قاعدة من الألومنيوم. الألومنيوم

3س 2 3ع 1 الخواص الكيميائية نصف القطر التساهمي 118 م نصف قطر ايون 51(+3ه)م كهرسلبية
(بحسب بولينج) 1,61 إمكانات الكهربائي -1.66 فولت الأكسدة 3 الخواص الديناميكية الحرارية لمادة بسيطة كثافة 2.6989 /سم³ السعة الحرارية المولية 24.35 جول/(مول) توصيل حراري 237 ث/( ·) درجة حرارة الانصهار 933,5 حرارة الانصهار 10.75 كيلوجول/مول درجة حرارة الغليان 2792 حرارة التبخير 284.1 كيلوجول/مول الحجم المولي 10.0 سم مكعب / مول شعرية بلورية من مادة بسيطة بنية شعرية مكعب مركز الوجه معلمات شعرية 4,050 ج/ نسبة — درجة حرارة ديباي 394

الألومنيوم- عنصر من عناصر المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة الثالثة من الفترة الثالثة للنظام الدوري للعناصر الكيميائية لـ D. I. Mendeleev ، العدد الذري 13. يُشار إليه بالرمز Al (الألومنيوم). ينتمي إلى مجموعة المعادن الخفيفة. المعدن الأكثر شيوعا والثالث الأكثر وفرة (بعد الأكسجين والسيليكون) العنصر الكيميائي في القشرة الأرضية.

إن مادة الألومنيوم البسيطة (رقم CAS: 7429-90-5) عبارة عن معدن أبيض فضي خفيف الوزن ومغناطيسي يمكن تشكيله وصبه وتشكيله بسهولة. يتمتع الألمنيوم بموصلية حرارية وكهربائية عالية ومقاومة للتآكل بسبب التكوين السريع لأغشية الأكسيد القوية التي تحمي السطح من المزيد من التفاعل.

ووفقا لبعض الدراسات البيولوجية، فإن تناول الألومنيوم في جسم الإنسان كان يعتبر عاملا في تطور مرض الزهايمر، ولكن تم انتقاد هذه الدراسات لاحقا ودحض الاستنتاج حول وجود علاقة بين أحدهما والآخر.

قصة

تم الحصول على الألومنيوم لأول مرة بواسطة هانز أورستد في عام 1825 من خلال عمل ملغم البوتاسيوم على كلوريد الألومنيوم متبوعًا بتقطير الزئبق.

إيصال

تم تطوير طريقة الإنتاج الحديثة بشكل مستقل من قبل الأمريكي تشارلز هول والفرنسي بول هيروكس. وتتكون من إذابة أكسيد الألومنيوم Al 2 O 3 في مصهور الكريوليت Na 3 AlF 6 متبوعًا بالتحليل الكهربائي باستخدام أقطاب الجرافيت. تتطلب طريقة الإنتاج هذه الكثير من الكهرباء، وبالتالي أصبحت شعبية فقط في القرن العشرين.

لإنتاج 1 طن من الألومنيوم الخام، 1.920 طن من الألومينا، 0.065 طن من الكريوليت، 0.035 طن من فلوريد الألومنيوم، 0.600 طن من كتلة الأنود و 17 ألف كيلو وات ساعة من كهرباء التيار المستمر.

الخصائص الفيزيائية

المعدن أبيض فضي اللون، خفيف، الكثافة - 2.7 جم/سم3، نقطة انصهار الألومنيوم التقني - 658 درجة مئوية، للألمنيوم عالي النقاء - 660 درجة مئوية، حرارة الانصهار النوعية - 390 كيلوجول/كجم، نقطة الغليان - 2500 درجة مئوية، حرارة التبخر النوعية - 10.53 ميجا جول/كجم، المقاومة المؤقتة للألمنيوم المصبوب - 10-12 كجم/مم2، قابلة للتشوه - 18-25 كجم/مم2، السبائك - 38-42 كجم/مم2.

صلابة برينل هي 24-32 كجم قوة/مم²، ليونة عالية: تقنية - 35%، نقية - 50%، ملفوفة في صفائح رقيقة وحتى رقائق معدنية.

يتمتع الألمنيوم بموصلية كهربائية وحرارية عالية، 65% من الموصلية الكهربائية للنحاس، كما أنه يتمتع بانعكاسية عالية للضوء.

يشكل الألومنيوم سبائك مع جميع المعادن تقريبًا.

التواجد في الطبيعة

يتكون الألومنيوم الطبيعي بالكامل تقريبًا من نظير واحد مستقر، 27Al، مع آثار من 26Al، وهو نظير مشع يبلغ عمر النصف له 720,000 سنة ويتم إنتاجه في الغلاف الجوي عن طريق قصف النوى الأرجونبروتونات الأشعة الكونية.

ومن حيث الانتشار في الطبيعة، فهو يحتل المرتبة الأولى بين المعادن والثالثة بين العناصر، ويأتي في المرتبة الثانية بعد الأكسجين والسيليكون. وتتراوح نسبة محتوى الألومنيوم في القشرة الأرضية، بحسب الباحثين المختلفين، من 7.45 إلى 8.14% من كتلة القشرة الأرضية.

في الطبيعة، يوجد الألومنيوم فقط في المركبات (المعادن). بعض منهم:

البوكسيت - آل 2 أو 3. H 2 O (مع الشوائب SiO 2، Fe 2 O 3، CaCO 3)
نيفلين - KNa 3 4
الألونيتس - KAl(SO 4) 2. 2آل (أوه) 3
الألومينا (خليط من الكاولين مع الرمل SiO 2، الحجر الجيري CaCO 3، المغنسيت MgCO 3)
اكسيد الالمونيوم - آل 2 أو 3
الفلسبار (أورثوكلاز) - K 2 O×Al 2 O 3 ×6SiO 2
الكاولينيت - Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O
ألونيت - (Na,K) 2 SO 4 ×Al 2 (SO 4) 3 ×4Al(OH) 3
بيريل - 3BeO. آل 2 أو 3 . 6SiO2

تحتوي المياه الطبيعية على الألومنيوم على شكل مركبات كيميائية منخفضة السمية، مثل فلوريد الألومنيوم. يعتمد نوع الكاتيون أو الأنيون، في المقام الأول، على حموضة الوسط المائي. تتراوح تركيزات الألومنيوم في المسطحات المائية السطحية في روسيا من 0.001 إلى 10 ملغم/لتر.

الخواص الكيميائية

هيدروكسيد الألومنيوم

في ظل الظروف العادية، يتم تغطية الألومنيوم بطبقة رقيقة ومتينة من الأكسيد، وبالتالي لا يتفاعل مع عوامل الأكسدة الكلاسيكية: مع H 2 O (t°)، O 2، HNO 3 (بدون تسخين). بفضل هذا، فإن الألومنيوم لا يتعرض للتآكل عمليًا، وبالتالي فهو مطلوب على نطاق واسع في الصناعة الحديثة. ومع ذلك، عندما يتم تدمير طبقة الأكسيد (على سبيل المثال، عند ملامسة محاليل أملاح الأمونيوم NH 4 + أو القلويات الساخنة أو نتيجة الاندماج)، يعمل الألومنيوم كمعدن اختزال نشط.

