ألومنيوم

الألومنيوم عنصر في الجدول الدوري له الرمز Al والعدد الذري 13. وهو فلز ذو لون أبيض فضي من مجموعة البورون من العناصر الكيميائية. وهو معدن مطيلي أي قابل للسحب. وهو عنصر غير ذواب في الماء في الشروط العادية. وهو من أكثر الفلزات وفرة في القشرة الأرضية، وترتيبه الثالث من بين أكثر العناصر وفرة في الكرة الأرضية بعد الأكسجين والسيليكون. يشكل الألومنيوم 8% من وزن سطح الأرض الصلب. ويعتبر الألومنيوم من أكثر المعادن فعالية كيميائية كمعدن حر، ولذلك نجده مرتبطا بأكثر من 270 معدن مختلف^[2]. المصدر الرئيسي للألومنيوم هو معدن خام البوكسيت. يمتاز الألومنيوم بمقاومته للتآكل وبخفة وزنه حيث يدخل في صناعة الطائرات.

وللألومنيوم قدرة مميزة على مقاومة التآكل بسبب ظاهرة التخميل وبسبب كثافة المعدن المنخفضة. العناصر البنيوية المصنوعة من الألومنيوم وسبائكه ذات دور فعال في الصناعة الفضائية ومهمة جدًا في مجالات أخرى مثل النقل والبناء. وطبيعته التفاعلية جعلته مفيدًا كحفاز أو كمادة مضافة في الخلائط الكيميائية، بالإضافة إلى استخدامه في متفجرات نترات الأمونيوم لتعزيز قوة الانفجار.

الخواص

الألومنيوم فلز خفيف الوزن، ومتين، وذو مظهر يتراوح بين الفضي والرمادي الداكن بحسب خشونة السطح. والألومنيوم غير ممغنط، وهو غير ذواب في الكحول، مع أنه يذوب في الماء في أشكال محددة. جيد التوصيل للحرارة والكهرباء. مقاومة الخضوع للألومنيوم النقي هي 7-11 ميغا باسكال، في حين أن سبائك الألومنيوم ذات مقاومة خضوع تتراوح من 200 إلى 600 ميغاباسكال^[3].وللألومنيوم نحو ثلث كثافة وجساءة الفولاذ. فهو مطيلي، وسهل التشغيل، والسباكة، والبثق. وهو قابل للسحب ووللطرق حيث يمكن قولبته بشكل سهل نسبيًا.

تعود قدرة الألومنيوم الممتازة على مقاومة التآكل إلى الطبقة السطحية الرقيقة غير النفوذة والمتماسكة من أكسيد الألومنيوم التي تتشكل عندما يتعرض الفلز للهواء، مما يمنع استمرار عملية الأكسدة. أقوى سبائك الألومنيوم تكون أقل مقاومة للتآكل بسبب التفاعلات الجلفانية مع سبائك النحاس^[3]. وهذه المقاومة للتآكل عادة ماتنخفض انخفاضا كبيرا عندما يوجد عدة محاليل ملحية، لا سيما بوجود معادن مختلفة.

تترتب ذرات الألومنيوم في بنية مكعب متمركز الوجوه (fcc).

الألومنيوم أحد المعادن القليلة التي تحافظ على انعكاسها الفضي الكامل عندما تكون بشكل مسحوق دقيق، مما يجعله مكونا هاما جدا في الطلاءات الفضية. ومرآة الألومنيوم ذات أعلى انعكاس من أي معدن عند أطوال موجات (200-400 نانومتر) (في مجال الأشعة فوق البنفسجية) وعند 3000- 10000 نانومتر (في مجال الأشعة تحت الحمراء)، في حين أن القصدير والفضة تتفوق عليه في مجال الضوء المرئي 400-700 نانومتر كما أن الفضة والذهب والنحاس تتفوق عليه في مجال الطول الموجي 700*3000.^[4]

الألومنيوم هو موصل جيد للحرارة والكهرباء، ووزنه أقل من النحاس. يمكن للألومنيوم أن يكون موصلا فائقا، مع درجة حرارة حرجة للتوصيل الفائق 1.2 كلفن، ومجال مغناطيسي حرج حوالي 100 غاوس.^[5]

النظائر

للألومنيوم تسعة نظائر يتراوح عددها الكتلي بين 23 و30. يوجد في الطبيعة نظيرين فقط هما Al²⁷ (نظير ثابت) وله وفرة طبيعية مقدارها 99.9%، وAl²⁶ (مشع عمر النصف له 7.2 × 10⁵ سنة). ينتج النظير Al²⁶ من الأرغون في الغلاف الجوي بواسطة التشظي الذي تسببه بروتونات الأشعة الكونية. تستخدم نظائر الألومنيوم في التطبيقات العملية لتحديد تاريخ الترسبات البحرية، وعقيدات المنغنيز، والثلج الجليدي والكوارتز في القصف الصخري والنيزكي. وقد استخدمت نسبة Al²⁶ إلى Be¹⁰ لدراسة دور نقل وترسيب وتخزين الرواسب وأوقات الدفن والتآكل على مدى 10⁵ إلى 10⁶ عام بالمقاييس الزمنية^[6]. وقد استخدم النظير الكوني ^Al26 أول ما استخدم في دراسات القمر والنيازك. فشظايا النيازك، بعد انفصالها عن الجسد الأب، كانت معرضة لقصف مكثف من الأشعة الكونية خلال سفرها عبر الفضاء، مما تسبب في توليد Al²⁶. وبعد سقوطها على الأرض، حجب الغلاف الجوي شظايا النيزك من إنتاج المزيد من Al²⁶، وبذلك يمكن استخدام اضمحلاله في تحديد عمر النيازك الأرضية. وقد أظهرت الأبحاث النيزكية أن Al²⁶ كان وفيرا في وقت تكوين كوكبنا. ويعتقد معظم علماء النيازك أن الطاقة المنطلقة من اضمحلال Al²⁶ كانت مسؤولة عن ذوبان وتمايز بعض الكويكبات بعد تشكيلهم منذ 4.55 مليار سنة^[7].

وجوده في الطبيعة

فلز الألمنيوم هو من أكثر العناصر الفلزية توافراً في القشرة الأرضية بعد الأكسجين والسيليكون ^[8] بنسبة مقدارها 8.3%. لا يواجد فلز الألومنيوم في الطبيعة بشكله النقي الحر، ويعود ذلك إلى إلفته القوية للأوكسجين، فيكون في الأكاسيد أو السيليكات. الفلسبار، وهي أكثر مجموعات الفلزات شيوعا في القشرة الأرضية، هي سيليكات الألومنيوم. يمكن لمعدن الألومنيوم الأصلي أن يوجد كحالة ثانوية في البيئات منخفضة الأكسجين، مثل داخل بعض البراكين^[9]. كما يوجد أيضا في فلزات البريل، والكرايوليت، والغارنيت، والإسبينل، والفيروز^[8]. الشوائب في أكسيد الألومنيوم، مثل الكروم أو الكوبالت تعطي الأحجار الكريمة مثل الياقوت. أكسيد الألومنيوم النقي والمعروف باسم الكوروند، هو أحد أقسى المواد المعروفة على الإطلاق^[8].

ومع أن الألومنيوم هو عنصر شائع ومنتشر وعلى نطاق واسع، إلا أن فلزات الألومنيوم لا تعتبر مصادرا اقتصادية للمعدن. فكل معدن الألومنيوم تقريبا ينتج من معدن خام البوكسيت AlO_x(OH)_3-2x. يوجد البوكسيت نتيجة التجوية أديم الأرض التي تحتوي على نسبة قليلة من الحديد والسيليكا في ظروف مناخية مدارية^[10]. وتوجد كميات كبيرة من البوكسيت في أستراليا، والبرازيل، وغينيا، وجامايكا ولكن مناجم المعدن الخام الرئيسية هي في غانا، واندونيسيا، وجامايكا، وروسيا، وسورينام^[11]. ويصهر المعدن الخام أساسا في أستراليا والبرازيل وكندا والنرويج وروسيا والولايات المتحدة. ونظرا لأن عملية الصهر هي عملية كثيفة الاستخدام للطاقة، فإن المناطق التي يزيد فيها إمدادات الغاز الطبيعي (مثل دولة الإمارات العربية) أصبحت أماكن تكرير للألومنيوم.

إنتاج الألومنيوم

على الرغم من الألومنيوم هو العنصر المعدني الأكثر وفرة في قشرة الأرض (ويعتقد أن 7.5 إلى 8.1 في المئة)، فإنه من النادر في شكل حر، ويحدث في البيئات التي تفتقر إلى الأكسجين، مثل البراكين الطينية، وكان يعتبر المعدن الثمين أكثر قيمة من الذهب. نابليون الثالث، إمبراطور فرنسا، كان يزعم انه أقام مأدبه طعام حيث أعطى أكثر الضيوف شرفا أواني من الألومنيوم، في حين أن الآخرين من الضيوف أعطاهم الذهب. وقد اكتمل نصب واشنطن التذكارى، مع 100 أوقية (2.8 كلغ) من الألومنيوم باعتباره اللمسة الأخيرة والتي تم وضعها في مكان في يوم 6 ديسمبر 1884، وذلك في حفل إخلاص متقن. وكانت أكبر قطعة مفردة من الألومنيوم في ذلك الوقت. وفي ذلك الوقت، الألومنيوم، كان غالي مثل الفضة.^[12] وقد تم إنتاج الألومنيوم بكميات تجارية في ما يزيد قليلا على 100 سنة.

