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Eléments et propriétés

Dossier - L'Aluminium un métal d'exception
DossierClassé sous :géologie , aluminium , métal

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L’aluminium est incontestablement le plus important en tonnage des métaux non ferreux et cette importance industrielle est en progression. Par ailleurs il est très abondant puisqu’il constitue 7.45% en masse de la lithosphère : argiles, micas, feldspaths sont constitués d’oxydes d’aluminium et de silicium.

  
DossiersL'Aluminium un métal d'exception
 

1 - L’élément

- Symbole Al
- Numéro Atomique 13
- Son nombre de masse 27
- Masse molaire atomique 27g.mol-1
- Température de fusion 660°C
- Point d'ébullition 2056°C
- Densité 2,7
- Résistivité électrique 2,7.10-8 ohm.m
- Conductivité thermique 22 W.m-1.K-1
- Capacité thermique massique 9.102 J.Kg-1.°K-1
- Système cristallin cubique à faces centrées
- Coefficient de dilatation 24.10-6.°K-1
- Module d'élasticité 69 000 MPa

Lingot d'aluminium

2 - L’atome

- les électrons sont distribués selon :
1s2  2s2  2p3s 3p1
- mais la promotion vers la structure :
1s2  2s2  2p6  3s1  3p2

Est très facile si bien que l'aluminium se trouve essentiellement sous la forme Al+3 dans ses composés.

Le cation est très petit de rayon 0.05nm et très chargé par voie de conséquence il est donc très polarisant, ce qui est logique. Ainsi s'explique que l'énergie d'ionisation totale soit élevée bien qu'il soit très électropositif.

3 - Les ions

- En milieu acide : [Al(H2O)6]3+ avec un Eo de 1.67eV

- En milieu basique : [Al(H2O)2(H2O)4]- avec un Eo de 2.35eV

Ces valeurs très basses montrent que l'aluminium est susceptible de se comporter comme un réducteur puissant. La capacité de former des ions positifs et négatifs explique le caractère amphotère de ce métal.

En fait l'aluminium a plutôt tendance à entrer dans des composés covalents vu son caractère très polarisant. Le chlorure est essentiellement moléculaire et souvent dimérisé.  On aura donc plutôt :

[Al+3 +3 Cl-] que AlCl3

et aussi plutôt

Al2Cl6 que AlCl3

AlCl3 est un acide de Lewis ce qui permet d'expliquer ses propriétés catalytiques.

4 - L'alumine   Al2O3

Propriétés physiques :

- Masse volumique (g/cm3)  3,9
- Poids moléculaire (g/mole) 102

Propriétés mécaniques :

- Dureté (GPa) 21
- Module d'Young (GPa) 300-400
- Coefficient de poisson  0,25
- Résistance à la flexion (MPa)  380
- Ténacité (MPa.m1/2)  2-3

Propriétés électriques  :

- Résistivité électrique à 20 °C (Ohm.m)  > 1012
- Constante électrique er 9-10
- Résistance diélectrique (kV/mm)  10-20

Propriétés thermiques :

- Chaleur spécifique (J/K.kg)  900
- Conductivité thermique (W/m.K) à 20°C / 500°C 26-35 / 10-15
- Coefficient de dilatation linéaire (K-1) de 20 à 1000 °C 8-9 x 10-6
- Point de fusion (°C) 2050

Propriétés optiques :

- Indice de réfraction 1,76

5 - Les composés naturels

Corindon Al2O3 trigonal à réseau rhomboédrique, mais aussi spinelle, gibbsite, cryolithe, brazilianite, turquoise, variscite

Corindon saphir webmineral © www.fabreminerals.com - Fabre Minerals photo

Tectosilicates

Feldspaths : orthose, albite, anorthite bien connus mais aussi marialite, méionite, scolécite
Feldspathoïdes : haüyne, leucite, néphéline, zéolite etc.

Hauyne © John Veevaert

Nésosilicates (ou Orthosilicates)
Tous les grenats et le fameux trio : andalousite, disthène, sillimanite
mais aussi staurotide et topaze ...

Topaze © Dan Weinrich

Inosilicates (ou Métasilicates) Amphibole : hornblende, amphibole sodique, glaucophane …Pyroxène

Glaucophane © Jeff Weissman / Photographic Guide to Mineral Species