يتفاعل بسهولة مع المواد البسيطة:

مع الأكسجين: 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
مع الهالوجينات: 2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
يتفاعل مع غير المعادن الأخرى عند تسخينه:
- مع الكبريت مكونًا كبريتيد الألومنيوم: 2Al + 3S = Al 2 S 3
- مع النيتروجين لتكوين نيتريد الألومنيوم: 2Al + N 2 = 2AlN
- مع الكربون مكونًا كربيد الألومنيوم: 4Al + 3C = Al 4 C 3

هذه الطريقة، التي اخترعها تشارلز هول في فرنسا وبول هيروكس في الولايات المتحدة الأمريكية في وقت واحد تقريبًا في عام 1886، والتي تعتمد على إنتاج الألومنيوم عن طريق التحليل الكهربائي للألومينا المذابة في الكريوليت المنصهر، وضعت الأساس للطريقة الحديثة لإنتاج الألومنيوم. ومنذ ذلك الحين، وبفضل التحسينات في الهندسة الكهربائية، تحسن إنتاج الألومنيوم. تم تقديم مساهمة ملحوظة في تطوير إنتاج الألومينا من قبل العلماء الروس K. I. Bayer، D. A. Penyakov، A. N. Kuznetsov، E. I. Zhukovsky، A. A. Yakovkin وآخرين.

تم بناء أول مصهر للألمنيوم في روسيا عام 1932 في فولخوف. أنتجت الصناعة المعدنية في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في عام 1939 47.7 ألف طن من الألومنيوم، وتم استيراد 2.2 ألف طن أخرى.

في روسيا، المحتكر الفعلي لإنتاج الألومنيوم هو شركة شركة الألومنيوم الروسية OJSC، التي تمثل حوالي 13% من سوق الألومنيوم العالمي و16% من الألومينا.

احتياطيات العالم من البوكسيت لا حدود لها عمليا، أي أنها لا تتناسب مع ديناميكيات الطلب. يمكن للمنشآت الحالية إنتاج ما يصل إلى 44.3 مليون طن من الألومنيوم الأولي سنويًا. وينبغي أيضًا أن يؤخذ في الاعتبار أنه في المستقبل قد يتم إعادة توجيه بعض تطبيقات الألومنيوم لاستخدام المواد المركبة على سبيل المثال.

طلب

قطعة ألمنيوم وعملة أمريكية.

تستخدم على نطاق واسع كمواد البناء. المزايا الرئيسية للألمنيوم بهذه الجودة هي الخفة، والقدرة على التحمل للختم، ومقاومة التآكل (في الهواء، يتم تغطية الألومنيوم على الفور بفيلم متين من Al 2 O 3، مما يمنع المزيد من الأكسدة)، والتوصيل الحراري العالي، وغير سمية من مركباته. على وجه الخصوص، جعلت هذه الخصائص الألومنيوم شائعًا للغاية في إنتاج أواني الطهي ورقائق الألومنيوم في صناعة المواد الغذائية والتعبئة والتغليف.

العيب الرئيسي للألمنيوم كمادة هيكلية هو قوته المنخفضة، لذلك عادة ما يتم خلطه بكمية صغيرة من النحاس والمغنيسيوم. سبائك دورالومين.

الموصلية الكهربائية للألمنيوم أقل بمقدار 1.7 مرة فقط من النحاس، في حين أن الألومنيوم أرخص بحوالي مرتين. ولذلك، فإنه يستخدم على نطاق واسع في الهندسة الكهربائية لتصنيع الأسلاك، وتدريعها، وحتى في الإلكترونيات الدقيقة لتصنيع الموصلات في الرقائق. يتم تعويض انخفاض التوصيل الكهربائي للألمنيوم (37 1/ أوم) مقارنة بالنحاس (63 1/ أوم) عن طريق زيادة المقطع العرضي لموصلات الألومنيوم. عيب الألومنيوم كمادة كهربائية هو طبقة الأكسيد القوية، مما يجعل عملية اللحام صعبة.

نظرا لخصائصه المعقدة، فإنه يستخدم على نطاق واسع في معدات التدفئة.
يحتفظ الألومنيوم وسبائكه بالقوة عند درجات حرارة منخفضة للغاية. ونتيجة لهذا، فإنه يستخدم على نطاق واسع في التكنولوجيا المبردة.
إن الانعكاسية العالية، بالإضافة إلى التكلفة المنخفضة وسهولة الترسيب، تجعل الألومنيوم مادة مثالية لصنع المرايا.
في إنتاج مواد البناء كعامل تشكيل الغاز.
تضفي الألمنيوم مقاومة للتآكل والقياس على الفولاذ والسبائك الأخرى، مثل صمامات محرك الاحتراق الداخلي المكبس، وشفرات التوربينات، ومنصات النفط، ومعدات التبادل الحراري، كما أنها تحل محل الجلفنة.
يستخدم كبريتيد الألومنيوم لإنتاج كبريتيد الهيدروجين.
تجري الأبحاث حاليًا لتطوير الألومنيوم الرغوي باعتباره مادة قوية وخفيفة الوزن بشكل خاص.

كعامل اختزال

كمكون من الثرمايت، مخاليط للألومينوثرمي
يستخدم الألومنيوم لاستعادة المعادن النادرة من أكاسيدها أو هاليداتها.

سبائك الألومنيوم

المواد الهيكلية المستخدمة عادة ليست الألومنيوم النقي، ولكن سبائك مختلفة تعتمد عليه.

— تتميز سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم بمقاومة عالية للتآكل وملحومة بشكل جيد؛ يتم استخدامها، على سبيل المثال، لصنع هياكل السفن عالية السرعة.

— سبائك الألومنيوم والمنغنيز تشبه في كثير من النواحي سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم.

— سبائك الألومنيوم والنحاس (على وجه الخصوص، دورالومين) يمكن أن تخضع للمعالجة الحرارية، مما يزيد بشكل كبير من قوتها. لسوء الحظ، لا يمكن لحام المواد المعالجة بالحرارة، لذلك لا تزال أجزاء الطائرة متصلة بالمسامير. السبيكة التي تحتوي على نسبة أعلى من النحاس تكون مشابهة جدًا في اللون للذهب، وتستخدم أحيانًا لتقليد الأخير.

— سبائك الألومنيوم والسيليكون (السيليومين) هي الأنسب للصب. غالبًا ما يتم طرح حالات الآليات المختلفة منها.

- السبائك المعقدة المعتمدة على الألمنيوم: avial.

- يتحول الألومنيوم إلى حالة التوصيل الفائق عند درجة حرارة 1.2 كلفن.