الألومنيوم يعتبر فلز ذات طبيعة تفاعلية قوية والذي يكون روابط كيميائية ذات طاقة عالية مع الأكسجين. بالمقارنة مع معظم المعادن الأخرى، فإنه من الصعب استخراجه من الخام، مثل البوكسايت، ويرجع ذلك إلى الطاقة اللازمة لتقليل أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃). على سبيل المثال، الاختزال المباشر مع الكربون، باعتباره يستخدم لإنتاج الحديد، لايمكن كيميائيا، لأن الألومنيوم عامل اختزال أقوى من الكربون. أكسيد الألومنيوم له درجة انصهار نحو 2,000 °C. ولذلك، يجب أن انتزعت الكهربائي. في هذه العملية، أكسيد الألومنيوم يذوب في الكرايوليت المنصهر وبعد ذلك يختزل إلى الفلز النقي. درجة الحرارة التشغيلية للحد من الخلايا حوالي 950 إلى 980 °C. كما وجد الكرايوليت بعلم المعادن في غرينلاند، ولكن في الاستخدام الصناعي فقد استعيض الاصطناعية الجوهر. الكرايوليت هو مركب كيميائي من الألومنيوم والصوديوم والكالسيوم والفلوريد: (Na₃AlF₆). أكسيد الألومنيوم (مسحوق أبيض) ويتم الحصول عليه بتكرير البوكسايت في عملية باير لكارل باير. (السابق، عملية ديفيل وكانت هي الغالبة في تكنولوجيا التكرير).

كما ذكر سابقاً فإن مادة الألومنيوم شديد الارتباط مع الأكسجين بحيث يصعب فصلهما. بالمقارنة مع الفلزات الأخرى، فإنه من الصعب أن يتم فصله من خاماته، مثل البوكسيت، وذلك نظراً إلى الطاقة اللازمة لإرجاع أكسيد الألومنيوم Al₂O₃. على سبيل المثال، فإن الإرجاع المباشر بالكربون كما يتم مع الحديد غير ممكن كيميائياً، لأن الألومنيوم بحد ذاته عامل مرجع أكثر قوة من الكربون. وبما أن لأكسيد الألومنيوم نقطة انصهار عالية نسبياً حوالي 2000 °س، لذلك فإن الألومنيوم يستحصل عن طريق التحليل الكهربائي. يحل أكسيد الألومنيوم في هذه العملية في الكريوليت Na₃AlF₆ المذاب، من ثم يرجع إلى الفلز النقي. تكون درجة حرارة التشغيل لخلايا الإرجاع من 950 إلى 980 °س. يتواجد الكريوليت كمعدن في غرينلاند، أما أكسيد الألومنيوم فيستحصل من معالجة البوكسيت بطريقة باير.

التحليل الكهربائي

إن طريقة التحليل الكهربائي لاستخلاص الألومنيوم حلت محل طريقة فولر Wöhler process، والتي كانت تتضمن إرجاع كلوريد الألومنيوم اللامائي بالبوتاسيوم. كل من المسريين المستعملين في عملية التحليل الكهربائي مصنوعان من الكربون. عندما تصبح الخامة في الحالة المنصهرة تتحرر الشوارد (الأيونات) وتصبح حرة الحركة، وتحدث العمليات التالية على المساري:

• على المهبط (الكاثود)، المسرى السالب؛ نحصل على الألومنيوم

Al³⁺ + 3 e⁻ → Al

يلاحظ هنا أن الألومنيوم حدثت عليه عملية إرجاع (ربح إلكترونات)، ويتشكل الألمنيوم الحر بشكله الفلزي، ويهبط إلى القاع.

• على المصعد (الأنود)، المسرى الموجب؛ يتحرر الأكسجين

^- 2O^2- → O₂ + 4e

باستمرار تعرض مسرى الكربون للأكسجين تحدث عملية أكسدة له، حيث يتشكل ثنائي أكسيد الكربون

C + O₂ → CO₂

لذلك يجب استبدال قضبان الكربون على المسرى الموجب باستمرار كونها تستهلك أثناء سير العملي.

إعادة التصنيع

الألومنيوم يكون قابل لإعادة التصنيع بنسبة 100% بدون أي فقد في خاماته الطبيعية. إعادة المعدن لطبيعته عن طريق إعادة التصنيع أصبح مظهر هام في صناعة الألومنيوم.

إعادة التصنيع تتضمن صهر الخردة، وهي عملية تحتاج إلى 5 في المائه فقط من الطاقة المستخدمة لإنتاج الألومنيوم من الخام. ولكن جزءا كبيرا (حوالي 15% من المواد الداخلية) تفقد كشوائب (رماد يشبه الأكسيد).^[13]

وكانت إعادة التصنيع ذات نشاط منخفض وغير بارزة حتى أواخر 1960s، عندما أثار الاستخدام المتزايد لعلب المشروبات وعي العامة.

يختبر الألومنيوم في أوروبا بمعدلات عالية من إعادة التصنيع، التي تتراوح بين 42% من علب المشروبات، 85% من مواد البناء و95% من مركبات النقل.^[14]

الألومنيوم المعاد تصنيعة يسمى ألومنيوم ثانوي، ولكنه يحافظ على نفس الخصائص الفيزيائية مثل الألومنيوم الأصلي. ويتم إنتاج الألومنيوم الثانوي على نطاق واسع من الأشكال ويستخدم في 80% من سبائك الحقن. وله استخدام هام آخر في النتوء.

الشوائب البيضاء الناتجة من إنتاج الألومنيوم الأصلي ومن عمليات إعادة التصنيع الثانوى ماتزال تحتوى على كميات مفيدة من الألومنيوم والتي يمكن استخراجها صناعيا. العملية تنتج بيلتات الألومنيوم، إلى جانب ماده شائبة بالغة التعقيد.هذه النفاية هي من الصعب السيطرة عليها. وهي تتفاعل مع الماء، وتطلق خليط من الغازات (بما في ذلك، من بين غازات أخرى، الهيدروجين، والأسيتيلين، والأمونيا) التي تشتعل تلقائيا عند تعرضها للهواء؛ التعرض للهواء الرطب ينتج عنه انطلاق كميات وفيرة من غاز الأمونيا. ورغم هذه الصعوبات، فإن هذه النفايات وجد أن لها فائدة في كحشوة في الأسفلت والخراسانة.^[15]

الكيمياء

حالة التأكسد الأولى

AlH ينتج عند تسخين الألومنيوم في جو من الهيدروجين.Al₂O يصنع عن طريق تسخين الأكسيد العادي، Al₂O₃، مع السيليكون في 1800 درجة مئوية في فراغ.^[16]

Al₂S يمكن تحضيره بتسخين Al₂S₃ مع رقائق الألومنيوم في 1300 درجة مئوية في فراغ. وبسرعة لايتناسب مع المواد الأولية. السيليندى يحضر بطريقة متوازية.

AlF, AlCl وAlBr توجد في حالة غازية عندما يسخن ثلاثى الهاليد مع الألومنيوم. هاليدات الألومنيوم توجد عادة في صيغة AlX₃. e.g. AlF₃, AlCl₃, AlBr₃, AlI₃ الخ.

حالة الأكسدة الثانية

الألومنيوم أحادي الأكسيد، AlO قد تم اكتشافه في الحالة الغازية بعد الانفجار، وفي امتصاص الأطياف.^[17]

حالة الأكسدة الثالثة

قواعد فاجان تظهر أن الكاتيون البسيط ثلاثى التكافؤAl₃+ غير متوقع أن يوجد في الأملاح غير السائلة أو المركبات binary مثل Al₂O₃.الهيدروكسيد يعتبر قاعدة ضعيفة وأملاح الألومنيوم للأحماض الضعيفة، مثل الكربونات، لايمكن تحضيرها.أملاح الأحماض القوية، مثل النترات تكون مستقرة وتذوب في الماء، تشكل هيدرات مع على الأقل ستة جزيئات من الماء في التبلور.

هيدريد الألومنيوم AlH₃)_n) يمكن أن ينتج من ثلاثى ميثيل الألومنيوم ومزيد من الهيدروجين. وهي تحترق بفرقعة في الهواء. يمكن أن تحضر أيضا بفعل كلوريد الألومنيوم على هيدريد الليثيوم في محلول ايثيرى، ولكن لايمكن أن تعزل حرة من المحلول. هيدرات-الألومينو لمعظم العناصر موجبة الشحنة معروفة، وأكثرها فائدة هو lithium aluminium hydride ,Li[AlH₄]. إنها تتحلل إلى هيدريد الليثيوم والألومنيوم والهيدروجين عند تعرضها للحرارة، وتتميأ بالمياه. لها استخدامات كثيرة في الكيمياء العضوية، وخاصة كعامل مختزل. فإن هاليدات الألومينوم لها هيكل متشابه.

هيدروكسيد الألومنيوم يمكن إعداده كراسب جيلاتيني بإضافة الأمونيا إلى محلول مائي من ملح الألومنيوم. ويجري في وسط الغلاف الجوى العادي، باعتباره حمض ضعيف جدا، ويكون الألومينات مع الالكيلات. هي موجودة في مختلف أشكال بلورية.

