معلومات عن الالمنيوم

الالومنيوم عنصر في الجدول الدوري له الرمز Al والعدد الذري 13. وهو فلز ذو لون
ابيض فضي من مجموعة البورون من العناصر الكيميائية. وهو معدنمطيلي اي قابل للسحب. وهو عنصر
غير ذواب في الماء في الشروط العادية.وهو من اكثر الفلزات وفرة في القشرة الارضية، وترتيبه
الثالث من بين اكثر العناصر وفرة في الكرة الارضية بعد الاكسجين والسيليكون. يشكل الالومنيوم 8%
من وزن سطح الارض الصلب. ويعتبر الالومنيوم من اكثر المعادن فعالية كيميائية كمعدن حر، ولذلك
نجده مرتبطا باكثر من 270 معدن مختلف. المصدر الرئيسي للالومنيوم هو معدن خام البوكسيت. يمتاز
الالومنيوم بمقاومته للتاكلوبخفة وزنه حيث يدخل في صناعة الطائرات.

وللالومنيوم قدرة مميزة على مقاومة التاكل بسبب ظاهرة التخميل وبسبب كثافة المعدن المنخفضة. العناصر البنيوية
المصنوعة من الالومنيوم وسبائكه ذات دور فعال في الصناعة الفضائية ومهمة جدا في مجالات اخرى
مثل النقل والبناء. وطبيعته التفاعلية جعلته مفيدا كحفاز او كمادة مضافة في الخلائط الكيميائية، باللاضافة
الى استخدامه في متفجرات نترات الامونيوم لتعزيز قوة الانفجار.

الخواص

الالومنيوم فلز خفيف الوزن، ومتين، وذو مظهر يتراوح بين الفضي والرمادي الداكن بحسب خشونة السطح.
والالومنيوم غير ممغنط، وهو غير ذواب في الكحول، مع انه يذوب في الماء في اشكال
محددة. جيد التوصيل للحرارة والكهرباء. مقاومة الخضوع للالومنيوم النقي هي 7-11 ميغا باسكال، في حين
ان سبائك الالومنيوم ذات مقاومة خضوع تتراوح من 200 الى 600 ميغاباسكال[3].و للالومنيوم نحو ثلث
كثافة وجساءة الفولاذ. فهو مطيلي، وسهل التشغيل، والسباكة،والبثق. وهو قابل للسحب ووللطرق حيث يمكن قولبته
بشكل سهل نسبيا.

تعود قدرة الالومنيوم الممتازة على مقاومة التاكل الى الطبقة السطحية الرقيقة غير النفوذة والمتماسكة من
اكسيد الالومنيوم التي تتشكل عندما يتعرض الفلز للهواء، مما يمنع استمرار عملية الاكسدة. اقوى سبائك
الالومنيوم تكون اقل مقاومة للتاكل بسبب التفاعلات الجلفانية مع سبائك النحاس. وهذه المقاومة للتاكل عادة ماتنخفض
انخفاضا كبيرا عندما يوجد عدة محاليل ملحية، لا سيما بوجود معادن مختلفة.

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

الالومنيوم احد المعادن القليلة التي تحافظ على انعكاسها الفضي الكامل عندما تكون بشكل مسحوق دقيق،
مما يجعله مكونا هاما جدا في الطلاءات الفضية. ومراة الالومنيوم ذات اعلى انعكاس من اي
معدن عند اطوال موجات (200-400 نانومتر) (في مجال الاشعة فوق البنفسجية) وعند 3000- 10000 نانومتر
(في مجال الاشعة تحت الحمراء)، في حين ان القصدير والفضة تتفوق عليه في مجال الضوء
المرئي 400-700 نانومتر كما ان الفضة والذهب والنحاس تتفوق عليه في مجال الطول الموجي 700*3000.

الالومنيوم هو موصل جيد للحرارة والكهرباء، ووزنه اقل من النحاس. يمكن للالومنيوم ان يكون موصلا
فائقا، مع درجة حرارة حرجة للتوصيل الفائق 1.2كلفن، ومجال مغناطيسي حرج حوالي 100 غاوس.