الألومنيوم كمادة مضافة للسبائك الأخرى

الألومنيوم هو عنصر مهم في العديد من السبائك. على سبيل المثال، في برونز الألومنيوم المكونات الرئيسية هي النحاس والألومنيوم. في سبائك المغنيسيوم، غالبا ما يستخدم الألومنيوم كمادة مضافة. لتصنيع اللوالب في أجهزة التدفئة الكهربائية، يتم استخدام الفشرال (Fe، Cr، Al) (مع السبائك الأخرى).

مجوهرات

عندما كان الألمنيوم باهظ الثمن، تم صنع مجموعة متنوعة من المجوهرات منه. لقد مرت الموضة بالنسبة لهم على الفور عندما ظهرت تقنيات جديدة لإنتاجها، مما قلل التكلفة عدة مرات. في الوقت الحاضر، يستخدم الألومنيوم أحيانًا في إنتاج المجوهرات.

صناعة الزجاج

ويستخدم الفلورايد والفوسفات وأكسيد الألومنيوم في صناعة الزجاج.

الصناعات الغذائية

تم تسجيل الألومنيوم كمضاف غذائي E173.

الألمنيوم ومركباته في تكنولوجيا الصواريخ

يُستخدم الألومنيوم ومركباته كوقود دافع عالي الكفاءة في وقود الصواريخ ثنائي الدفع وكمكون قابل للاحتراق في وقود الصواريخ الصلب. تعتبر مركبات الألومنيوم التالية ذات أهمية عملية كبيرة كوقود للصواريخ:

- الألومنيوم: الوقود المستخدم في وقود الصواريخ. يستخدم على شكل مسحوق ومعلقات في الهيدروكربونات وغيرها.
- هيدريد الألومنيوم
- بورانات الألومنيوم
- ثلاثي ميثيل الألومنيوم
- ثلاثي إيثيل الألومنيوم
- ثلاثي بروبيل الألومنيوم

الخصائص النظرية للوقود المتكون من هيدريد الألومنيوم مع المؤكسدات المختلفة.

مؤكسد	التوجه المحدد (P1، ثانية)	درجة حرارة الاحتراق درجة مئوية	كثافة الوقود جم/سم3	زيادة السرعة، ΔV معرف، 25، م / ث	محتوى الوزن وقود،٪
الفلور	348,4	5009	1,504	5328	25
رباعي فلورو هيدرازين	327,4	4758	1,193	4434	19
كليف 3	287,7	4402	1,764	4762	20
ClF5	303,7	4604	1,691	4922	20
فلوريد بيركلوريل	293,7	3788	1,589	4617	47
فلوريد الأكسجين	326,5	4067	1,511	5004	38,5
الأكسجين	310,8	4028	1,312	4428	56
بيروكسيد الهيدروجين	318,4	3561	1,466	4806	52
N2O4	300,5	3906	1,467	4537	47
حمض النيتريك	301,3	3720	1,496	4595	49

الألومنيوم في الثقافة العالمية

كتب الشاعر أندريه فوزنيسينسكي قصيدة "الخريف" عام 1959، والتي استخدم فيها الألومنيوم كصورة فنية:
...وخلف النافذة في الصقيع الصغير
هناك حقول الألمنيوم...

كتب فيكتور تسوي أغنية "خيار الألومنيوم" مع الجوقة:
زراعة خيار الألمنيوم
في حقل من القماش المشمع
أزرع خيار الألومنيوم
في حقل من القماش المشمع

تسمم

له تأثير سام طفيف، ولكن العديد من مركبات الألومنيوم غير العضوية القابلة للذوبان في الماء تظل في حالة ذائبة لفترة طويلة ويمكن أن يكون لها تأثير ضار على البشر والحيوانات ذوات الدم الحار من خلال مياه الشرب. الأكثر سمية هي الكلوريدات والنترات والأسيتات والكبريتات وما إلى ذلك. بالنسبة للبشر، الجرعات التالية من مركبات الألومنيوم (ملجم/كجم من وزن الجسم) لها تأثير سام عند تناولها: خلات الألومنيوم - 0.2-0.4؛ هيدروكسيد الألومنيوم - 3.7-7.3؛ الشب الألومنيوم - 2.9. يؤثر بالدرجة الأولى على الجهاز العصبي (يتراكم في الأنسجة العصبية مما يؤدي إلى اضطرابات شديدة في الجهاز العصبي المركزي). ومع ذلك، تمت دراسة السمية العصبية للألمنيوم منذ منتصف الستينيات، حيث يتم منع تراكم المعدن في جسم الإنسان من خلال آلية التخلص منه. في ظل الظروف العادية، يمكن أن تفرز ما يصل إلى 15 ملغ من العنصر يوميا في البول. وفقا لذلك، لوحظ أكبر تأثير سلبي في الأشخاص الذين يعانون من ضعف وظيفة إفراز الكلى.

معلومات إضافية

- هيدروكسيد الألومنيوم
- موسوعة عن الألمنيوم
- وصلات الألمنيوم
- المعهد الدولي للألمنيوم

الألومنيوم، الألومنيوم، آل (13)

المجلدات التي تحتوي على الألومنيوم معروفة منذ العصور القديمة. ومع ذلك، فإن الشب (Latin Alumen أو Alumin، German Alaun)، الذي ذكره بليني على وجه الخصوص، كان يُفهم في العصور القديمة وفي العصور الوسطى على أنه مواد مختلفة. في قاموس رولاند الكيميائي، وردت كلمة Alumen، مع إضافة تعريفات مختلفة، في 34 معنى. على وجه الخصوص، كان يعني الأنتيمون، Alumen alfuri - الملح القلوي، Alumen Alcori - النتروم أو الشب القلوي، Alumen creptum - تارتار (جير) النبيذ الجيد، Alumen fascioli - القلوي، Alumen odig - الأمونيا، Alumen scoriole - الجبس، إلخ. ، مؤلف "قاموس المنتجات الصيدلانية البسيطة" الشهير (1716)، يقدم أيضًا قائمة كبيرة من أنواع الشبة.

حتى القرن الثامن عشر لا يمكن تمييز مركبات الألومنيوم (الشب والأكسيد) عن المركبات الأخرى المشابهة في المظهر. يصف ليميري الشبة على النحو التالي: "في عام 1754. عزل مارغراف من محلول الشبة (بفعل القلويات) راسبًا من أكسيد الألومنيوم، والذي أطلق عليه اسم "أرض الشبة" (Alaunerde)، وأثبت اختلافه عن الأتربة الأخرى. وسرعان ما حصلت الشبة الأرضية على اسم الألومينا (الألومينا أو الألومين). في عام 1782، أعرب لافوازييه عن فكرة أن الألومنيوم هو أكسيد لعنصر غير معروف. في جدول الأجسام البسيطة، وضع لافوازييه الألومين ضمن "الأجسام البسيطة، المكونة للأملاح، والترابية". فيما يلي مرادفات لاسم الألومينا: argile، alum. الأرض، أساس الشب. كلمة أرجيلا، أو أرجيلا، كما يشير ليميري في قاموسه، تأتي من اليونانية. طين الفخار . دالتون في كتابه "النظام الجديد للفلسفة الكيميائية" يعطي إشارة خاصة للألمنيوم ويعطي صيغة هيكلية معقدة (!) للشب.