كربيد الألومنيوم Al₄C₃ يمكن تحضيره بتسخين خليط من العناصر فوق 1000 °C. البلورات ذات اللون الأصفر الباهت لها شكل شبكي، وتتفاعل مع الماء أو الأحماض المخففة لكي تعطي الميثان. فإن acetylide، لو ₂ (ج _{2) 3}، ويتم عن طريق تمرير الأسيتيلين أكثر من الألومنيوم ساخنة.

نيتريد الالومينيوم. AlN، يمكن أن يحضر من العناصر عند درجة حرارة 800 °C. فوسفيد الألومنيوم، AlP، يحضر بالمثل، والتحلل المائي يعطي فوسفين، أكسد الألومنيوم، Al₂O₃، يحدث في الطبيعة ككوراندوم، ويمكن أن يحضر عن طريق حرق الألومنيوم في الأكسجين أو عن طريق تسخين الهيدروكسيد، النيتريت أو الكبريت. وباعتبارها أحجار كريمة، فإن صلابتها يتعداها الماس، نيتريد البورون، والكربوراندوم فقط.وهي إلى حد كبير لاتذوب في الماء. كبريتيد الألومنيوم، Al₂S₃، يمكن تحضيره عن طريق تمرير كبريتيد الهيدروجين على مسحوق الألومنيوم. وهو متعدد الأشكال.

يوديد الألومنيوم، AlI₃، يعتبر ديمر وله تطبيقات في التخليق العضوى. فلوريد الألومنيوم، AlF₃، يمكن تحضيره بمعالجة الهيدروكسيد مع HF، أو يحضر من العناصر. وهو يتألف من جزيء عملاق الذي يتبخر دون ذوبان في 1291 °C. وهو خامل جدا. وثلاثي الهاليدات الأخرى تكون ديمر، ولها تركيب يشبه الكوبرى. فلوريد الألومنيوم / مجمعات المياه: عندما فلوريد الألومنيوم، ومعا في محلول مائي، بسهولة شكل أيونات معقدة مثل نواف ه _{2 أ) 5} ⁺²، نواف ₃ (ح ₂ م) ₃ ⁰، نواف ₆ ^-3. هذه، نواف ₆ ⁻³ هو أكثر استقرارا. وتفسير ذلك هو أن الفلوريد والألومنيوم، واللذان يعتبران أيونات متلاصقة، يتداخلوا مع بعضهم مباشرة ليكونوا مركب معقد هو ثمانى ألومنيوم سداسى الفلورايد. عندما يكون الألومنيوم والفلورايد مجتمعين في الماء بنسبه مولاريه 6:1، يكون AlF₆₋₃ أكثر صيغة شائعة، حتى عند نقص التركيزات نوعا ما.

المركبات العضوية-الفلزية للصيغة التجريبية AlR₃ تكون موجودة (إذا لم يكونوا جزيئات عملاقة) ويكونوا على الأقل ثنائية الجزيئات أو ثلاثية الجزيئات. لديهم بعض الاستخدامات في التخليق العضوي، على سبيل المثال.على سبيل المثال ثلاثي ميثيل الألومنيوم.

التحليل

وجود الألومنيوم يمكن اكتشافه في التحليل النوعي باستخدام الألومنيون.

التطبيقات

الألومِنْيوم هو فلز خفيف الوزن، لونه أبيض ويمكن تشكيله بسهولة في أي شكل. ويمكن أن يدلفن أو يُطرق إلى ألواح سميكة لاستخدامه في الدَّبابات المصفحة، أو إلى رقائق رهيفة تستخدم في لف بعض أنواع الحلوى. ويمكن سحبه على شكل أسلاك أو تصنيعه في شكل علب. والألومنيوم لا يصدأ، ويقاوم التآكل بفعل الظروف الجويَّة أو المواد الكيميائية.

والألومنيوم النَّقي لَيِّن وصلابته محدودة. ولهذا السَّبب فإنَّ منتجي الألومنيوم عادة ما يُكوِّنون سبائك من الألومنيوم، التي تتكوّن من الألومنيوم المضاف إليه كميات قليلة من النُّحاس والمغنسيوم والزنك وعناصر أُخرى. وتضيف هذه العناصر قوة وصفات أُخرى إلى الألومنيوم لتجعله فلزًا نافعًا جدًا. وفي الحقيقة فإنَّ العالم يستخدم الألومنيوم أكثر من أي فلز آخر، عدا الحديد والصُّلب.

والألومنيوم أكثر العناصر الفلزية الموجودة في القشرة الأرضية وثالث العناصر وفرة بصفة عامة بعد الأكسجين والسليكون. ويكوِّن الألومنيوم حوالي 8% من القشرة الأرضية. وهو - بعكس بعض الفلزات الأخرى مثل الذَّهب والفضة - فإنه لا يوجد مطلقًا بحالة نقية (غير متحدة) في الطَّبيعة، لكنه يوجد دائمًا متحدًا مع عناصر أخرى. ولم تتوفر للإنسان وسيلة لفصل الألومنيوم عن العناصر المتحدة به حتى القرن التاسع عشر. وفي هذا الوقت طوَّر العلماء طُرقًا لفصل الألومنيوم وإنتاجه في حالة نَقِيَّة. ومنذ ذلك الحين تم استخدام هذه الطُّرق لإنتاج الألومنيوم. وهو مستخدم في صناعة الطائرات نظرًا لخفته. وهو من أكثر المعادن تواجداً على سطح الكرة الأرضية في الهواء والماء والتربة.

وجوده

يوجد الألومنيوم في الطبيعة على شكله المتحد مع بعض العناصر ولا يوجد بشكل مفرد ويكون موجودا في الصخور والقشرة الأرضية ويعتبر الألومنيوم من العناصر المكونة للقشرة الأرضية ويأتي في الرتبة الثالثة بنسبة 8% حيث الأكسجين يأتي بنسبة 50% بينما السيلكون يأتي بنسبة 25%.

خاماته

الفلسبار- الجرافيت- البوكسيت – الكريوليت ..

حيث يوجد بدرجة أساسية في البوكسيت ويكون على شكل Al2O3ألأمنيا

البوكسيت: درجة انصهاره 1050

الفولاذ: 1538

استخراجه

يستخرج من: 1) من البوكسيت بعد التنقية.

2) عملية التحليل الكهربائي خلية هول

- خلية هول:

يحدث في خلية هول تفاعلات عدة حسب التالي: 2Al+3OAl2O3

تذهب الأيونات الموجبة نحو القطب السالب وتذهب الأيونات السالبة نحو القطب الموجب وتحدث عملية أكسدة أي تذهب نحو المصعد ويحدث فقد الكترونات وعملية اختزال أي تذهب نحو المهبط ويحدث اكتساب للإكترونات 3O + 6e-3O 2Al 2Al +6e- ومن ثم يتحد الأكسجين الذري بقضبان الجرافيت فيحدث التالي C+O2CO C+O2CO2 فتتكون فيما بعد لنا المعادلة العامة التالية:

7AL2O3+12C14AL+3CO+9CO2

خواص الألومنيوم الفيزيائية

- فلز أبيض اللون

- له الخواص الفيزيائية

- درجة كثافته 2.7 جم/سم3

- درجة انصهاره 660

خواصه الكيميائية

- عامل مختزل شديد الاتحاد بالأكسجين.

- الخاصية الأنوفوتيرية أي تفاعلة مع الأحماض حيث يتفاعل مع حمض الهيدروكوريك.

- وحمض الكبريتيك ولا يتفاعل مع حمض النتريك سوى كان مخفف أو مركز بسبب تكون طبقة أكسيد الألومنيوم.

لا يتفاعل مع القواعد

- تفاعله مع الفلزات^[18].

مركبات الألومنيوم

فلز الألومنيوم هو من أكثر العناصر الفلزية توافراً في القشرة الأرضية بعد الأكسجين والسيليكون بنسبة مقدارها 8.3%. لا يوجد فلز الألومنيوم في الطبيعة بشكله النقي الحر، ويعود ذلك إلى إلفته القوية للأوكسجين، فيكون في الأكاسيد أو السيليكات. الفلسبار، وهي أكثر مجموعات الفلزات شيوعا في القشرة الأرضية، هي سيليكات الألومنيوم. يمكن لمعدن الألومنيوم الأصلي أن يوجد كحالة ثانوية في البيئات منخفضة الأكسجين.

الألومينا

ويتم إنتاج أكسيد الألومنيوم (Al2O3) وهيدروكسيدات المرتبطة أو المستخرجة من المعادن على نطاق واسع. يتم تحويل الغالبية العظمى من هذه المادة على الألومنيوم المعدنية. ويستخدم حوالي 10٪ من الطاقة الإنتاجية لتطبيقات أخرى. ومن بين الاستخدامات الرئيسية كماصه، على سبيل المثال الألومينا إزالة المياه من النفط والغاز، لتمكين العمليات اللاحقة التي تسمم من الرطوبة. أكاسيد الألومنيوم هي المواد الحفازة المشتركة للعمليات الصناعية، على سبيل المثال عملية كلوز لتحويل كبريتيد الهيدروجين على الكبريت في المصافي وللألكلة الأمينات. و"مدعومة"محفزات صناعية كثيرة، وهذا يعني بشكل عام أن تتوزع حافزا باهظة الثمن (على سبيل المثال، والبلاتين) أكثر من المواد السطحية منطقة عالية مثل الألومينا. كونه مادة من الصعب جدا (صلابة موس 9)، ويستخدم على نطاق واسع باعتبارها كاشط الألومينا وإنتاج التطبيقات التي تستغل الخمول لها، على سبيل المثال، في ارتفاع ضغط مصابيح الصوديوم.

