معلومات عامة

الألومنيوم

الألومنيوم

الألومنيوم هو عنصر كيميائي برقم ذري 13 ورمزه Al وهو ينتمي إلى المجموعة 13 في الجدول الدوري وكذلك ينتمي إلى عائلة المعادن الفقيرة. جسم الألمنيوم البسيط عبارة عن معدن فضي مرن وقابل للتغيير قليلاً في الهواء [ملاحظة 1] وليس كثيفًا جدًا. إنه المعدن الأكثر وفرة في القشرة الأرضية وثالث أكثر العناصر وفرة بعد الأكسجين والسيليكون ؛

يمثل في المتوسط ​​8٪ من كتلة المواد الموجودة على السطح الصلب للكوكب. إنه ، بشكل عام ، رد الفعل للغاية بحيث لا يمكن أن يوجد في الحالة الأصلية في البيئة الطبيعية [الملاحظة 2]: تم العثور عليه ممزوجًا بأكثر من 270 معدنًا مختلفًا. معدنها الرئيسي هو البوكسيت: يوجد هناك على شكل أكسيد مائي تستخرج منه الألومينا. ويمكن أيضًا استخراجه من النيفلين ، والليوسيت ، والسليمانايت ، والأندلوسيت ، والمسكوفيت.

جدول المحتويات

المعدن المكشوف

يخمد نفسه تلقائيًا عن طريق الأكسدة ، حتى في الظروف غير المواتية: طبقة من الألومينا غير المنفذة من Al2O3 بسماكة بضع نانومترات تحميها من التآكل (الظروف المواتية هي في الأساس: درجة حرارة منخفضة ، رطوبة منخفضة ، درجة حرارة منخفضة). ملوثة ، لا مالح جدا ، سبيكة ذات جودة مناسبة). يجب التحكم في أكسدة الألمنيوم تقنيًا في العمليات الصناعية ؛ يتم استخدامه في بعضها (النوعان الرئيسيان هما الأكسدة القسرية السريعة المضخمة للأكسدة الإلكتروليتية والانسداد السريع عن طريق الترطيب الساخن). إن خفتها ومقاومتها للتآكل وتشكيلها المتنوع ولونها المتين تجعلها مادة مهمة وتستخدم على نطاق واسع في الصناعة والحرف ، على الرغم من التقنية في تنفيذها ، في شكل نقي أو سبيكة ، لا سيما في مجال الطيران والنقل والبناء. كما أن طبيعته التفاعلية تجعله محفزًا ومضافًا في الصناعة الكيميائية ؛ وبالتالي يتم استخدامه لزيادة القوة الانفجارية لنترات الأمونيوم.

إقرأ أيضا:ما معنى شبكة التحكم في العمل؟


في عام 2010 ، تم استخراج 211 مليون طن من البوكسيت في جميع أنحاء العالم [13] ، وقدمت أستراليا 33.2٪ قبل الصين (19.0٪) والبرازيل (15.2٪) والهند (8.5٪) وغينيا (8.2٪). تمتلك غينيا وحدها أكثر من ربع احتياطيات العالم المعروفة من البوكسيت ، والتي قُدرت في نهاية عام 2010 بنحو 28 مليار طن. بلغ الإنتاج العالمي من الألمنيوم المعدني 41.4 مليون طن في عام 2010 [14] ، حققت الصين منها 40.6٪ ب 16.8 مليون طن ، متقدمة بفارق كبير عن روسيا (9.3٪) وكندا (7.1٪). إنه ليس عنصرًا ضئيلًا ، وهو ملوث متنام للبيئة والغذاء.