بعد اكتشاف الفلزات القلوية باستخدام الكهرباء الغلفانية، حاول ديفي وبيرزيليوس عزل الألومنيوم المعدني عن الألومينا بنفس الطريقة دون جدوى. فقط في عام 1825 تم حل المشكلة من قبل الفيزيائي الدنماركي أورستد باستخدام الطريقة الكيميائية. قام بتمرير الكلور من خلال خليط ساخن من الألومينا والفحم، وتم تسخين كلوريد الألومنيوم اللامائي الناتج مع ملغم البوتاسيوم. بعد تبخر الزئبق، كما كتب أورستد، تم الحصول على معدن يشبه القصدير في المظهر. أخيرًا، في عام 1827، عزل فولر معدن الألومنيوم بطريقة أكثر كفاءة - عن طريق تسخين كلوريد الألومنيوم اللامائي مع معدن البوتاسيوم.

حوالي عام 1807، أطلق ديفي، الذي كان يحاول إجراء التحليل الكهربائي للألومينا، الاسم على المعدن الذي من المفترض أنه يحتوي على الألومنيوم (Alumium) أو الألومنيوم (Aluminum). أصبح الاسم الأخير شائعًا منذ ذلك الحين في الولايات المتحدة الأمريكية، بينما تم اعتماد اسم الألومنيوم في إنجلترا وبلدان أخرى، والذي اقترحه لاحقًا نفس ديفي. من الواضح أن كل هذه الأسماء تأتي من الكلمة اللاتينية الشب (Alumen)، حول أصلها هناك آراء مختلفة، بناء على أدلة مؤلفين مختلفين، يعود تاريخها إلى العصور القديمة.

A. M. Vasilyev، مشيرا إلى الأصل غير الواضح لهذه الكلمة، يستشهد برأي إيزيدور معين (من الواضح إيزيدور إشبيلية، الأسقف الذي عاش في 560 - 636، موسوعي، شارك، على وجه الخصوص، في البحث الاشتقاقي): "Alumen هو يسمى التجويف، فكيف يعطي التجويف (الضوء والسطوع) للدهانات عند إضافته أثناء الصباغة." ومع ذلك، فإن هذا التفسير، على الرغم من كونه قديمًا جدًا، لا يثبت أن كلمة alumen لها نفس الأصول بالتحديد. هنا، من المحتمل جدًا أن يكون هناك حشو عرضي فقط. ويشير ليميري (1716) بدوره إلى أن كلمة alumen مرتبطة باليونانية (halmi)، والتي تعني ملوحة، ومحلول ملحي، ومحلول ملحي، وما إلى ذلك.

الأسماء الروسية للألمنيوم في العقود الأولى من القرن التاسع عشر. متنوعة جدا. من الواضح أن كل مؤلف من مؤلفي الكتب عن الكيمياء في هذه الفترة سعى إلى اقتراح عنوان خاص به. وهكذا، يدعو زاخاروف الألومنيوم الألومينا (1810)، جيز - ألومنيوم (1813)، ستراخوف - الشب (1825)، إيوفسكي - الطين، شيجلوف - الألومينا (1830). في متجر Dvigubsky (1822 - 1830) تسمى الألومينا الألومينا، الألومينا، الألومينا (على سبيل المثال، الألومينا حمض الفوسفوريك)، ويسمى المعدن الألومنيوم والألومنيوم (1824). يستخدم هيس في الطبعة الأولى من "أسس الكيمياء البحتة" (1831) اسم الألومينا (الألمنيوم)، وفي الطبعة الخامسة (1840) - الطين. ومع ذلك، فقد قام بتكوين أسماء للأملاح بناءً على مصطلح الألومينا، على سبيل المثال، كبريتات الألومينا. يستخدم مندليف في الطبعة الأولى من كتابه "أساسيات الكيمياء" (1871) اسمي الألومنيوم والطين، وفي الطبعات اللاحقة لم تعد كلمة الطين تظهر.

باعتباره المعدن الأخف والأكثر ليونة، فإن له نطاقًا واسعًا من الاستخدامات. إنه مقاوم للتآكل، وله موصلية كهربائية عالية، ويمكنه بسهولة تحمل التقلبات المفاجئة في درجات الحرارة. ميزة أخرى هي أنه عند ملامسة الهواء يظهر فيلم خاص على سطحه يحمي المعدن.

كل هذه، بالإضافة إلى ميزات أخرى، ساهمت في استخدامه النشط. لذلك، دعونا نكتشف بمزيد من التفصيل ما هي استخدامات الألومنيوم.

يستخدم هذا المعدن الهيكلي على نطاق واسع. على وجه الخصوص، كان مع استخدامه أن صناعة الطائرات وعلوم الصواريخ وصناعة المواد الغذائية وتصنيع أدوات المائدة بدأت عملها. بفضل خصائصه، يسمح الألومنيوم بتحسين قدرة السفن على المناورة بسبب وزنها المنخفض.

تعتبر هياكل الألومنيوم أخف بنسبة 50% في المتوسط من منتجات الصلب المماثلة.

بشكل منفصل، تجدر الإشارة إلى قدرة المعدن على إجراء التيار. هذه الميزة سمحت لها بأن تصبح منافسها الرئيسي. يتم استخدامه بنشاط في إنتاج الدوائر الدقيقة وفي مجال الإلكترونيات الدقيقة بشكل عام.

تشمل مجالات الاستخدام الأكثر شيوعًا ما يلي:

تصنيع الطائرات: المضخات والمحركات والعلب وغيرها من العناصر؛
علم الصواريخ: كمكون قابل للاحتراق لوقود الصواريخ؛
بناء السفن: الهياكل والهياكل الفوقية على سطح السفينة؛
الإلكترونيات: الأسلاك والكابلات والمقومات.
الإنتاج الدفاعي: الرشاشات والدبابات والطائرات والمنشآت المختلفة؛
البناء: السلالم، الإطارات، التشطيب؛
منطقة السكك الحديدية: خزانات المنتجات البترولية وقطع الغيار وإطارات السيارات؛
صناعة السيارات: مصدات، مشعات.
الأسرة: رقائق معدنية، أطباق، مرايا، أجهزة صغيرة؛

يرجع توزيعه على نطاق واسع إلى مزايا المعدن، ولكن له أيضًا عيبًا كبيرًا - قوة منخفضة. لتقليل ذلك، يتم إضافة المغنيسيوم أيضًا إلى المعدن.

كما تعلمون، يستخدم الألومنيوم ومركباته بشكل أساسي في الهندسة الكهربائية (وببساطة التكنولوجيا)، والحياة اليومية، والصناعة، والهندسة الميكانيكية، والطيران. الآن سنتحدث عن استخدام معدن الألمنيوم في البناء.

سيخبرك هذا الفيديو عن استخدام الألومنيوم وسبائكه:

استخدامها في البناء

يتم تحديد استخدام الألومنيوم من قبل الإنسان في مجال البناء من خلال مقاومته للتآكل.وهذا يجعل من الممكن إنشاء هياكل منه تم التخطيط لاستخدامها في البيئات العدوانية، وكذلك في الهواء الطلق.

مواد التسقيف

يستخدم الألومنيوم بنشاط ل. تتميز مادة الصفائح هذه، بالإضافة إلى ميزاتها الزخرفية الجيدة والحاملة والمرفقة، أيضًا بسعر في المتناول مقارنة بمواد التسقيف الأخرى. علاوة على ذلك، فإن هذا السقف لا يتطلب فحصًا وقائيًا أو إصلاحًا، كما أن مدة خدمته تتجاوز العديد من المواد الموجودة.

من خلال إضافة معادن أخرى إلى الألومنيوم النقي، يمكنك الحصول على أي ميزات زخرفية على الإطلاق. يتيح لك هذا السقف الحصول على مجموعة واسعة من الألوان التي تتناسب تمامًا مع النمط العام.

زنانير النوافذ

يمكنك العثور على الألومنيوم بين الفوانيس وإطارات النوافذ. إذا تم استخدامها لغرض مماثل، فسوف يثبت أنها مادة غير موثوقة وقصيرة العمر.

سوف يصبح الفولاذ مغطى بالتآكل بسرعة، وسيكون له وزن ربط كبير وسيكون من غير المناسب فتحه. في المقابل، هياكل الألومنيوم ليس لديها مثل هذه العيوب.

سيخبرك الفيديو أدناه عن خصائص واستخدامات الألومنيوم:

لوحات الحائط

تصنع ألواح الألمنيوم من سبائك هذا المعدن وتستخدم للديكور الخارجي للمنازل. ويمكن أن تأخذ شكل صفائح مختومة عادية أو ألواح تغليف جاهزة تتكون من صفائح وعوازل وتكسية. على أية حال، فهي تحتفظ بالحرارة داخل المنزل قدر الإمكان، ولأنها خفيفة الوزن، فلا تتحمل الحمل على الأساس.

يمكن النظر إلى كل عنصر كيميائي من وجهة نظر ثلاثة علوم: الفيزياء والكيمياء والأحياء. وفي هذه المقالة سنحاول توصيف الألمنيوم بأكبر قدر ممكن من الدقة. هذا عنصر كيميائي يقع في المجموعة الثالثة والدورة الثالثة حسب الجدول الدوري. الألومنيوم معدن ذو تفاعل كيميائي متوسط. ويمكن أيضًا ملاحظة الخصائص المذبذبة في مركباته. تبلغ الكتلة الذرية للألمنيوم ستة وعشرين جرامًا لكل مول.

الخصائص الفيزيائية للألمنيوم

في الظروف العادية فهو مادة صلبة. صيغة الألومنيوم بسيطة للغاية. وتتكون من ذرات (غير مدمجة في جزيئات)، يتم ترتيبها باستخدام شبكة بلورية لتكوين مادة صلبة. لون الألومنيوم فضي-أبيض. وبالإضافة إلى ذلك، فهو يتمتع ببريق معدني، مثل جميع المواد الأخرى في هذه المجموعة. قد يختلف لون الألمنيوم المستخدم في الصناعة بسبب وجود شوائب في السبيكة. هذا معدن خفيف إلى حد ما.

تبلغ كثافته 2.7 جم/سم3، أي أنه أخف من الحديد بحوالي ثلاث مرات. في هذا لا يمكن إلا أن يكون أقل شأنا من المغنيسيوم، وهو أخف من المعدن المعني. صلابة الألومنيوم منخفضة جدًا. إنه أدنى من معظم المعادن. تبلغ صلابة الألومنيوم اثنتين فقط، ولذلك، لتقويته، تتم إضافة صلابة إلى السبائك المعتمدة على هذا المعدن.

ينصهر الألومنيوم عند درجة حرارة 660 درجة مئوية فقط. ويغلي عند تسخينه إلى درجة حرارة ألفين وأربعمائة واثنتين وخمسين درجة مئوية. وهو معدن مرن للغاية وقابل للانصهار. الخصائص الفيزيائية للألمنيوم لا تنتهي عند هذا الحد. وأود أيضًا أن أشير إلى أن هذا المعدن يتمتع بأفضل الموصلية الكهربائية بعد النحاس والفضة.

انتشار في الطبيعة

الألومنيوم، الخصائص التقنية التي استعرضناها للتو، شائع جدًا في البيئة. يمكن ملاحظته في تكوين العديد من المعادن. يعتبر عنصر الألومنيوم رابع أكثر العناصر وفرة في الطبيعة. وهو ما يقرب من تسعة في المئة في القشرة الأرضية. المعادن الرئيسية التي تحتوي على ذراته هي البوكسيت، وأكسيد الالمونيوم، والكريوليت. الأول هو صخرة تتكون من أكاسيد الحديد والسيليكون والمعادن المعنية، كما توجد جزيئات الماء في الهيكل. وله لون غير متجانس: أجزاء من اللون الرمادي والبني المحمر وألوان أخرى تعتمد على وجود شوائب مختلفة. من ثلاثين إلى ستين بالمائة من هذه الصخرة يتكون من الألومنيوم، ويمكن رؤية الصورة أعلاه. وبالإضافة إلى ذلك، اكسيد الالمونيوم معدن شائع جدًا في الطبيعة.

هذا هو أكسيد الألومنيوم. صيغته الكيميائية هي Al2O3. يمكن أن يكون أحمر أو أصفر أو أزرق أو بني. وصلابته على مقياس موس هي تسعة. تشمل أصناف اكسيد الالمونيوم الياقوت والياقوت المشهورين، واللوكوسفير، وكذلك بادبارادشا (الياقوت الأصفر).

الكريوليت هو معدن ذو صيغة كيميائية أكثر تعقيدًا. وهو يتألف من فلوريد الألومنيوم والصوديوم - AlF3.3NaF. يبدو كحجر عديم اللون أو رمادي مع صلابة منخفضة تبلغ ثلاثة فقط على مقياس موس. في العالم الحديث يتم تصنيعه بشكل مصطنع في ظروف المختبر. يتم استخدامه في علم المعادن.

يمكن العثور على الألومنيوم أيضًا في الطبيعة في الطين، ومكوناته الرئيسية هي أكاسيد السيليكون والمعدن المعني المرتبط بجزيئات الماء. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن ملاحظة هذا العنصر الكيميائي في تركيبة النيفيلين، والتي تكون صيغتها الكيميائية كما يلي: KNa34.

إيصال

وتشمل خصائص الألومنيوم النظر في طرق تركيبه. هناك عدة طرق. يتم إنتاج الألمنيوم بالطريقة الأولى على ثلاث مراحل. وآخرها هو إجراء التحليل الكهربائي على الكاثود وأنود الكربون. لتنفيذ مثل هذه العملية، مطلوب أكسيد الألومنيوم، وكذلك المواد المساعدة مثل الكريوليت (الصيغة - Na3AlF6) وفلوريد الكالسيوم (CaF2). لكي تتم عملية تحلل أكسيد الألومنيوم المذاب في الماء، لا بد من تسخينه مع الكريوليت المنصهر وفلوريد الكالسيوم إلى درجة حرارة لا تقل عن تسعمائة وخمسين درجة مئوية، ومن ثم تمرير تيار من وثمانون ألف أمبير وجهد خمسة من خلال هذه المواد ثمانية فولت. وبالتالي، نتيجة لهذه العملية، سوف يترسب الألومنيوم على الكاثود، وسوف تتجمع جزيئات الأكسجين على الأنود، والتي بدورها تعمل على أكسدة الأنود وتحويله إلى ثاني أكسيد الكربون. قبل هذا الإجراء، يتم أولاً تنقية البوكسيت، الذي يتم استخراج أكسيد الألومنيوم منه، من الشوائب، ويخضع أيضًا لعملية التجفيف.

يعد إنتاج الألومنيوم بالطريقة الموضحة أعلاه أمرًا شائعًا جدًا في علم المعادن. هناك أيضًا طريقة اخترعها F. Wöhler عام 1827. وتكمن في حقيقة أنه يمكن استخلاص الألومنيوم باستخدام تفاعل كيميائي بين كلوريده والبوتاسيوم. لا يمكن تنفيذ مثل هذه العملية إلا من خلال خلق ظروف خاصة في شكل درجة حرارة عالية جدًا وفراغ. لذلك، من مول واحد من الكلوريد ونفس الحجم من البوتاسيوم، يمكن الحصول على مول واحد من الألومنيوم وثلاثة مولات كمنتج ثانوي. يمكن كتابة هذا التفاعل على شكل المعادلة التالية: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КІ. لم تكتسب هذه الطريقة شعبية كبيرة في علم المعادن.

خصائص الألمنيوم من وجهة نظر كيميائية

كما ذكرنا سابقًا، فهذه مادة بسيطة تتكون من ذرات غير متحدة في جزيئات. تشكل جميع المعادن تقريبًا هياكل متشابهة. يتمتع الألومنيوم بنشاط كيميائي مرتفع إلى حد ما وخصائص اختزال قوية. سيبدأ التوصيف الكيميائي للألمنيوم بوصف تفاعلاته مع المواد البسيطة الأخرى، ومن ثم سيتم وصف تفاعلاته مع المركبات غير العضوية المعقدة.

الألومنيوم والمواد البسيطة

وتشمل هذه في المقام الأول الأكسجين - وهو المركب الأكثر شيوعًا على هذا الكوكب. ويتكون منه واحد وعشرون بالمائة من الغلاف الجوي للأرض. يسمى تفاعل مادة معينة مع أي مادة أخرى بالأكسدة أو الاحتراق. وعادة ما يحدث في درجات حرارة عالية. ولكن في حالة الألومنيوم، تكون الأكسدة ممكنة في ظل الظروف العادية - وهذه هي الطريقة التي يتم بها تشكيل فيلم الأكسيد. إذا تم سحق هذا المعدن، فإنه سوف يحترق، ويطلق كمية كبيرة من الطاقة في شكل حرارة. لإجراء التفاعل بين الألومنيوم والأكسجين، هناك حاجة إلى هذه المكونات بنسبة مولية 4:3، مما ينتج عنه جزأين من الأكسيد.

يتم التعبير عن هذا التفاعل الكيميائي في شكل المعادلة التالية: 4АІ + 3О2 = 2АІО3. من الممكن أيضًا تفاعلات الألومنيوم مع الهالوجينات، والتي تشمل الفلور واليود والبروم والكلور. تأتي أسماء هذه العمليات من أسماء الهالوجينات المقابلة لها: الفلورة، واليود، والبرومة، والكلورة. هذه هي تفاعلات الإضافة النموذجية.

على سبيل المثال، دعونا ننظر في تفاعل الألومنيوم مع الكلور. هذا النوع من العمليات لا يمكن أن يحدث إلا في البرد.

إذن، بأخذ مولين من الألومنيوم وثلاثة مولات من الكلور، تكون النتيجة مولين من كلوريد المعدن المعني. معادلة هذا التفاعل هي كما يلي: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. وبنفس الطريقة يمكنك الحصول على فلوريد الألومنيوم وبروميده ويوديده.

تتفاعل المادة المعنية مع الكبريت فقط عند تسخينها. لإجراء التفاعل بين هذين المركبين، عليك أن تأخذهما بنسب مولية من اثنين إلى ثلاثة، ويتكون جزء واحد من كبريتيد الألومنيوم. تبدو معادلة التفاعل كما يلي: 2Al + 3S = Al2S3.

بالإضافة إلى ذلك، عند درجات الحرارة المرتفعة، يتفاعل الألومنيوم مع كل من الكربون، مكونًا الكربيد، ومع النيتروجين، مكونًا النتريد. يمكن الاستشهاد بمعادلات التفاعلات الكيميائية التالية كمثال: 4АІ + 3С = АІ4С3؛ 2Al + N2 = 2AlN.

التفاعل مع المواد المعقدة

وتشمل هذه الماء والأملاح والأحماض والقواعد والأكاسيد. يتفاعل الألومنيوم بشكل مختلف مع كل هذه المركبات الكيميائية. دعونا نلقي نظرة فاحصة على كل حالة.

التفاعل مع الماء

يتفاعل الألومنيوم مع المادة المعقدة الأكثر شيوعًا على الأرض عند تسخينه. يحدث هذا فقط إذا تمت إزالة طبقة الأكسيد لأول مرة. ونتيجة للتفاعل، يتم تشكيل هيدروكسيد مذبذب، ويتم إطلاق الهيدروجين أيضًا في الهواء. بأخذ جزأين من الألومنيوم وستة مقادير من الماء، نحصل على الهيدروكسيد والهيدروجين بنسب مولية من اثنين إلى ثلاثة. معادلة هذا التفاعل مكتوبة على النحو التالي: 2AI + 6H2O = 2AI(OH)3 + 3H2.