الكبريتات

عدة من سلفات الألومنيوم تجد تطبيقات. ويتم إنتاج كبريتات الألومنيوم (Al2 (SO4) 3 (H2O) 18) على مقياس السنوي عدة مليارات من الكيلوغرامات. ويتم استهلاك ما يقرب من نصف الإنتاج في مجال معالجة المياه. التطبيق الرئيسي التالي هو في صناعة الورق. ويستخدم أيضا على أنه لاذع، في إطفاء الحريق، وذلك المضافات الغذائية، والتدقيق في النار، ودباغة الجلود في. الألومنيوم كبريتات الأمونيوم، وهو ما يسمى أيضا شبة الأمونيوم (NH4) ألومنيوم (SO4) 2 • 12H2O، يستخدم كأساس لاذع ودباغة الجلود في. كبريتات البوتاسيوم الألومنيوم ([الألومنيوم (K)] (SO4) 2) (H2O) ويستخدم بالمثل. استهلاك كل من الشبة آخذ في الانخفاض.

الكلوريدات

يستخدم كلوريد الألومنيوم (AlCl3) في تكرير النفط وانتاج المطاط الصناعي والبوليمرات. على الرغم من أنهيحتوي على اسم مماثل، والألومنيوم الكلوروهيدرات لها تطبيقات أقل ومختلفة جدا، على سبيل المثال كعامل تصلب والتعرق المضاد. فهي سيطة في إنتاج معدن الألومنيوم.

سبائك الألومنيوم

سبائك الألمونيوم هي سبائك لمعدن الألمونيوم وهو أكثر المعادن انتشارا. عناصر صناعة السبائك النموذجية هي النحاس والمغنيسيوم والمنجنيز السيليكون، والزنك. هناك نوعان من التصنيفات الرئيسية، وهما سبائك الصب وسبائك المطاوع، وكلاهما وتنقسم إلى الفئات للحرارة يمكن معالجتها حراريا وقئات لا يمكن معالجتها، ويستخدم حوالي 85٪ من الألومنيوم لمنتجات المطاوع، على سبيل المثال الألواح الملفوفة، والرقائق وسحب. سبائك الألومنيوم تسفر عن منتجات فعالة من حيث التكلفة نظرا لدرجة انصهار منخفضة، وعلى الرغم من أن لديهم عموما أقل قوة الشد من سبائك المطاوع. ومن أهم سبائك الألومنيوم سبيكة السيلكون _ ألومنيوم، حيث تحتوي على نسبة عالية من من السيليكون (4.0٪) إلى (13٪) تساهم في إعطاء الخصائص الصب جيد. وتستخدم على نطاق واسع سبائك الألومنيوم في الإنشاءات الهندسية والمكونات التي تتطلب خفة الوزن أو المقاومة للتآكل. وكانت تتألف في معظمها من سبائك الألومنيوم خفيفة الوزن واثنين من المعادن المغنيسيوم مهم جدا في صناعة الطيران منذ نوعا ما قبل عام 1940. المغنيسيوم سبائك الألومنيوم وكلاهما أخف من سبائك الألومنيوم وغيرها من أقل القابلة للاشتعال من السبائك التي تحتوي على نسبة عالية جدا من المغنيسيوم. وسوف السطوح سبائك الألومنيوم إبقاء تألق واضح في هذه البيئة الجافة نظرا لتشكيل طبقة واضحة واقية من أكسيد الألومنيوم. في بيئة رطبة، ويمكن للتآكل كلفاني تحدث عندما يتم وضع سبائك الألومنيوم في الاتصال الكهربائية مع معادن أخرى مع مزيد من إمكانات تآكل سلبي من الألومنيوم. يتم تسجيل التراكيب سبيكة الألومنيوم مع جمعية الألومنيوم. العديد من المنظمات نشر أكثر معايير محددة لصنع سبائك الألومنيوم، بما في ذلك جمعية مهندسي السيارات للمواصفات والمقاييس، وتحديدا في الفضاء معايير فرعية، وASTM الدولية.

اعتبارات حساسية الحرارة

في كثير من الأحيان، لا بد أيضا حساسية المعدن للحرارة ينبغي النظر فيها. معقد حتى إجراء ورشة عمل روتيني نسبيا التي تنطوي على التدفئة من خلال حقيقة أن الألومنيوم، على عكس الصلب، وسوف تذوب دون الحمراء المتوهجة الأولى. تشكيل العمليات حيث يتم استخدام ضربة الشعلة لذلك يتطلب بعض الخبرة، وذلك لأن أي علامات مرئية تكشف عن مدى قرب المواد هي للذوبان. الألومنيوم هو أيضا يخضع للضغوط الداخلية والتوترات عند محموما ذلك أن ميل المعدن للتسلل تحت هذه الضغوط يميل إلى أن يؤدي إلى تشوهات تأخر. على سبيل المثال، لوحظ عموما تزييفها أو تشقق محموما رؤساء أسطوانة الألومنيوم والسيارات، وسنوات في بعض الأحيان في وقت لاحق، كما هو ميل ملحومة إطارات دراجة الألومنيوم إلى تطور تدريجيا من المحاذاة من الضغوط من عملية اللحام. وهكذا، فإن صناعة الطيران يتجنب حرارة تماما من خلال الانضمام إلى أجزاء مع مواد لاصقة أو السحابات الميكانيكية. واستخدم الربط لاصقة في بعض إطارات دراجة في 1970s، وكانت النتائج مؤسفة عندما أنابيب الألومنيوم للتآكل قليلا، وتخفيف لاصقة وانهيار الإطار. ويمكن أن يعفي تشدد في الألومنيوم محموما من قبل المعالجة الحرارية للأجزاء في فرن والتبريد تدريجيا، في الواقع الصلب الضغوط. حتى الآن قد تصبح هذه الأجزاء لا تزال مشوهة، بحيث معالجة الحرارية، من إطارات الدراجات الهوائية الملحومة، على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي إلى أن يصبح جزءا كبيرا المنحرفة. إذا كان الاختلال ليس حادا جدا، قد تكون عازمة على أجزاء المبردة في المحاذاة. بالطبع، إذا تم تصميمه بشكل صحيح الإطار لصلابة (انظر أعلاه)، أن الانحناء سوف يتطلب قوة هائلة. التعصب للألمنيوم لدرجات حرارة عالية وليس ثمة ما يمنع استخدامها في الصواريخ، وحتى للاستخدام في بناء غرف الاحتراق حيث الغازات يمكن أن تصل إلى 3500 ك. وأجينا محرك المرحلة العليا استخدام تصميم الألومنيوم تبريد بشكل مجدد لبعض أجزاء من فوهة، بما في ذلك الحلق الحرجة حراريا المنطقة؛ في الحقيقة الموصلية الحرارية عالية جدا من الألومنيوم منع الحنجرة من الوصول إلى درجة انصهار حتى في ظل تدفق هائل للحرارة، مما أدى إلى عنصر خفيفة الوزن يمكن الاعتماد عليها. بسبب الموصلية العالية والسعر المنخفض نسبيا مقارنة مع النحاس في 1960s، وقدم الألومنيوم في ذلك الوقت عن الأسلاك الكهربائية المنزلية في أمريكا الشمالية، على الرغم من لم المباريات كثير مصممة لقبول أسلاك الألومنيوم. لكن جلبت استخدام جديد بعض المشاكل: زيادة معامل التمدد الحراري من الألومنيوم يسبب الأسلاك لتوسيع وانكماش نسبي للاتصال معدن المسمار متباينة، وتخفيف في نهاية المطاف الاتصال. ألومنيوم لديه ميل إلى "الزحف" تحت ضغط مستمر ثابت (بدرجة أكبر مع ارتفاع درجات الحرارة)، وتخفيف مرة أخرى الاتصال. تآكل كلفاني من المعادن المختلفة، يزيد من المقاومة الكهربائية للاتصال. أدى كل هذا في الاتصالات المحمومة وفضفاضة، وهذا بدوره أدى في بعض الحرائق. بناة ثم أصبح حذرا من استخدام الأسلاك، والعديد من الولايات القضائية حظرت استخدامه في أحجام صغيرة جدا، في البناء الجديد. بعد أحدث التجهيزات في نهاية المطاف عرضت مع الاتصالات تهدف إلى تخفيف وتجنب الإنهاك. في البداية اتسمت انهم "آل / النحاس"، لكنها تحمل معها الآن "CO / ALR" الترميز. طريقة أخرى لتفادي مشكلة التدفئة أن تثني سلك الألومنيوم إلى "ضفيرة" قصيرة من الأسلاك النحاسية. وذلك صحيح الضغط العالي تجعيد بواسطة أداة الصحيح هو ما يكفي من ضيق للحد من أي التمدد الحراري للألومنيوم.

استخدامات الألومنيوم وتطبيقاته

بعض من العديد من الاستخدامات لمعدن الألومنيوم في:

النقل (السيارات والطائرات والشاحنات وعربات السكك الحديدية والسفن البحرية، والدراجات، وغيرها) كماورقة، أنبوب، وسبائك، الخ.

التعبئة والتغليف (علب، فويل، الخ).

البناء (النوافذ والأبواب، والأسلاك انحياز بناء، وغيرها).

مجموعة واسعة من الأدوات المنزلية، من أواني الطبخ والساعات ومضارب لعبة البيسبول.