تاريخ الألمنيوم

في عام 1807 ، افترض همفري ديفي ، بعد اكتشاف أن الصوديوم والبوتاسيوم يدخلان في تكوين الشب (مادة قابضة تستخدم لتثبيت الأصباغ) ، أن هناك أيضًا معدنًا آخر ، أطلق عليه اسم “الألومنيوم” (باللاتينية ، تعني كلمة “الشب” ألومين) [16]. اكتشف Pierre Berthier في منجم بالقرب من Baux-de-Provence في عام 1821 خامًا يحتوي على 50 إلى 60 ٪ من أكسيد الألومنيوم. سيطلق على هذا الخام اسم البوكسيت. في عام 1825 ، نجح الكيميائي والفيزيائي الدنماركي هانز كريستيان أورست في إنتاج شكل نجس من المعدن. في عام 1827 ، قام فريدريش فولر بتعميق أعمال أورستد. يقوم بعزل الألمنيوم عن طريق عمل البوتاسيوم على كلوريد الألومنيوم ، والحصول على غبار الألمنيوم الرمادي.

إقرأ أيضا:يد بودا

كان أول من سلط الضوء على الخصائص الكيميائية والفيزيائية لهذا العنصر ، وأبرزها خفته. قام الكيميائي الفرنسي Henri Sainte-Claire Deville بتحسين طريقة Wöhler في عام 1846 عن طريق تقليل الخام بالصوديوم. في عام 1854 ، قدم لأكاديمية العلوم أول سبيكة ألمنيوم تم الحصول عليها ، في الحالة المنصهرة ، بوسائل كيميائية [17]. نشر بحثه في كتاب عام 1856. استخدمت هذه الطريقة صناعيًا في جميع أنحاء أوروبا لتصنيع الألمنيوم (خاصة في عام 1859 من قبل هنري ميرل في مصنعه في ساليندرز ، مهد شركة بيتشيني) ، لكنها لا تزال باهظة الثمن للغاية ، معدن كان سعره مشابهًا لسعر الذهب (1200 و 1500 فهرنهايت من الذهب / كجم والفضة 210 فهرنهايت / كجم فقط).

صنع المجوهرات الفاخرة

ثم يتم حجز المعدن لصنع المجوهرات الفاخرة [18] أو الأواني الفضية المخصصة لنخبة من النخبة. هذا هو الحال بالنسبة لأكواب الشرف (التي صنعها بشكل خاص Paul Morin et Cie) [19] والأعمال الفنية المصنوعة للبلاط الإمبراطوري لنابليون الثالث [20]. يستقبل هذا الأخير ضيوفه المميزين بأدوات المائدة المصنوعة من الألومنيوم ، ويجب أن يشعر الضيوف الآخرون بالرضا عن أدوات المائدة المصنوعة من القرمزي.
أدى تقدم الكهرباء واكتشاف إنتاج الألمنيوم عن طريق التحليل الكهربائي في عام 1886 إلى خفض التكاليف بشكل كبير. منذ ذلك الحين ، وجد الألمنيوم تطبيقات جديدة في أواني المطبخ ، وكسبائك ، في صناعة الطيران (سبيكة دورالومين أقل هشاشة تم إنشاؤها في عام 1909) والأسلاك الكهربائية (تم إنشاء ألمليك في عام 1921 واستخدم كموصل كهربائي).

إقرأ أيضا:8 أفكار للتحرك أكثر كل يوم

في عام 1901 ، ولدت جمعية الألمنيوم (AA) ، وهي كارتل جمعت شركات من البلدان المنتجة الأربعة فقط في العالم (فرنسا ، الولايات المتحدة ، ألمانيا ، المملكة المتحدة) والتي حافظت على استقرار سعر الألمنيوم في حين أن أسعار المعادن تتنافس تخضع لتقلبات أكبر [23]. في نهاية سبعينيات القرن الماضي ، تم التعاقد على إنتاج الألمنيوم ووصول منافسين جدد (كندا ، أستراليا ، روسيا) أدى إلى تفكك الكارتل الذي لم يعد يتحكم في سعره المتراجع [24]. 1855: عرضت المعادن الجديدة في المعرض العالمي في باريس. تم إنشاء شركة Pechiney في فرنسا. انتقل أول موقع صناعي لإنتاج الألمنيوم في العالم إلى ساليندرز في جارد ،

