موسوعة هل تعلم: معدن الالمومنيوم

معدن الالمومنيوم

الألمومنيوم عنصر في الجدول الدوري له الرمز Al والعدد الذري 13 . وهو فلز ذو لون أبيض فضي قابل للسحب، وهو من أكثر الفلزات وفرة في القشرة الأرضية، وترتيبه الثالث من بين أكثر العناصر وفرة في الكرة الأرضية بعد الأكسجين والسيليكون. يشكل الألومنيوم 8% وزناً من سطح الأرض الصلب. المصدر الرئيسي للألومنيوم هو معدن البوكسيت. يمتاز الألومنيوم بمقاومته للتآكل وبخفة وزنه حيث يدخل في صناعة الطائرات.

الخواص

الألومنيوم فلز خفيف الوزن، غير ممغنط، جيد التوصيل للحرارة والكهرباء. وهو قابل للسحب ووللطرق حيث يمكن قولبته بشكل سهل نسبياً.

تعود قدرة الألومنيوم على مقاومة التآكل إلى طبقة سطحية رقيقة من أكسيد الألومنيوم تتشكل عندما يتعرض الفلز للهواء، مما يمنع بالتالي من استمرار عملية الأكسدة.

النظائر

للألومنيوم تسعة نظائر تتراوح كتلتها بين 23 إلى 30 . يتواجد في الطبيعة نظيرين فقط هما Al27 (نظير ثابت) وله وفرة طبيعية مقدارها 99.9%، وAl26 (مشع عمر النصف له 7.2 × 105 سنة).

وجوده في الطبيعة

فلز الألمنيوم هو من أكثر العناصر الفلزية توافراً في القشرة الأرضية بعد الأكسجين والسيليكون بنسبة مقدارها 8.3%. لا يتواجد فلز الألومنيوم في الطبيعة بشكلة النقي الحر، إنما يكون في الغالب مرتبطاً مع الأكسجين على شكل أكاسيد أو سيليكات.

إنتاج الألومنيوم

 

كما ذكر سابقاً فإن 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

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:

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

- 2O2- → 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

الاستخدامات

يستخدم على نطاق واسع في منتجات عديدة في حياتنا اليومية في أدوات المطبخ، الأثاث، لعب الأطفال، مزيلات العرق، أدوية عسر الهضم، أجزاء في الطائرات والصواريخ، رقائق الألومنيوم الشهيرة بالفويل التي تستخدم في المطبخ للف الأطعمة