التفاعل مع الأحماض والقواعد والأكاسيد

مثل المعادن النشطة الأخرى، الألومنيوم قادر على الخضوع لتفاعلات الاستبدال. ومن خلال القيام بذلك، يمكنه إزاحة الهيدروجين من الحمض أو الكاتيون من معدن أكثر سلبية من ملحه. نتيجة لهذه التفاعلات، يتم تشكيل ملح الألومنيوم، ويتم إطلاق الهيدروجين أيضًا (في حالة الحمض) أو يترسب معدن نقي (أقل نشاطًا من المعدن المعني). وفي الحالة الثانية تظهر الخصائص التصالحية المذكورة أعلاه. ومن الأمثلة على ذلك تفاعل الألومنيوم الذي يتكون منه كلوريد الألومنيوم وينطلق الهيدروجين في الهواء. يتم التعبير عن هذا النوع من التفاعل في شكل المعادلة التالية: 2АІ + 6НІ = 2АІСІ3 + 3Н2.

مثال على تفاعل الألمنيوم مع الملح هو تفاعله مع هذين المكونين، فنحصل في النهاية على النحاس النقي الذي يترسب. يتفاعل الألومنيوم بطريقة فريدة مع الأحماض مثل الكبريتيك والنيتريك. على سبيل المثال، عند إضافة الألومنيوم إلى محلول مخفف من حمض النترات بنسبة مولية من ثمانية أجزاء إلى ثلاثين، يتم تشكيل ثمانية أجزاء من نترات المعدن المعني، وثلاثة أجزاء من أكسيد النيتريك وخمسة عشر أجزاء من الماء. معادلة هذا التفاعل مكتوبة على النحو التالي: 8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O. تحدث هذه العملية فقط في ظل وجود درجة حرارة عالية.

إذا مزجنا الألومنيوم مع محلول ضعيف من حمض الكبريتات بنسب مولية من اثنين إلى ثلاثة، نحصل على كبريتات المعدن المعني والهيدروجين بنسبة واحد إلى ثلاثة. أي أنه سيحدث تفاعل استبدال عادي، كما هو الحال مع الأحماض الأخرى. وللتوضيح، نقدم المعادلة: 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2. ومع ذلك، مع حل مركز من نفس الحمض، كل شيء أكثر تعقيدا. وهنا، كما في حالة النترات، يتشكل منتج ثانوي، ولكن ليس على شكل أكسيد، بل على شكل كبريت وماء. إذا أخذنا المكونين اللذين نحتاجهما بنسبة مولية من اثنين إلى أربعة، فستكون النتيجة جزءًا واحدًا من ملح المعدن المعني والكبريت، بالإضافة إلى أربعة أجزاء من الماء. يمكن التعبير عن هذا التفاعل الكيميائي باستخدام المعادلة التالية: 2Al + 4H2SO4 = Al2(SO4)3 + S + 4H2O.

بالإضافة إلى ذلك، الألومنيوم قادر على التفاعل مع المحاليل القلوية. لإجراء مثل هذا التفاعل الكيميائي، تحتاج إلى تناول مولين من المعدن المعني، ونفس الكمية من البوتاسيوم، وكذلك ستة مولات من الماء. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل مواد مثل رباعي هيدروكسي ألومينات الصوديوم أو البوتاسيوم، وكذلك الهيدروجين، الذي يتم إطلاقه على شكل غاز ذو رائحة نفاذة بنسب مولية من اثنين إلى ثلاثة. يمكن تمثيل هذا التفاعل الكيميائي في شكل المعادلة التالية: 2АІ + 2КОН + 6Н2О = 2К[АІ(ОН)4] + 3Н2.

وآخر ما يجب مراعاته هو أنماط تفاعل الألومنيوم مع أكاسيد معينة. الحالة الأكثر شيوعاً واستخداماً هي تفاعل بيكيتوف. وهو، مثل العديد من الأشياء الأخرى التي تمت مناقشتها أعلاه، يحدث فقط في درجات حرارة عالية. لذلك، لتنفيذه، عليك أن تأخذ مولين من الألومنيوم ومول واحد من أكسيد الحديد. ونتيجة تفاعل هاتين المادتين نحصل على أكسيد الألومنيوم والحديد الحر بكميات واحد ومولين على التوالي.

استخدام المعدن المعني في الصناعة

لاحظ أن استخدام الألومنيوم أمر شائع جدًا. بادئ ذي بدء، تحتاج صناعة الطيران إلى ذلك. جنبا إلى جنب مع هذا، يتم استخدام السبائك على أساس المعدن المعني. يمكننا القول أن متوسط الطائرة يتكون من 50% سبائك الألومنيوم، ومحركها - 25%. ويستخدم الألومنيوم أيضًا في صناعة الأسلاك والكابلات بسبب موصليته الكهربائية الممتازة. وبالإضافة إلى ذلك، يستخدم هذا المعدن وسبائكه على نطاق واسع في صناعة السيارات. أجسام السيارات والحافلات وحافلات الترولي وبعض عربات الترام وكذلك عربات القطارات التقليدية والكهربائية مصنوعة من هذه المواد.

كما أنها تستخدم لأغراض أصغر حجمًا، على سبيل المثال، لإنتاج عبوات المواد الغذائية وغيرها من المنتجات والأطباق. من أجل صنع طلاء الفضة، تحتاج إلى مسحوق المعدن المعني. هذا الطلاء ضروري لحماية الحديد من التآكل. يمكننا القول أن الألومنيوم هو ثاني أكثر المعادن استخدامًا في الصناعة بعد الحديد. وغالبا ما تستخدم مركباته ونفسه في الصناعة الكيميائية. ويفسر ذلك الخواص الكيميائية الخاصة للألمنيوم، بما في ذلك خصائصه المختزلة والطبيعة المذبذبة لمركباته. هيدروكسيد العنصر الكيميائي المعني ضروري لتنقية المياه. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدامه في الطب في عملية إنتاج اللقاحات. ويمكن العثور عليها أيضًا في بعض أنواع البلاستيك والمواد الأخرى.

دور في الطبيعة

كما هو مكتوب أعلاه، يوجد الألومنيوم بكميات كبيرة في القشرة الأرضية. إنه مهم بشكل خاص للكائنات الحية. ويدخل الألومنيوم في تنظيم عمليات النمو، ويشكل الأنسجة الضامة مثل العظام والأربطة وغيرها. بفضل هذا العنصر الدقيق، تتم عمليات تجديد أنسجة الجسم بشكل أسرع. ويتميز نقصه بالأعراض التالية: ضعف النمو والنمو عند الأطفال؛ عند البالغين - التعب المزمن، انخفاض الأداء، ضعف تنسيق الحركات، انخفاض معدلات تجديد الأنسجة، ضعف العضلات، وخاصة في الأطراف. يمكن أن تحدث هذه الظاهرة إذا تناولت عددًا قليلاً جدًا من الأطعمة التي تحتوي على هذا العنصر الدقيق.