طريقة إنتاج الألمنيوم

وبدأ العمل في عام 1860. 1876: صنع وليام فريشموت أول صب من الألومنيوم. في عام 1884 ، صنع غطاء الرأس لنصب واشنطن بهذا المعدن. 1886: اكتشف كل من Paul Héroult و Charles Martin Hall بشكل مستقل طريقة إنتاج الألمنيوم من خلال ملاحظة أنه من الممكن إذابة الألومينا وتحلل الخليط عن طريق التحليل الكهربائي (عملية Héroult-Hall الحاصلة على براءة اختراع) لإعطاء المعدن الخام المنصهر. لهذا الاكتشاف ، حصل Hall على براءة اختراع (400655) في نفس العام. هذه العملية تجعل من الممكن الحصول على الألومنيوم بسعر رخيص نسبيًا. الطريقة التي طورها Héroult و Hall لا تزال مستخدمة اليوم.


1887: يصف كارل جوزيف باير طريقة تعرف باسم عملية باير للحصول على الألومينا من البوكسيت ، عن طريق إذابتها بالصودا. هذا الاكتشاف يجلب الألمنيوم إلى عصر الإنتاج الضخم. 1888: تم تأسيس أولى شركات إنتاج الألمنيوم في سويسرا وفرنسا والولايات المتحدة. من عام 1941 إلى عام 1959 ، قامت فرنسا بسك عملات معدنية من الألومنيوم 50c و 1F و 2F و 5F. في السابق ، خلال الحرب العالمية الأولى وفي عشرينيات القرن الماضي ، تم بالفعل سك عدد كبير من عملات الطوارئ في فرنسا وخارجها.
النظائر


يحتوي الألمنيوم على 22 نظيرًا معروفًا ، بأعداد كتلتها تتراوح بين 21 و 42 ، بالإضافة إلى أربعة أيزومرات نووية. فقط 27Al مستقر ، مما يجعل الألومنيوم عنصرًا أحادي النظير. إذا كان النظير المشع 26Al موجودًا أيضًا في الطبيعة (نصف العمر 7.17 × 105 سنوات) ، فإن وفرة 27Al هي أن الألومنيوم يعتبر أحادي النواة ويتم تخصيص كتلة ذرية معيارية تبلغ 26.981 538 6 (8) ش. جميع نظائر الألمنيوم الأخرى لها نصف عمر أقل من 7 دقائق ، ومعظمها لها نصف عمر أقل من ثانية واحدة.

النظام الشمسي من سديم

أداة المواعدة في الجيومورفولوجيا وعلم الحفريات القديمة ، يتم استخدام النظير 26A ، الذي تم إنشاؤه بواسطة الأشعة الكونية ، للتأريخ بالنظائر الكونية للأسطح أو لتحديد معدلات التآكل. ينشأ النظام الشمسي من سديم حيث تم توزيع 26Al مرة واحدة بشكل متجانس (في حدود ± 10٪ ؛ يتضح هذا من خلال تحليل الغضروف من أقدم النيازك). يتحلل إلى مغنيسيوم بعمر نصف يبلغ 0.73 مليون سنة ، مما يشكل معيارًا لتقييم تاريخ تكون المواد الصلبة الأولى في النظام الشمسي [25]. قد يساعد هذا في فهم توقيت تكوين المواد الصلبة الأولى في النظام الشمسي بشكل أفضل


جسم بسيط

الألومنيوم معدن ناعم وخفيف ولكنه قوي مع مظهر رمادي فضي غير لامع ، بسبب طبقة رقيقة من الأكسدة من خمسة إلى عشرة نانومتر والتي تتشكل بسرعة عند تعرضها للهواء والتي تمنع التآكل من التقدم في ظل ظروف التعرض للمواد الكيميائية العادية. يتكون هذا الفيلم من الألومينا تلقائيًا بسرعة كبيرة عندما يتلامس الألمنيوم مع وسط مؤكسد مثل الأكسجين في الهواء. على عكس معظم المعادن ، فهو قابل للاستخدام حتى لو تأكسد على السطح.

