المنيوم

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 جدا في مجالات أخرى مثل النقل والبناء. وطبيعته التفاعلية جعلته مفيدا كحفاز أو كمادة مضافة في الخلائط الكيميائية، باللإضافة إلى استخدامه في متفجرات نترات الأمونيوم لتعزيز قوة الانفجار.
محتويات [أخف]
1 الخواص
2 النظائر
3 وجوده في الطبيعة
4 إنتاج الألومنيوم
4.1 التحليل الكهربائي
5 إعادة التصنيع
6 الكيمياء
6.1 حالة التأكسد الأولى
6.2 حالة الأكسدة الثانية
6.3 حالة الأكسدة الثالثة
7 التطبيقات
7.1 الاستخدام العام
7.2 مركبات الألمنيوم
7.3 سبائك الألومنيوم في التطبيقات الهيكلية
7.4 التوصيلات المنزلية
8 نبذة تاريخية
9 أصل الكلمة
9.1 تاريخ التسمية
9.2 هجاء الوقت الحاضر
10 المخاوف الصحية
11 التأثير على النبات
12 مواضيع متعلقة
13 المراجع
14 وصلات خارجية
[عدل]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].و للألومنيوم نحو ثلث كثافة وجساءة الفولاذ. فهو مطيلي، وسهل التشغيل، والسباكة، والبثق. وهو قابل للسحب ووللطرق حيث يمكن قولبته بشكل سهل نسبياً.
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]
[عدل]النظائر

للألومنيوم تسعة نظائر يتراوح عددها الكتلي بين 23 و 30. 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 (Spallation) 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].
[عدل]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 AlOx(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.
[عدل]إنتاج الألومنيوم

طالع أيضًا :قائمة الدول حسب إنتاج الألومنيوم و قائمة الدول حسب إنتاج أكسيد الألومنيوم
على الرغم من الألمنيوم 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 الأخرىن من الضيوف أعطاهم الذهب. وقد اكتمل نصب واشنطن التذكارى، مع 100 أوقية (2.8 كلغ)من الألومنيوم باعتباره اللمسه الأخيره والتي تم وضعها في مكان في يوم 6 ديسمبر 1884، وذلك في حفل اخلاص متقن. وكانت أكبر قطعة مفرده من الألومنيوم في ذلك الوقت. وفي ذلك الوقت، الألمنيوم، كان غالى مثل الفضة.[12] وقد تم إنتاج الألومنيوم بكميات تجارية في ما يزيد قليلا على 100 سنة.


البوكسيت
الألومنيوم يعتبر فلز ذات طبيعه تفاعليه قوية والذي يكون روابط كيميائيه 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 النقى.درجة الحرارة التشغيلية للحد من الخلايا حوالي 950 إلى 980 °C. كما وجد الكرايوليت بعلم المعادن المعادن في جرينلاند، 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 الألمنيوم بحد ذاته عامل مرجع أكثر قوة من الكربون. وبما أن لأكسيد الألمنيوم نقطة انصهار عالية نسبياً حوالي 2000 °س، لذلك فإن الألمنيوم 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.


الاتجاه العالمي في إنتاج الألومنيوم
[عدل]التحليل الكهربائي
إن طريقة التحليل الكهربائي لالستحصال الألومنيوم حلت محل طريقة فولر Wöhler process، والتي كانت تتضمن إرجاع كلوريد الألومنيوم اللا مائي 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: