Množství hliníku v mořské vodě se pohybuje přibližně mezi 0,013 a 5 ppb. Je známo, že Atlantský oceán obsahuje více hliníku než Tichý oceán. Říční voda obecně obsahuje přibližně 400 ppb hliníku.
Hliník se v kyselých podmínkách vyskytuje především jako Al3+ (aq) a v neutrálních až alkalických podmínkách jako Al(OH)4- (aq). Mezi další formy patří AlOH2+ (aq) en Al(OH)3 (aq).
Jakým způsobem a v jaké formě reaguje hliník s vodou?
Kovový hliník rychle vytváří tenkou několikamilimetrovou vrstvu oxidu hlinitého, která brání reakci kovu s vodou. Při korozi této vrstvy dochází k reakci, při níž se uvolňuje vysoce hořlavý plynný vodík.
Chlorid hlinitý ve vodě hydrolyzuje a při styku se vzduchem tvoří mlhu, protože při reakci s vodní párou vznikají kapky kyseliny chlorovodíkové.
Hydrolyzují i ionty hliníku v jiných sloučeninách, a to až do vyčerpání kationtového náboje, čímž reakce končí vznikem hydroxidu. Začátek hydrolýzní reakce je následující:
Al3+(aq) + 6H2O(l) <-> 3+ (aq)
Rozpustnost hliníku a jeho sloučenin
Nejrozšířenějšími sloučeninami hliníku jsou oxid hlinitý a hydroxid hlinitý a ty jsou ve vodě nerozpustné.
Oxid hlinitý může být ve vodě přítomen jak v alkalické formě (2Al2O3 (s) + 6H+ (aq) -> Al3+ (aq) + 3H2O (l)), tak v kyselé formě (2Al2O3 (s) + 2OH- (aq) -> AlO2- (aq) + H2O (l)).
Příkladem ve vodě rozpustné sloučeniny hliníku je síran hlinitý s rozpustností ve vodě 370 g/l.
Proč je hliník přítomen ve vodě?
Hliník vzniká při minerálním zvětrávání živců, jako jsou a ortoklas, anortit, albit, slídy a bauxit, a následně končí v jílových minerálech. Řada drahých kamenů obsahuje hliník, příkladem jsou rubín a safír.
V současné době se ve větším množství než hliník vyrábí pouze železo a ocel. Kromě toho se hliník z velké části recykluje, protože je to velmi výrazně možné. Uplatňuje se například v rámech, klikách dveří, karoseriích automobilů, částech letadel (poměr hmotnosti a pevnosti je velmi příznivý), motorech, kabelech a plechovkách. Hliník dobře odráží světlo, a proto se používá v solárních zrcadlech a přikrývkách odrážejících teplo. Hliník se zpracovává do plechovek, vodičů a slitin.
Hliníkové soli se často přidávají do vody, aby nastartovaly srážecí reakce pro odstranění fosfátů. V důsledku toho jsou kaly z čistíren odpadních vod s hodnotou pH mezi 6,8 a 7,3 přítomny ve formě hydroxidů.
Hliník se používá jako hnojivo na čajových plantážích. Další sloučeniny hliníku se používají při výrobě papíru. Slitiny, jako je dural, se používají, protože jsou pevnější než samotný hliník. Hliníková pěna se používá v tunelech jako zvukově izolační materiál.
Dalšími příklady použití hliníku jsou chlorid hlinitý používaný při krakování, oxid hlinitý jako brusivo nebo pro výrobu hořlavých předmětů, síran hlinitý používaný jako základní materiál v lepidlech na papír, koželužnách, mořidlech a syntetickém kaučuku a vodík hlinitý jako redukční a hydratační činidlo.
Hliník se vyskytuje jako aerosol v povrchových vrstvách oceánů a ve vodách. Je to proto, že hliníkový prach končí ve vodě. Částice končí ve vodě povrchovým odtokem nebo atmosférickým transportem.
Obvykle se koncentrace hliníku zvyšuje s rostoucí hloubkou vody.
Jaké jsou účinky hliníku ve vodě na životní prostředí?
Hliník může různými způsoby negativně ovlivňovat suchozemské a vodní organismy. Běžné koncentrace hliníku v podzemních vodách se pohybují kolem 0,4 ppm, protože je v půdě přítomen jako hydroxid nerozpustný ve vodě. Při hodnotách pH nižších než 4,5 se rozpustnost rychle zvyšuje, což způsobuje, že koncentrace hliníku stoupají nad 5 ppm. K tomu může dojít i při velmi vysokých hodnotách pH.
Rozpuštěné ionty Al3+ jsou pro rostliny toxické; působí na kořeny a snižují příjem fosfátů. Jak bylo uvedeno výše, při zvýšení hodnot pH se hliník rozpouští. To vysvětluje korelaci mezi kyselými dešti a koncentrací hliníku v půdě. Při zvyšující se depozici dusičnanů se množství hliníku zvyšuje, zatímco pod velkými vřesovišti a zemědělskými plochami se snižuje. V lesních půdách se zvyšuje.