النظائر

للالومنيوم 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 الارغون في الغلاف الجوي بواسطة التشظي (Spallation) الذي تسببه
بروتونات الاشعة الكونية. تستخدم نظائر الالومنيوم في التطبيقات العملية لتحديد تاريخ الترسبات البحرية، وعقيدات المنغنيز،
والثلج الجليدي والكوارتز في القصف الصخريوالنيزكي. وقد استخدمت نسبة Al26 الى Be10 لدراسة دور نقل
وترسيب وتخزين الرواسب واوقات الدفن والتاكل على مدى 105 الى 106 عام بالمقاييس الزمنية. وقد استخدم
النظير الكوني Al26 اول ما استخدم في دراسات القمر والنيازك. فشظايا النيازك، بعد انفصالها عن
الجسد الاب، كانت معرضة لقصف مكثف من الاشعة الكونية خلال سفرها عبر الفضاء، مما تسبب
في توليد Al26. وبعد سقوطها على الارض، حجب الغلاف الجوي شظايا النيزك من انتاج المزيد
من Al26، وبذلك يمكن استخدام اضمحلاله في تحديد عمر النيازك الارضية. وقد اظهرت الابحاث النيزكية
ان Al26 كان وفيرا في وقت تكوين كوكبنا. ويعتقد معظم علماء النيازك ان الطاقة المنطلقة
من اضمحلال Al26 كانت مسؤولة عن ذوبان وتمايز بعض الكويكبات بعد تشكيلهم منذ 4.55 مليار
سنة

وجوده في الطبيعة

فلز الالمنيوم هو من اكثر العناصر الفلزية توافرا في القشرة الارضية بعد الاكسجين والسيليكون [8]
بنسبة مقدارها 8.3%. لا يواجد فلز الالومنيوم في الطبيعة بشكله النقي الحر، ويعود ذلك الى
الفته القوية للاوكسجين، فيكون في الاكاسيد او السيليكات. الفلسبار، وهي اكثر مجموعات الفلزات شيوعا في
القشرة الارضية، هي سيليكات الالومنيوم. يمكن لمعدن الالومنيوم الاصلي ان يوجد كحالة ثانوية في البيئات
منخفضة الاكسجين، مثل داخل بعض البراكين. كما يوجد ايضا في فلزات البريل، والكرايوليت، والغارنيت، والاسبينل،
والفيروز[8]. الشوائب في اكسيد الالومنيوم، مثل الكروم او الكوبالت تعطي الاحجار الكريمة مثلالياقوت. اكسيد الالومنيوم
النقي والمعروف باسم الكوروند، هو احد اقسى المواد المعروفة على الاطلاق.

ومع ان الالومنيوم هو عنصر شائع ومنتشر وعلى نطاق واسع، الا ان فلزات الالومنيوم لا
تعتبر مصادرا اقتصادية للمعدن. فكل معدن الالومنيوم تقريبا ينتج من معدن خام البوكسيت AlOx(OH)3-2x. يوجد
البوكسيت نتيجة التجوية اديم الارض التي تحتوي على نسبة قليلة من الحديد والسيليكا في ظروف
مناخية مدارية وتوجد كميات كبيرة من البوكسيت في استراليا، والبرازيل، وغينيا، وجامايكا ولكن مناجم المعدن الخام
الرئيسية هي في غانا، واندونيسيا، وجامايكا،وروسيا، وسورينام. ويصهر المعدن الخام اساسا في استراليا والبرازيل وكندا
والنرويج وروسيا والولايات المتحدة. ونظرا لان عملية الصهر هي عملية كثيفة الاستخدام للطاقة، فان المناطق
التي يزيد فيها امدادات الغاز الطبيعي (مثل دولة الامارات العربية) اصبحت اماكن تكرير للالومنيوم.