أعمدة إنارة الشارع، صواري المراكب الشراعية وأعمدة المشي، الخ.

القذائف الخارجي من الالكترونيات الاستهلاكية، وأيضا لحالات مثل المعدات معدات التصوير الفوتوغرافي.

خطوط نقل كهربائية لتوزيع الطاقة الكهربائية.

الصلب MkM وقطع المغناطيس ألنيكو.

سوبر الألومنيوم النقي، وتستخدم في مجال الالكترونيات والأقراص المدمجة.

المصارف الحرارية للأجهزة الإلكترونية مثل الترانزستورات وحدات المعالجة المركزية.

المادة الركيزة الأساسية من المعادن والنحاس مكسوة رقائق تستخدم في إضاءة عالية السطوع الصمام.

ويستخدم مسحوق الألومنيوم في الطلاء، وفي الألعاب النارية مثل وقود الصواريخ الصلبة.

ويمكن تفاعل الألومنيوم مع حمض الهيدروكلوريك أو مع هيدروكسيد الصوديوم لإنتاج غاز الهيدروجين.

ضرب النقود المعدنية مجموعة متنوعة من البلدان، بما في ذلك فرنسا وإيطاليا وبولندا وفنلندا ورومانيا، وإسرائيل، ويوغوسلافيا السابقة، قد أصدرت في سبائك الألومنيوم أو الألومنيوم والنحاس.

بعض الموديلات الرياضية قيثارة الألومنيوم لوحات بالماس على السطح من الصكوك، وعادة إما من الكروم أوأسود. وكلاهما معروف كرامر القيثارات وفول ترافيس لأنها أنتجت القيثارات مع أعناق المصنوعة من الألومنيوم، والتي تعطي صك صوت واضح للغاية.^[19]

مجالات التطبيق من الألومنيوم في عام 2009

بناء 27٪ التعبئة والتغليف 16٪ هندسة 14٪ نقل 36٪ آخرون 7٪

تطبيقات سبائك الألومنيوم

الألومنيوم عادة ما يكون مخلوط - يستخدم كأداة معدن نقي فقط عند المقاومة للتآكل و/ أو قابلية أكثر أهمية من قوة أوصلابة. ويمكن إيداع طبقة رقيقة من الألومنيوم على سطح مستو لترسب بخار البدنية أو (نادرا جدا) ترسيب الأبخرة الكيميائية أو المواد الكيميائية وسيلة أخرى لتكوين الطلاءات الضوئية والمرايا. وتستخدم سبائك الألومنيوم مع مجموعة واسعة من العقارات في الإنشاءات الهندسية. وتصنف النظم سبيكة من خلال نظام رقم (ANSI) أو بواسطة أسماء تشير إلى ناخبيهم صناعة السبائك الرئيسية (DIN وISO). على قوة ومتانة سبائك الألومنيوم تختلف بشكل واسع، ليس فقط نتيجة لمكونات سبيكة محددة، ولكن أيضا نتيجة المعالجة الحرارية وعمليات التصنيع. وعدم معرفة هذه الجوانب لديه من وقت لآخر أدى إلى الهياكل المصممة بطريقة غير سليمة، واكتسبت سمعة سيئة الألومنيوم. واحد قيد هيكلية مهمة من سبائك الألومنيوم هو قوتهم والتعب. وعلى عكس الفولاذ، وسبائك الألومنيوم ليس لهما حدود واضحة المعالم والتعب، وهذا يعني أن فشل التعب يحدث في نهاية المطاف، تحت أحمال دوري حتى صغيرة جدا. وهذا يعني أن المهندسين يجب تقييم هذه الأحمال وتصميم من أجل حياة ثابت بدلا من أن تكون حياة لانهائية. خاصية أخرى هامة من سبائك الألومنيوم هو حساسيتها للحرارة. وتزيد من صعوبة الإجراءات التي تنطوي على ورشة للتدفئة من حقيقة أن الألومنيوم، على عكس الصلب، ويذوب دون الحمراء المتوهجة الأولى. تشكيل العمليات حيث يتم استخدام ضربة الشعلة بالتالي تتطلب بعض الخبرة، حيث لا علامات بصرية تكشف عن مدى قرب المواد هي للذوبان. سبائك الألومنيوم، شأنها شأن جميع السبائك الهيكلية، كما تخضع للضغوط الداخلية بعد عمليات التسخين مثل اللحام والصب. المشكلة مع سبائك الألومنيوم في هذا الصدد هي وجهة نظرهم انصهار منخفضة، مما يجعلها أكثر عرضة للتشوهات من تخفيف التوتر الناجم حراريا. ويمكن أن يتم تخفيف التوتر تسيطر عليها أثناء التصنيع بواسطة المعالجة الحرارية للأجزاء في الفرن، تليها تدريجي التبريد في الواقع الصلب الضغوط. نقطة انصهار منخفضة من سبائك الألومنيوم وليس ثمة ما يمنع من استخدامها في الصواريخ، وحتى للاستخدام في بناء غرف الاحتراق حيث الغازات يمكن أن تصل إلى 3500 كيلفن. استخدام محرك أجينا المرحلة العليا تصميم الألومنيوم المبرد لبعض أجزاء من فوهة، بما في ذلك منطقة حلقه الحاسمة حراريا.

استخدامات سبائك الألومنيوم

• في بناء طائرات مختلفة.

• يتم استخدام نطاق واسع في صنع قطع غيار السيارات وقطع محرك، وعجلات، وأجزاء حيوية أخرى.

• في أغراض البناء والتشييد مثل لمواد التسقيف والنوافذ والأبواب، والجبهات والستائر.

• للحصول على تصنيع مكونات مختلفة من الأجهزة التي تحتاج إلى التسامح عالية.

• للحصول على صنع معدات وصول وسلالم.

أسواق الكهرباء

المنتجات الرئيسية التي يتم استخدام الألومنيوم في التطبيقات الكهربائية والكابلات الكهربائية والموصلات حافلة، حيث الكهربائية العالية الموصلية (IACS 60٪) يجعل من الألومنيوم بديلا فعالا من حيث التكلفة للنحاس.

أسواق البناء والتشييد

البناء والتشييد وتشمل تلك المتطلبات المعمارية أو الهيكلية معاً. وتشمل المباني السكنية، واجهات المحلات التجارية والهياكل، ومراكز المؤتمرات والمناطق والطرق السريعة الجسور والهياكل على جانب الطريق، ومجموعة متنوعة من الخزانات.

وسائل النقل

في سوق النقل لديها أقسام فرعية رئيسية عديدة:

• السيارات، وشاحنة، مركبة رياضية متعددة الاستخدامات (SUV)، حافلة، وشاحنة وهياكل السيارات يتطلب مزيجا من الألومنيوم، ألواح تصب لسحب الألومنيوم لتغطية جميع الفرص جيدة لزيادة الأميال البنزين والحد من الملوثات.

الطائرات والطيران والفضاء

الطائرات والطيران التطبيقات تتطلب قوة عالية جنبا إلى جنب معا الاعتمادا على محدد عنصر صلابة عالية، ومقاومة التآكل العالية، أو ارتفاع معامل أو الثلاثة سوياً لذا يستخدم الألومنيوم.

تطبيقات التغليف

تطبيقات التغليف يتطلب إما ليونة كبيرة وتآكل مقاومة للتطبيقات الفويل والتغليف أو قوة كبيرة وقابلية للصلب التطبيقات ورقة حاوية فنستخدم الألومنيوم في هذه التطبيقات.

البترول ومكونات الصناعة الكيميائية

تركيبة ممتازة من قوة عالية جنباً إلى جنب مع ارتفاع مقاومة للتآكل بالإضافة إلى قابلية اللحام يوجد عدداً من سبائك الألومنيوم مثالية لتطبيقات صناعة الكيماويات.

النقل بالسكك الحديدية

قدر لصناعة السيارات الشاحنة والهيئات، والألومنيوم يفسح المجال لعربة القطار الهيكلية والتطبيقات لوحة الخارجية.

النقل البحري

سبائك الألومنيوم كثيرة تحمل بسهولة الهجوم تآكل البحرية المياه المالحة وهكذا تجد تطبيقات في القوارب والسفن والمحطات البحرية، والمكونات الأخرى.