Hliník není pro rostliny nutričním požadavkem, ale u některých druhů může pozitivně ovlivňovat růst. Vzhledem k jeho širokému rozšíření v půdách jej přijímají všechny rostliny. Travní druhy mohou akumulovat koncentrace hliníku vyšší než 1 % sušiny.
Kyselý déšť rozpouští minerály v půdě a přenáší je do vodních zdrojů. To může způsobit zvýšení koncentrace hliníku v řekách a jezerech.
Hliník se přirozeně vyskytuje ve vodách ve velmi nízkých koncentracích. Vyšší koncentrace pocházející z těžebního odpadu mohou negativně ovlivnit vodní biocenózu. Hliník je pro ryby toxický v kyselých vodách bez pufru již od koncentrace 0,1 mg/l. Současný nedostatek elektrolytů ovlivňuje propustnost racků a poškozuje povrchové buňky racků. Hliník je pro ryby toxický především při hodnotách pH 5,0-5,5. Ionty hliníku se hromadí na rackách a ucpávají je slizovitou vrstvou, která omezuje dýchání. Při poklesu hodnot pH ovlivňují ionty hliníku regulaci propustnosti racků pomocí vápníku. Tím se zvyšují ztráty sodíku. Vápník a hliník jsou antagonistické, ale přidáním vápníku nelze omezit ztráty elektrolytů. To se týká především mladých zvířat. Ukázalo se, že koncentrace hliníku 1,5 mg/l je pro pstruhy smrtelná. Tento prvek ovlivňuje také růst sladkovodních kostnatých ryb.
Fytoplankton obsahuje přibližně 40-400 ppm hliníku (v sušině), což vede k biokoncentračnímu faktoru 104-105 ve srovnání s mořskou vodou.
Zemské organismy také obsahují určité množství hliníku. Příklady: larvy komárů 7-33 ppm, pružinovky 36-424 ppm (v sušině). Hodnoty pH a koncentrace hliníku společně určují úmrtnost larev.
Pro hliník je známa řada hodnot LD50 pro potkany. Pro orální příjem je to 420 mg/kg pro chlorid hlinitý a 3671 mg/kg pro nonahydrát hliníku. Mechanismus toxicity je založen především na inhibici enzymů.
V přírodě se vyskytuje pouze jeden neradioaktivní izotop hliníku. Existuje osm nestabilních izotopů.
Jaké jsou zdravotní účinky hliníku ve vodě?
Celková koncentrace hliníku v lidském těle je přibližně 9 ppm (sušina). V některých orgánech, konkrétně ve slezině, ledvinách a plicích, může být přítomna koncentrace až 100 ppm (sušina). Denní příjem hliníku je přibližně 5 mg, z čehož se vstřebává pouze malá část. To vede k relativně nízké akutní toxicitě. Absorpce je přibližně 10 μg denně. Tato množství jsou pro člověka považována za neškodná. Křemík může snižovat absorpci hliníku. Jakmile je však prvek v těle přijat, není snadné jej odstranit.
Velký příjem hliníku může negativně ovlivnit zdraví. Bylo to spojeno s poškozením nervů. K toxicitě hliníku jsou náchylní zejména lidé s poškozením ledvin. Existuje riziko vzniku alergií. Hliník je pravděpodobně mutagenní a karcinogenní. Existuje podezření na souvislost mezi příjmem hliníku a zvýšeným počtem případů Alzheimerovy choroby. To však není jisté, protože koncentrace hliníku se vždy zvyšuje s věkem. Zvýšený příjem hliníku může také způsobit osteomalacii (nedostatek vitaminu D a vápníku).
K příjmu hliníku dochází především potravinami a pitnou vodou. Nejnovější normy se pohybovaly v rozmezí 50 až 200 μg/l. Částice hliníku mohou způsobit funkční poruchu plic.
S nedostatkem hliníku nejsou spojena žádná známá onemocnění.
Chlorid hlinitý může poleptat kůži, podráždit oční sliznice a způsobit pocení, dušnost a kašel. Hliník zvyšuje srážlivost krve.
Které technologie čištění vody lze použít k odstranění hliníku z vody?
Hliník lze z vody odstranit pomocí iontové výměny nebo koagulace/ flokulace. Soli hliníku se při úpravě vody uplatňují při srážecích reakcích. Přidáním síranu hlinitého a vápna do vody vzniká hydroxid hlinitý, který vede k usazování znečišťujících látek. Hydroxid je ve vodě nerozpustný, proto zůstává pouze 0,05 ppm rozpuštěného hliníku. To je pod zákonným limitem pro pitnou vodu Světové zdravotnické organizace (WHO), který činí 0,2 ppm hliníku.
Literatura a ostatní prvky a jejich interakce s vodou
.