aluminiumoxid, enthält. Die Gewinnung von reinem Aluminium aus Bauxit erfordert mehrere Schritte und erfordert viel Energie in Form von Wärme.

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Aluminiummetall hat eine geringe Dichte und ein geringes Gewicht. Es lässt sich auf Hochglanz polieren und lässt sich leicht hämmern oder zu Drähten, Spulen und dünnen Blechen extrudieren. Wahrscheinlich haben Sie gerade eine Rolle Aluminiumfolie in Ihrer Küche. Beachten Sie, dass das Metall zwar sehr dünn ist und leicht reißt oder zerknittert, aber dennoch stark und langlebig ist. Es leitet sowohl Wärme als auch Strom sehr gut und lässt sich leicht recyceln. Aluminium allein ist ein relativ weiches Metall, bildet jedoch mit anderen Metallen sehr starke Legierungen. Diese Legierungen erweisen sich im Baugewerbe, im Transportwesen und in vielen anderen Bereichen als nützlich.

Aluminium geht mit vielen anderen Elementen oder Ionen Verbindungen ein. Wir verwenden viele dieser Verbindungen kommerziell in einer Vielzahl von Produkten. Menschen verwenden Aluminiumhydroxid, Al(OH)3, zur Behandlung von Sodbrennen und Verdauungsstörungen sowie zur Behandlung von Verbrennungen und Wunden auf der Haut. Einer der Inhaltsstoffe vieler Antitranspirantien, Aluminiumchlorhydrat, trägt dazu bei, die Achselhöhlen trocken zu halten.

Aluminiumoxid, Al2O3, ist eine faszinierende Verbindung. Manchmal bildet sich Aluminiumoxid als pulverförmiger weißer Überzug auf der Aluminiumoberfläche, wenn das Metall mit Sauerstoff reagiert hat. Es kommt in der Natur auch als farbloser Kristall mit sechseckiger Struktur vor, der als Korund bekannt ist.

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Korund, das zweithärteste natürlich vorkommende Mineral, hat auf der Mohs-Skala einen Wert von neun und liegt damit nach Diamant an zweiter Stelle. Es ist oft mit anderen Verbindungen durchsetzt, darunter Oxide von Chrom, Eisen und Titan, die zu farbigen Kristallen führen. Rote Rubine und Saphire in den Farben Rosa, Blau, Gelb und Schwarz sind Beispiele für farbigen Korund, dem geringe Mengen anderer Oxide einen oder mehrere Farbtöne verleihen.

Das Periodensystem ist in aufsteigender Reihenfolge geordnet, wobei jedes Element nach seiner Ordnungszahl geordnet ist. Die Ordnungszahl eines Elements ist die Anzahl der Protonen in jedem Atom des Elements. Aluminium liegt in der dritten Periode in der Gruppe 13, früher in den USA als Gruppe IIIA bekannt, knapp unter Bor. Es hat 13 Protonen in jedem Atom, was ihm die Ordnungszahl 13 gibt.

Aluminium hat eine Molmasse von knapp 27 Gramm pro Mol. Die nächsten beiden Nachbarn von Aluminium sind Magnesium, ein Metall mit der Ordnungszahl 12 und einer Molmasse von etwa 24 Gramm pro Mol, und Silizium, ein Halbmetall mit der Ordnungszahl 14 und einer Molmasse von etwa 28 Gramm pro Mol. Natrium, ein hochreaktives Metall mit der Ordnungszahl 11 und einer Molmasse von 22,99 Gramm pro Mol, beginnt die dritte Periode. Phosphor und Schwefel, Nichtmetalle, sitzen rechts von Silizium und haben die Ordnungszahlen 15 bzw. 16.

Die folgende Tabelle veranschaulicht die Beziehungen zwischen der Ordnungszahl und den Molmassen der Nachbarn von Aluminium in der dritten Periode des Periodensystems von Natrium bis Schwefel. Diese Elemente haben jeweils eine vollständige erste und zweite Elektronenschale und zwischen einem und sechs Elektronen in den Orbitalen der dritten Schale.

Aluminium hat als elementares Metall und als eine Vielzahl von Verbindungen mehr Verwendungsmöglichkeiten, als man in einem Artikel dieser Länge ohne weiteres aufzählen könnte. Ohne Aluminium wäre unser Leben nicht annähernd dasselbe. Sicherlich könnten wir andere Substanzen finden, um unsere Getränke zu enthalten und unsere Ofenkartoffeln einzuwickeln, aber wir müssten auch andere Wege finden, um Flugzeuge, Autos, Klimaanlagen und Kühlschränke, den größten Teil unserer Elektronik und vieles mehr zu bauen. Wir verwenden Aluminium zur Herstellung und Verpackung von Medikamenten, Kosmetika und Lebensmitteln aller Art. In Rohren und Drähten ersetzen wir sogar Kupfer durch Aluminium, weil es in vielen Fällen besser funktioniert und dank der Bildung von Aluminiumoxid auf seiner Oberfläche eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist.

Einige Forscher haben Bedenken hinsichtlich der Verwendung von Aluminium in unserer Gesellschaft geäußert. Lange Zeit glaubten Wissenschaftler, dass Aluminium einen Zusammenhang mit der Alzheimer-Krankheit habe, doch neuere Studien konnten diesen Zusammenhang nicht beweisen. Derzeit warnen Ärzte vor dem übermäßigen Gebrauch von Antazida und anderen Medikamenten, die Aluminium enthalten, befürchten jedoch nicht die erhebliche Aufnahme von Aluminium aus Utensilien oder Kochgeschirr.

Unabhängig von möglichen Risiken wird Aluminium in unserer modernen Welt auf absehbare Zeit sicherlich eine große Rolle spielen. Kein anderes Metall ist so leicht verfügbar und verfügt über so gut geeignete Eigenschaften für die vielfältigen Verwendungszwecke von Aluminium. Wir sind in hohem Maße auf dieses leichte Metall angewiesen, um unsere Lebensweise aufrechtzuerhalten.

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