بطاريات الألومنيوم الهوائية

الألومنيوم في الهواء أو بطاريات الألومنيوم الهوائية تنتج الكهرباء من ردود فعل من الأوكسجين في الهواء مع الألومنيوم. لديهم واحدة من أكثر المناطق كثافة الطاقة في جميع البطاريات، ولكنها لا تستخدم على نطاق واسع بسبب مشاكل سابقة مع والتكلفة عمرها الافتراضي، بدء الوقت، وإزالة ثانوية، والتي فرضت قيودا على استخدامها في التطبيقات العسكرية في المقام الأول. سيارة كهربائية مع بطاريات الألومنيوم لديها امكانات لمدة عشر إلى خمس عشرة مرة مجموعة من بطاريات الرصاص الحمضية مع الوزن ما مجموعه أقل بكثير، على حساب تعقيد نظام زيادة كبيرة. الألومنيوم في الهواء البطاريات هي الخلايا الأولية، أي غير قابلة لإعادة الشحن. مرة واحدة ويتم استهلاك أنود الألومنيوم عن طريق تفاعل مع الأوكسجين في الغلاف الجوي في القطب السالب مغمورة في المنحل بالكهرباء المياه القائمة لتشكيل رطب أكسيد الألومنيوم، والبطارية لم يعد انتاج الكهرباء. ومع ذلك، قد يكون من الممكن لإعادة شحن البطارية ميكانيكيا مع الأنودات الألومنيوم الجديدة جعلت من إعادة تدوير أكسيد الألومنيوم المائية. وإعادة تدوير هذه ضرورية إذا الألومنيوم في الهواء البطاريات هي التي يتعين اعتمادها على نطاق واسع.^[20][21]

الاستخدام العام

الألومنيوم هو الأكثر استخداما من المعادن غير الحديدية.^[22] العالمية لإنتاج الألومنيوم في عام 2005 كان 31.9 مليون طن. وهو تعدى أي معدن آخر إلا الحديد (837.5 مليون طن).^[23] والألومنيوم النقى أخذ في الاعتبار فقط عندما كانت مقاومة الصدأ و/أو قابيليته للشغل عليه أهم من القوة والصلابة. وهناك طبقة رقيقة من الألومنيوم يمكن أن تترسب على سطح مستوى بواسطة ترسيب البخار الفيزيائي أو (نادرا جدا) ترسيب البخار الكيميائي أو أي وسائل كيميائية أخرى لتكوين الطلاءات المرئية والمرايا. وعندما تترسب، فإن فيلم الألومنيوم النقى والجديد يستخدم كعاكس (حوالى 92%) للضوء المرئى وعاكس ممتاز (فوق 98%) للأشعة تحت الحمراء المتوسطة والبعيدة.

الألومنيوم النقي له قوة شد منخفضة، ولكن عند اختلاطه بمعالجة حرارية- ميكانيكية، فان سبائك الألومنيوم تظهر تحسن كبير في الخصائص الميكانيكية، خصوصا عندما تسخن. سبائك الألومنيوم من المكونات الحيوية من الطائرات والصواريخ نتيجة لنسبة قوتهم العالية إلى وزنهم. الألومنيوم يون سبائك ع الفور مع العديد من العناصر مثل النحاس والزنك والمغنيسيوم والمنغنيز والسيليكون (على سبيل المثال (ديورالومين). اليوم، معظم المواد المعدنية التي يشار إلى أنها قريبة جدا مثل الألومنيوم، هي فعلا السبائك. على سبيل المثال، عام الألومنيوم احباط ق هي سبائك من 92 ٪ إلى 99 ٪ من الألومنيوم.^[24]

بعض من استخدامات معدن الألومنيوم العديدة في:

• النقل (العربات والطائرات والشاحنات، والسكك الحديدية والسيارات، والسفن البحرية، والدراجات وغيرها) كورقة، وأنابيب، والمسبوكات الخ.
• التعبئة والتغليف (علب، ورق فويل، وما إلى ذلك).
• البناء (النوافذ، الأبواب، والتحويلات، وأسلاك البناء، وما إلى ذلك).
• مجموعة كبيرة من الأدوات المنزلية، من أواني الطهي إلى مضرب البيسبول، والساعات {76}، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة (أبل).
• أعمدة إنارة الشوارع، وصارى السفن، وأقطاب المشي الخ.
• المستويات الخارجية من الإلكترونيات المستهلكة، وفي حالات المعدات أيضا مثل معدات التصوير.
• خطوط بث الكهرباء لتوزيع الطاقة.
• MKM الصلب ومغنطيسات وألنيكو.
• الألومنيوم فائق النقاء (99.980 ٪ 99.999 ٪ Al)، وتستخدم في مجال الإلكترونيات والأقراص المدمجة.
• المغاسل الحرارية للالأجهزة الإلكترونية مثل الترانزستور ووحدات المعالجة المركزية.
• المادة الأصلية للمعدن الرئيسي تغطي النحاس بطبقة رقيقة تستخدم في شدة الإضاءة العالية لضوء LED.
• مسحوق الألومنيوم يستخدم في الطلاء، والصناعات النارية مثل وقود الصورايخ الصلبة والثيرميت.

مركبات الألومنيوم

• ألومنيوم كبريتيت الأمونيا ([Al(NH₄)](SO₄)₂)، أمونيا الألومنيوم تستخدم كمادة حارقة، وفي تنقية المياه، ومعالجة مياه الصرف الصحي، وفي إنتاج الورق، وفي الإضافات الغذائية وفي صباغة الجلود.
• استيات الألومنيوم هو ملح يستخدم في محلول كمادة قابضة.
• بورات الألومنيوم (Al₂O₃ B₂O₃) يستخدم في إنتاج الزجاج والسيراميك.
• الألومنيوم بوروهيدريد (Al(BH4)₃) يستخدم كمادة مضافة لوقود الطائرات النفاثة.
• برونز الألومنيوم (CuAl₅).
• كلوريد الألومنيوم (AlCl₃) يستخدم: في صناعة الدهانات، ومضاد للعرق، وتكرير البترول وفي إنتاج المطاط الصناعي.
• كلوروهيدرات الألومنيوم يستخدم كمزيل للعرق وفي علاج hyperhidrosis.
• الألومنيوم fluorosilicate ₍₂₎ سيف _{6 (3)} يستخدم في إنتاج الاصطناعية الأحجار الكريمة المستندات والزجاج والخزف.
• هيدروكسيد الألومنيوم ((أوهايو) ₃₎ يستخدم : بأنه مضاد للحموضة، بوصفها لاذع، والمياه وتنقية، في صناعة الزجاج والسيراميك، وتسرب المياه في الأقمشة.
• أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃) الألومينا، يوجد في الطبيعة ككوراندوم (الياقوت)، الحجر، ويستخدم في صناعة الزجاج. الياقوت الصناعي يستخدم في الليزر لإنتاج الضوء المكثف. يستخدم كمقاوم، وضروري لإنتاج لمبات الصوديوم عالية الضغط.
• فوسفاتات الألومنيوم (AlPO₄) تستخدم في تصنيع: الزجاج والسيراميك، عجينة ومنتجات الورق، مستحضرات التجميل، الطلاءات، والورنيشات وفي صناعة طبقة الأسمنت المستخدمة في طب الأسنان.
• كبريتات الألومنيوم ₍₂₎ لذلك _{(4) (3)} يستخدم: في صناعة الورق، بوصفها محرق، في إطفاء الحريق، وتنقية المياه ومعالجة مياه الصرف الصحي، والمضافات الغذائية، ونيران، ودباغة الجلود.
• أيونات الألومنيوم المائية (مثل الموجودة في كبريتات الألومنيوم المائية) تستخدم للعلاج ضد طفيليات الأسماك مثل Gyrodactylus salaris.
• في العديد من اللقاحات بعض أملاح الألومنيوم تستخدم بمثابة تقوية للمناعة (تقوية الاستجابة المناعية) للسماح للبروتين في اللقاح ليحقق الفعالية الكافية كمنشط للمناعة.

سبائك الألومنيوم في التطبيقات الهيكلية

سبائك الألومنيوم مع خصائصها الكبيرة تستخدم في التراكيب الهندسية. أنظمة السبيكة تصنف برقم النظام (ANSI) أو بالأسماء التي توضح مكونات السبيكة الأصلية (DIN & ISO).

قوة ومتانة سبائك الألومنيوم تختلف اختلافا كبيرا، ليس فقط نتيجة لمكونات سبيكة محددة، ولكن أيضا نتيجة للمعالجات الحرارية وعمليات التصنيع. ونقص الخبرة في هذه الجوانب من وقت إلى وقت قادت إلى أشكال ذات تصميم غير صحيح وأعطت الألومنيوم سمعة سيئة.

وهناك حد هام في صناعة سبائك الألومنيوم هو قوة التعب. وعلى عكس الصلب، سبائك الألومنيوم ليس لها حدود معروفة في التعب، بمعنى فشل التعب يحدث في النهاية حتى تحت دورة تحميلات صغيرة. ويعني ذلك أن المهندسين يجب أن يقيموا هذه الأعباء ويصمموا لحياة مستقرة أفضل من حياة لا نهاية لها.

هناك ميزة أخرى لسبائك الألومنيوم هي حساسيتها للحرارة. ومنتجين ورش العمل التي تتضمن التسخين يكونوا معقدين لحقيقة أن الألومنيوم (على العكس من الصلب) يذوب بدون أول احمرار متوهج. تكوين العمليات حيث يستخدم شعلة التفجير لذلك هذا يتطلب بعض الخبرة، حيث لا يوجد إشارات مرئية تدل عن مدى ذوبان المادة. سبائك الألومنيوم، شأنها شأن جميع السبائك الهيكلية، فهي تخضع لبعض الضغوط الداخلية بعد عمليات التسخين مثل اللحام والصب. المشكلة مع سبائك الألومنيوم في هذا الصدد هو انخفاض درجة الانصهار، مما يجعلهم أكثر عرضة للتشوهات من الضغط الناتج عند تعرضها للحرارة.يمكن السيطرة على الألومنيوم المتعرض لضغط أثناء التصنيع عن طريق معالجة هذه الأجزاء بالحرارة بوضعها في فرن، ونتبعها بتبريد تدريجيا—في الصلب المضغوط.

انخفاض درجة انصهار سبائك الألومنيوم لم يمنع استخدامها في صناعة الصواريخ حتى لاستخدامها في بناء غرف الاحتراق حيث يمكن أن تصل الغازات إلى 3500 ك. فإن المرحلة العليا من محرك Agena تستخدم تصميم الألومنيوم المبرد المتجدد لبعض الأجزاء من الخرطوم، ويتضمن ذلك درجة الحرارة الحرجة في منطقة الحنجرة.