انتاج الالومنيوم

على الرغم من الالمنيوم هو العنصر المعدني الاكثر وفرة في قشرة الارض (ويعتقد ان 7.5
الى 8.1 في المئة)، فانه من النادر في شكل حر، ويحدث في البيئات التي تفتقر
الى الاكسجين، مثل البراكين الطينية، وكان يعتبر المعدن الثميناكثر قيمة من الذهب. نابليون الثالث، امبراطور
فرنسا، كان يزعم انه اقام مادبه طعام حيث اعطى اكثر الضيوف شرفا اواني من الالومنيوم،
في حين ان الاخرىن من الضيوف اعطاهم الذهب. وقد اكتمل نصب واشنطن التذكارى، مع 100
اوقية (2.8 كلغ)من الالومنيوم باعتباره اللمسه الاخيرة والتي تم وضعها في مكان في يوم 6
ديسمبر 1884، وذلك في حفل اخلاص متقن. وكانت اكبر قطعة مفرده من الالومنيوم في ذلك
الوقت. وفي ذلك الوقت، الالمنيوم، كان غالى مثل الفضة.وقد تم انتاج الالومنيوم بكميات تجارية في
ما يزيد قليلا على 100 سنة.

البوكسيت

الالومنيوم يعتبر فلز ذات طبيعه تفاعليه قوية والذي يكون روابط كيميائيه ذات طاقة عالية مع
الاكسجين.بالمقارنة مع معظم المعادن الاخرى، فانه من الصعب استخراجه من الخام، مثل البوكسايت، ويرجع ذلك
الى الطاقة اللازمة لتقليل اكسيد الالومنيوم (Al2O3).على سبيل المثال ،الاختزال المباشر مع الكربون ،باعتباره يستخدم
لانتاج الحديد، لايمكن كيميائيا، لان الالومنيوم عامل اختزال اقوى من الكربون.اكسيد الالومنيوم له درجة انصهار
نحو 2،000 °C. ولذلك، يجب ان انتزعت الكهربائي. في هذه العملية، اكسيد الالومنيوم يذوب في الكرايوليت
المنصهر وبعد ذلك يختزل الى الفلز النقى.درجة الحرارة التشغيلية للحد من الخلايا حوالي 950 الى
980 °C. كما وجد الكرايوليت بعلم المعادن المعادن في جرينلاند، ولكن في الاستخدام الصناعي فقد استعيض
الاصطناعية الجوهر. الكرايوليت هو مركب كيميائي من الالومنيوم والصوديوم والكالسيوم والفلوريد: (Na3AlF6).اكسيد الالومنيوم (مسحوق ابيض)
ويتم الحصول عليه بتكرير البوكسايت في عملية باير لكارل باير.(السابق ،عملية ديفيل وكانت هي الغالبة
في تكنولوجيا التكرير.)

كما ذكر سابقا فان مادة الالومنيوم شديد الارتباط مع الاكسجين بحيث يصعب فصلهما. بالمقارنة مع
الفلزات الاخرى، فانه من الصعب ان يتم فصله من خاماته، مثل البوكسيت، وذلك نظرا الى
الطاقة اللازمة لارجاع اكسيد الالومنيوم Al2O3. على سبيل المثال، فان الارجاع المباشر بالكربون كما يتم
مع الحديد غير ممكن كيميائيا، لان الالمنيوم بحد ذاته عامل مرجع اكثر قوة من الكربون.
وبما ان لاكسيد الالمنيوم نقطة انصهار عالية نسبيا حوالي 2000 °س، لذلك فان الالمنيوم يستحصل
عن طريق التحليل الكهربائي. يحل اكسيد الالومنيوم في هذه العملية في الكريوليت Na3AlF6 المذاب، من
ثم يرجع الى الفلز النقي. تكون درجة حرارة التشغيل لخلايا الارجاع من 950 الى 980
°س. يتواجد الكريوليت كمعدن في غرينلاند، اما اكسيد الالومنيوم فيستحصل من معالجة البوكسيتبطريقة باير.