يمكننا حتى أن نقول إنه بدون طبقة الأكسيد هذه ، لن تكون مناسبة لمعظم تطبيقاتها. من الممكن زيادة سماكة طبقة الأكسدة هذه بشكل مصطنع عن طريق الأكسدة ، مما يزيد من الحماية ويزين الغرف عن طريق تلوين طبقة الأكسيد. على عكس الألومنيوم ، وهو موصل جيد جدًا ، يعتبر أكسيد الألومنيوم عازلًا ممتازًا. الألمنيوم له كثافة (2.7) أقل بثلاث مرات من كثافة الفولاذ أو النحاس ؛ إنه مرن ، مطيل ويمكن تشكيله وتشكيله بسهولة. وهو ثاني أكثر المعادن مرونة والسادس من حيث المرونة. إنها مغناطيسية ولا تسبب شرارات. يقصف الألمنيوم بليزر الإلكترون الحر ، ويصبح شفافًا في الأشعة فوق البنفسجية الشديدة .


تحرير الخصائص الكيميائية


في المحلول ، يوجد الألمنيوم بشكل شائع في شكل أيونات Al3 +. يتأكسد ببطء عندما يكون باردًا وسريعًا عندما يكون ساخنًا لتشكيل الألومينا Al2O3. ينتج تأثير الأحماض على الألومنيوم .الأيونات المذكورة أعلاه. ينتج عن تفاعل الألومنيوم .مع محلول مائي من هيدروكسيد الصوديوم (الصودا) ألومينات الصوديوم .وغاز الهيدروجين ، وفقًا لتفاعل طارد للحرارة للمعادلة..


عادة ما يتم الحصول على هيدروكسيدات الألومنيوم عن طريق ترسيب. محلول يحتوي على Al3 + كاتيونات بقاعدة. تتيح هذه الطريقة إمكانية تكوين أطوار بلورية مختلفة مثل البيريت والبوهميت والجيبسايت ، اعتمادًا على ظروف .الترسيب. يستخدم الألمنيوم أيضًا كعامل اختزال قوي ، خاصة للألومينوثرمي. وفي الألعاب النارية في الألعاب النارية ، حيث يلعب دورًا .مشابهًا للمغنيسيوم ، بتكلفة أقل وبقوة أكبر.


الخصائص البيولوجية


تحرير محتوى الألومنيوم في الكائن البشري يحتوي جسم موضوع معاصر في بلد صناعي على 30 إلى 50 مجم من الألومنيوم وفقًا لوكالة ATSDR في عام 1999 ، أو 50 إلى 150 مجم وفقًا لـ Römpp Lexikon Chemie في عام 2013 [27]. قدرت وكالة ATSDR في عام 1999 أنه موجود بشكل رئيسي في العظام (حوالي 50٪) والرئة (حوالي 25٪) والكبد (20 إلى 25٪) ، والباقي يتشارك في أعضاء أخرى ، بما في ذلك الجهاز. الجهاز العصبي المركزي والطحال . يقدر مصدر أحدث أنه موجود بحوالي 50٪ في أنسجة الرئة ، و 25٪ في الأنسجة الرخوة و 25٪ في العظام. تزداد مستويات الأنسجة (بما في ذلك في الرئة والدماغ)

مع تقدم العمر (حوالي 35 إلى 50 مجم من الألمنيوم. تتراكم في الجسم أثناء الحياة) ومع ذلك ، كما هو الحال مع المعادن السامة الأخرى ، في البشر وأنواع الثدييات الأخرى. التي تم اختبارها ، بالنسبة لنفس الجرعة المعيارية التي يتم تناولها ، تختلف قيم امتصاص الجسم للألمنيوم بشكل كبير بين الأفراد. (وفقًا للعمر وحالة الكلى والجينات. التي تؤثر على الجسم. مستوى امتصاص. الجهاز الهضمي للألمنيوم). بعد الابتلاع ، يمكن أن تختلف ذروة البلازما من واحد إلى ثلاثة. حسب الفرد.



السابق
الخزف
التالي
اللون