التوصيلات المنزلية

مقارنة مع النحاس فان الألومنيوم يمثل نحو 65٪ من توصيل الكهرباء من حيث الحجم، على الرغم من 200٪ من حيث الوزن. عادة ما يستخدم النحاس كمادة في التوصيلات المنزلية. في 1960s كان الألومنيوم أرخص من النحاس، ولذلك كان يستخدم للوصلات الكهربائية في الولايات المتحدة، على الرغم من العديد من التركيبات لم تكن مصممة لقبول أسلاك الألومنيوم. ولكن في بعض الحالات زيادة معامل التمدد الحراري لأسلاك الألومنيوم يجعل السلك يتمدد وينكمش ارتباطا باتصال المعدن غير المتماثل، وفي النهاية يفقد الاتصال. أيضا، الألومنيوم النقي لدي ميل إلى الزحف المستمر تحت الضغط المستمر (لدرجة كبيرة كلما ارتفعت درجة الحرارة)، ومرة أخرى يفقد الاتصال. وأخيرا، فان الصدأ الجلفاني من المعادن غير المتماثلة يزيد من مقاومة كهرباء الاتصال.

كل هذا أدى إلى الحرارة المرتفعة وفقد الاتصال، وهذا بدوره أدى إلى حرائق. بعد ذلك أصبح البنائون يخشوا من استخدام الأسلاك، والعديد من الهيئات القضائية أقصرت استخدامه في أحجام صغيرة جدا في المنشاءات الجديدة في النهاية، فإن الاثاثات الجديدة زودت باتصالات مصممة لتتجنب الفقد والحرارة العالية. الجيل الأول من الأثاثات عرفت ب"Al/Cu" ووجدت في النهاية مناسبة لسلوك التركيبات "/ كو" في نهاية المطاف وجدت مناسبة لسلوك النحاس المغطاة بالألومنيوم فقط، ولكن جيل الأثاثات الثاني والذي يتحمل تشفير "CO/ALR" عمل لأسلاك الألومنيوم غير المغطاة. ولكي يتكيف مع الأغراض الأقدم فان العاملين قضوا على مشاكل التسخين عن طريق عقص سلك الألومنيوم إلى ضفيرة قصيرة من سلك النحاس. اليوم، السبائك الجديدة، والتصميمات، والطرق تستخدم لتمديد أسلاك الألومنيوم بالإضافة إلى إنهاء الألومنيوم.

نبذة تاريخية

قدماء الاغريق والرومان استخدموا أملاح النحاس كمادة للصباغة وكمادة قابضة لتضميد الجروح، أن الألومنيوم لايزال يستخدم كدواء للتقلصات في أنسجة الجسم. في 1761 جوتون دي مورفو اقترح تسمية الألوم ألومين. في 1808، همفري ديفي عرف وجود المعدن، والذي سماه في البداية ألوميوم وبعد ذلك ألومنيوم.

وأنتج المعدن لأول مرة في عام 1825 (في صيغة غير نقية) بواسطة الفيزيائي والكيميائي هانز كريستيان. حيث فاعل كلوريد الألومنيوم اللامائي مع أمالجام البوتاسيوم وأسفرت التجربة عن قطعة من المعدن تشبه القصدير. فريدريك وولر كان على دراية بهذه التجارب واستشهد بها، ولكن بعد إعادة تجربة هانز كريستيان أورستيد خلص إلى أن هذا المعدن هو البوتاسيوم النقي. وقام باجراء تجربة أخرى مماثلة في 1827 من خلال خلط كلوريد الألومنيوم اللامائى مع البوتاسيوم، وأسفرت عن الألومنيوم. وولر عامة له الفضل في عزل الألومنيوم (الاسم اللاتيني alumen, alum)، ولكن أيضا أورستيد يعد هو المكتشف.[83] وعلاوة على ذلك، فإن بيار برزير اكتشف الألومنيوم في خام البوكسايت وانتزعت بنجاح.[85] الفرنسي هنري سانت اتيان كلير ديفيل قام بتحسين أسلوب وولرفي 1846، ووصف التحسينات في كتاب في 1859، وعلى رأسها تلك التي يجري فيها استبدال الصوديوم لزيادة تكلفة البوتاسيوم. (ملاحظة : إن عنوان كتاب ديفيل هو De l'aluminium, ses propriétés, sa fabrication (باريس 1895). ويبدو أن ديفيل اقتنع بفكرة التحليل الكهربى لأكسيد الألومنيوم الذائب في الكرايوليت: ولكن شارلز مارتن هال وبول هيرولت قد يكونوا طوروا الطرق العملية أكثر بعد هال.

قبل عملية هال- هيرولت، كان استخراج الألومنيوم صعب للغاية من خاماته المتعددة. وهذا يجعل من الألومنيوم النقي أكثر قيمة من الذهب. وهناك قضبان من الألومنيوم تعرض جانب إلى جانب مجوهرات التاج الفرنسي في المعرض العالمي عام 1855، ويقال أن نابليون الثالث احتفظ بمجموعة طباء عشاء من الألومنيوم خصيصا لضيوفه المميزين جدا.

ولقد اختير الألومنيوم كمادة لاسنخدامه كرأس للنصب التذكارى واشنطن عام 1884، في هذا الوقت كانت الأونصة الواحدة (30 جرام) تغطي أجرة العامل القائم على هذا المشروع، وكان الألومنيوم له نفس قيمة الفضة.

وكانت شركات كاولز تورد سبائك النحاس في كمية إلى الولايات المتحدة وبريطانيا باستخدام المصاهر مثل الفرن من كارل فيلهلم سيمنز حوالى 1886. تشارلز مارتن هال من ولاية أوهايو في الولايات المتحدة وبول هيرولت من فرنسا طوروا مستقلين عن بعضهم عملية التحليل الكهربائى هال- هيرولت والتي جعلت استخراج الحديد من معادنه أرخص وهي الآن الطريقة الأساسية المستخدمة في جميع أنحاء العالم. إن عملية هال- هيرولت لايمكن أن تنتج الألومنيوم النقى مباشرة. قاعة للعملية، ^[25] في عام 1888 مع دعم مالي من ألفريد E. هنت، بدأت بيتسبرج لحد اليوم تعرف باسم شركة الكوا. عملية هيرولت استخدمت في الإنتاج عام 1889 في سويسرا في صناعة الألومنيوم، والآن الكان، والألومنيوم البريطانية، والآن مجموعة Luxfer والكوا، وفي عام 1896 في اسكتلندا.^[26]

وفى عام كان المعدن مستخدم كمواد للبناء بعيدا جدا في سيدني، أستراليا في قبة مبنى سكرتارية الرئيس.

والعديد من القوات البحرية استخدموا مركبات الألومنيوم العالية الجودة لسفنهم، ولكن إطلاق النار عام 1975 على متن حاملة الطائرات USS Belknap قضت على مركبات الألومنيوم الفائقة الجودة، وكذلك ملاحظة لأضرار المعركة التي حدثت للسفن البريطانية أثناء حرب الفوكلاند، أدى ذلك إلى تحويل العديد من القوات البحرية إلى مركبات الصلب العالية الجودة. وكانت فئة Arleigh Burke هي الأولى مثل سفينة الولايات المتحدة، والتي جرى بناؤها بالكامل من الصلب.

في عام 2008 وصل سعر الألومنيوم إلى الذروة 1.45دولار/ للرطل في شهر يونيو وهبط إلى 0.7 دولار/ للرطل في ديسمبر.^[27]

أصل الكلمة

تاريخ التسمية

كان الاقتباس المبتكر في قاموس أكسفورد الإنجليزي لأي كلمة تستخدم كاسم لهذا المعدن هو alumium، والذي كان الكيميائي والمخترع البريطانى همفرى عين في 1808 لهذا المعدن والذي كان يحاول أن يعزله كهربائيا من معدن الألومينا. وهذا الاقتباس هو من مجلته المعاملات الفلسفية "لو كنت محظوظ جدا.. كي أحصل على المواد المعدنية التي أبحث عنها، لكنت أطلقت عليهم أسماء سيليكوم، ألوميوم، زركونيوم وجلوكيوم".^[28]

وفى عام 1812، استقر ديفي على الألومنيوم. وكتب في مجلة الفلسفة الكيميائية: "حتى الآن لم يتم الحصول على الألومنيوم في حالة حرة تماما ". ولكن في نفس العام، كان هناك مساهم مجهول في Quarterly Review جريدة تحريرية بريطانية، اعترض على هذه التسمية (aluminum) واقترح اسم (aluminium)، "لذلك علينا أن نستبيح كتابة الكلمة باعتبارها أفضل من ال aluminum، والتي لها صوت أقل كلاسيكية "^[29]

إن حروف نهاية الكلمة ium لها ميزة أنها تتفق مع سلسلة العناصر التي اكتشفت حديثا في هذا الوقت مثل: البوتاسيوم والصوديوم والمغنيسيوم والكالسيوم، والاسترانشيوم (والتي قام ديفى بعزلهم جميعا. ومع ذلك، فإن هجاء الحروف um للعناصر لم يكن معروف في هذا الوقت، على سبيل المثال البلاتين، والمعروف لدى الأوروبيين منذ القرن السادس عشر، والموليبدينوم، واكتشف في 1778، والتانتال، الذي اكتشف في 1802.

وعلى الجانب الآخر فان حروف نهاية الكلمة um، مميزة وذلك بانها ثابتة أكثر مع الهجاء العالمي للألومينا للأكسيد، مثل اللانثانا فهي الأكسيد للانثانيوم، ومغنيزا، سيريا، ثوريا فهي الأكسيدات للمنجنيز والسيريوم والثوريوم على التوالي.

واستخدم هذا الهجاء المنتهي ب -ium، خلال القرن ال 19 بواسطة معظم الكيميائيين في الولايات المتحدة، ولكن الاستخدام الشائع أقل وضوحا. والهجاء المنتهي ب um يستخدم في قاموس وبسترز في عام 1828، كما في عام 1892 عندما نشر شارلز مارتن هال نشرة إعلانية لطريقته الكهربية الجديدة لإنتاج المعدن، وبالرغم من استخدامه المستمر للنهاية ium في كل براءات الاختراع التي حفظها بين عاميّ 1886 و1903. وبالتالي كان من المقترح أن الهجاء يعكس سهولة أكثر لنطق الكلمة مع مقاطع أقل، أو ان هذا الهجاء بطريقة سريعة كان خطأ. فإن هيمنة هال لإنتاج المعدن أكدت أن الهجاء aluminum أصبح هو الاساس في أمريكا الشمالية، قاموس وبسترز الكامل لعام 1913، لذلك، استمر استخدام نسخة النهاية ium.

في عام 1926، قررت جمعية الكيميائيين الأمريكية رسميا استخدام كلمة قررت استخدام aluminum في منشوراتها، القواميس الأمريكية بالمثل بوصف هجاءaluminium 1 كبديل بريطاني للكلمة.

هجاء الوقت الحاضر

معظم البلدان تتهجى الألومنيوم بإضافة حرف i قبل um. في الولايات المتحدة، فان هجاء aluminium غير معروف على توسع، وهجاء aluminum هو الشائع. وتعرض في قاموس أكسفورد الكندى aluminum، في حين انها تكتب aluminium في قاموس ماكارى الأسترالي.

فإن الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) اعتمدت الاسم aluminium بأنه الاسم الدولي الأساسي لهذا المعدن في عام 1990، ولكن بعد مرور ثلاث سنوات اعترفت بالتسمية aluminum كبديل مقبول. ومن ثم يشتمل الجدول الدوري على التسميتين. فإن نظام الـ IUPAC يفضل رسميا استخدام aluminium في منشوراته الداخلية، على الرغم من أن معظم منشورات الـ IUPAC تستخدم الهجاء aluminum.^[30]

المخاوف الصحية

على الرغم من وفرته في الطبيعة، فان الألومنيوم، لا يوجد له وظيفة معروفة في الخلايا الحية كما أن له بعض الآثار السمية عند وجوده بتركيزات مرتفعة وتعزى سميته إلى ترسبه في العظام والجهاز العصبي المركزي، والذي يزيد خصوصا في المرضى الذين يعانون من نقص في وظائف الكلى. ولأن الألومنيوم ينافس الكالسيوم في الامتصاص، فان زيادة الكميات من الألومنيوم الغذائي يمكن أن يساهم في تقليل معادن الهيكل العظمي (osteopenia) والتي تلاحظ في الرضع مبكرى الولادة والأطفال الذين لديهم تأخر في النمو. في الجرعات العالية جدا، فإن الألومنيوم يمكن أن يسبب السمية العصبية، وهو متعلق بتغيير وظيفة حاجز الدماء بالمخ. نسبة صغيرة من الناس لديها حساسية من الألومنيوم واكزيما الاحتكاك، واضطرابات الهضم، والقئ أو أي أعراض أخرى عند ملامستهم أو حقنهم بأي منتج يحتوى على الألومنيوم، مثل مزيلات الروائح أو مضادات الحموضة. ولهؤلاء الذين لايوجد لديهم حساسية، فإن الألومنيوم يكون غير سام مثل المعادن الثقيلة، ولكن هناك دلائل ببعض السمية إذا استهلك بكميات مفرطة. وعلى الرغم من أن استخدام الألومنيوم في تجهيزات المطابخ لم يثبت انه يؤدى إلى أنه سام عموما، فان الكميات المفرطة من استهلاك مضادات الحموضة التي تحتوى على الألومنيوم والاستخدام المفرط أيضا لمزيلات العرق التي تحتوى على الألومنيوم تزود بشكل ملحوظ من مستويات التعرض. وقد أظهرت الدراسات أن استهلاك الأطعمة الحامضية أو السوائل المحتوية على الألومنيوم تزود بشكل ملحوظ امتصاص الألومنيوم وأوضح مالتوا انها تزود ترسب الألومنيوم في الأعصاب والنسيج العظمى.[116] وعلاوة على ذلك، يزيد الألومنيوم من التعبير عن الجين المسئول عن هرمون الاستروجين في خلايا الثدى السرطانية في النساء التي تزرع في المعمل. هذه التأثيرات التي تشبه الاستروجين تقود إلى تصنفيها كاستروجين معدني metalloestrogen.

ولما له من آثار سمية محتملة، فإن استخدام الألومنيوم في بعض مضادات العرق، والأصباغ (مثل بحيرة الألومنيوم)، والإضافات الغذائية يكون مثير للجدل.على الرغم من وجود أدلة كافية على أن التعرض الطبيعي للألمنيوم يمثل خطرا صحيا على البالغين، فإن هناك دراسات عديدة اشارت إلى المخاطر المتعلقة بزيادة نسبة التعرض إلى المعدن. الألومنيوم في الطعام يمكن أن يمكن أن امتصاصه أكثر من الألومنيوم من المياه.[120] بعض الباحثين عبروا عن قلقهم بأن الألومنيوم الموجود في مضادات العرق يمكن أن يزيد من خطورة حدوث سرطان الثدي، وهو في مجال للجدل أيضا أنه له علاقة بمرض الزهايمر.^[31]

ووفقا لجمعية مرض الزهايمر، فان الرأى الطبي والعلمي الغالب أن هذه الدراسات لم تقوم بإقناعهم بوجود علاقة سببية ظاهرة بين الألومنيوم ومرض الزهايمر.[125] ومع ذلك، فإن بعض الدراسات استشهدت بأن التعرض للألومنيوم يعتبر عامل من عوامل الخطورة المسببة مرض الزهايمر، كما وجد أن بعض من الصفائح الدماغية يزيد فيها نسبة المعدن. البحث في هذا المجال لم يكن حاسم؛ تراكمات الألومنيوم قد يكون نتيجة للمرض وليس المسبب. وعلى أي حال، إذا كان هناك أي سمية الألومنيوم، فإنها يجب أن تكون عبر آلية محددة للغاية، حيث أن نصيب الإنسان من التعرض لهذا العنصر في وجوده الطبيعي في الطين في التربة والغبار تكون كبيرة جدا تفوق مدى الحياة. وبالإجماع العلمى فإنهم لم يثبتوا حتى الآن هل يمكن أن يؤثر التعرض للألومنيوم مباشرة على زيادة الخطورة من الإصابة بمرض الزهايمر.

التأثير على النبات

الألومنيوم هي من بين العوامل الرئيسية التي تقلل من نمو النبات في الترب الحمضية. على الرغم من أنه مضر للنبات عامة في الترب ذات الوسط المتعادل، فان تركيز أيونات الألومنيوم الموجبة في الترب الحامضية يزيد ويعمل خلل في نمو الجذر والوظيفة.^[32][33][34]

معظم أنواع التربة الحمضية مشبعة بالألومنيوم بدلا من أيونات الهيدروجين. إن حمضية التربة تكون نتيجة للتحلل المائى لمركبات الألومنيوم. وهذا المبدأ (تصحيح نسبة الجير) لتحديد درجة تشبع القاعدة في التربة أصبحت هي أساس الطرق المستخدمة في معامل اختبار التربة لتحديد (متطلبات الجير) اللازم للترب. تطبيق الجير على التربة يقلل من سمية الألومنيوم على النباتات. ملاحظة هذا الرابط يحمل ببطء.

تكيف القمح لكى يسمح بتحمل الألومنيوم يرجع إلى أن الألومنيوم يحث على إطلاق مركبات عضوية والتي تتحد بدورها مع كاتيونات الألومنيوم الضارة. ويعتقد أن الذرة الرفيعة لها نفس إليه التحمل. أول الجينات التي وجدت لتحمل الألومنيوم كانت وجدت في القمح. وقد تبين أن تحمل الذرة الرفيعة للألومنيوم محكوم بجين فردي، مثل في القمح. وليس هذا هو الحال في جميع النباتات.

مقالات ذات صلة

• تاريخ الألومنيوم
• بوكسيت
• ألبراس (البرازيل)
• مجمع الألومنيوم (مصر)

المراجع

وصلات خارجية

• WebElements.com -- الألومنيوم
• الإنتاج الكهربائي
• الإنتاج العالمي من الألمنيوم الأولي، حسب البلد
• تاريخ سعر الالومنيوم، وفقا لصندوق النقد الدولي
• تاريخ الألومنيوم (من الموقع الإلكتروني للمعهد الدولي للألمنيوم)
• Emedicine -- الألومنيوم

موسوعات ذات صلة :

• موسوعة علم المواد
• موسوعة العناصر الكيميائية
• موسوعة الكيمياء
• موسوعة صيدلة
• موسوعة علم الأحجار الكريمة والمجوهرات
• موسوعة علم طبقات الأرض