ومع ذلك، فإن المشكلة الأكثر شيوعًا هي زيادة الألومنيوم في الجسم. في هذه الحالة، غالبا ما يتم ملاحظة الأعراض التالية: العصبية، والاكتئاب، واضطرابات النوم، وانخفاض الذاكرة، ومقاومة الإجهاد، وتليين الجهاز العضلي الهيكلي، مما قد يؤدي إلى كسور متكررة والالتواء. مع وجود فائض طويل الأمد من الألومنيوم في الجسم، غالبًا ما تنشأ مشاكل في عمل كل نظام عضوي تقريبًا.

يمكن أن يؤدي عدد من الأسباب إلى هذه الظاهرة. بادئ ذي بدء، أثبت العلماء منذ فترة طويلة أن الأطباق المصنوعة من المعدن المعني غير مناسبة لطهي الطعام فيها، لأنه في درجات الحرارة المرتفعة يدخل جزء من الألومنيوم إلى الطعام، ونتيجة لذلك، فإنك تستهلك الكثير من هذا العنصر الدقيق أكثر من يحتاج الجسم.

السبب الثاني هو الاستخدام المنتظم لمستحضرات التجميل التي تحتوي على المعدن المعني أو أملاحه. قبل استخدام أي منتج، يجب عليك قراءة تكوينه بعناية. مستحضرات التجميل ليست استثناء.

السبب الثالث هو تناول الأدوية التي تحتوي على الكثير من الألومنيوم لفترة طويلة. وكذلك الاستخدام غير السليم للفيتامينات والمضافات الغذائية التي تحتوي على هذا العنصر الدقيق.

الآن دعونا نتعرف على المنتجات التي تحتوي على الألومنيوم من أجل تنظيم نظامك الغذائي وتنظيم قائمتك بشكل صحيح. بادئ ذي بدء، هذه هي الجزر والجبن المطبوخ والقمح والشبة والبطاطس. ينصح الأفوكادو والخوخ بالفواكه. بالإضافة إلى ذلك فإن الملفوف الأبيض والأرز والعديد من الأعشاب الطبية غنية بالألمنيوم. أيضًا، قد تكون كاتيونات المعدن المعني موجودة في مياه الشرب. لتجنب ارتفاع أو انخفاض مستويات الألومنيوم في الجسم (وكذلك أي عنصر آخر من العناصر النزرة)، تحتاج إلى مراقبة نظامك الغذائي بعناية ومحاولة جعله متوازنًا قدر الإمكان.

يوجد الكثير من الألمنيوم في القشرة الأرضية: 8.6٪ بالوزن. وهو يحتل المرتبة الأولى بين جميع المعادن والثالث بين العناصر الأخرى (بعد الأكسجين والسيليكون). هناك ضعف كمية الألومنيوم الموجودة في الحديد، و350 مرة أكثر من النحاس والزنك والكروم والقصدير والرصاص مجتمعة! كما كتب منذ أكثر من 100 عام في كتابه المدرسي الكلاسيكي أساسيات الكيمياء D. I. Mendeleev، من بين جميع المعادن، "الألمنيوم هو الأكثر شيوعا في الطبيعة؛ ويكفي الإشارة إلى أنه جزء من الطين لتوضيح التوزيع العالمي للألمنيوم في القشرة الأرضية. ويسمى الألومنيوم، أو معدن الشب (الشب)، أيضًا بالطين لأنه يوجد في الطين.

أهم معدن للألمنيوم هو البوكسيت، وهو خليط من الأكسيد الأساسي AlO(OH) وهيدروكسيد Al(OH)3. توجد أكبر رواسب البوكسيت في أستراليا والبرازيل وغينيا وجامايكا. ويتم الإنتاج الصناعي أيضًا في بلدان أخرى. الألونيت (حجر الشب) (Na,K) 2 SO 4 ·Al 2 (SO 4) 3 ·4Al(OH) 3 والنيفيلين (Na,K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 غنيان أيضًا بالألمنيوم. في المجمل، من المعروف أن أكثر من 250 معدنًا تحتوي على الألومنيوم؛ ومعظمها عبارة عن سيليكات الألومنيوم، والتي تتكون منها القشرة الأرضية بشكل أساسي. عندما يتم التجوية، يتكون الطين، وأساسه هو معدن الكاولينيت Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O. عادة ما تلون شوائب الحديد الطين باللون البني، ولكن يوجد أيضًا الطين الأبيض - الكاولين، والذي يستخدم في صناعة منتجات البورسلين والخزف.

في بعض الأحيان، يتم العثور على معدن اكسيد الالمونيوم الصلب بشكل استثنائي (في المرتبة الثانية بعد الماس) - وهو أكسيد بلوري Al 2 O 3، وغالبًا ما يكون ملونًا بشوائب بألوان مختلفة. يُطلق على صنفه الأزرق (خليط من التيتانيوم والحديد) اسم الياقوت ، ويسمى النوع الأحمر (خليط من الكروم) بالياقوت. يمكن للشوائب المختلفة أيضًا تلوين ما يسمى بأكسيد الالمونيوم النبيل باللون الأخضر والأصفر والبرتقالي والأرجواني وغيرها من الألوان والظلال.

حتى وقت قريب، كان يُعتقد أن الألومنيوم، باعتباره معدنًا نشطًا للغاية، لا يمكن أن يتواجد في الطبيعة في حالة حرة، ولكن في عام 1978، تم اكتشاف الألومنيوم الأصلي في صخور المنصة السيبيرية - على شكل بلورات تشبه الخيوط فقط. طوله 0.5 مم (بسمك خيط يصل إلى عدة ميكرومترات). تم اكتشاف الألومنيوم الأصلي أيضًا في التربة القمرية التي تم جلبها إلى الأرض من مناطق بحار الأزمات والوفرة. من المعتقد أن معدن الألمنيوم يمكن أن يتشكل عن طريق تكثيف الغاز. من المعروف أنه عند تسخين هاليدات الألومنيوم - الكلوريد والبروميد والفلورايد - فإنها يمكن أن تتبخر بسهولة أكبر أو أقل (على سبيل المثال، يتسامى AlCl 3 بالفعل عند 180 درجة مئوية). مع زيادة قوية في درجة الحرارة، تتحلل هاليدات الألومنيوم، وتتحول إلى حالة ذات تكافؤ معدني أقل، على سبيل المثال، AlCl. عندما يتكثف هذا المركب مع انخفاض درجة الحرارة وغياب الأكسجين، يحدث تفاعل عدم التناسب في الطور الصلب: تتأكسد بعض ذرات الألومنيوم وتنتقل إلى الحالة الثلاثية المعتادة، ويتم تقليل بعضها. يمكن اختزال الألومنيوم أحادي التكافؤ إلى معدن فقط: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 . ويدعم هذا الافتراض أيضًا الشكل الشبيه بالخيط لبلورات الألومنيوم الأصلية. عادة، يتم تشكيل بلورات هذا الهيكل بسبب النمو السريع من الطور الغازي. ومن المحتمل أن شذرات الألومنيوم المجهرية في التربة القمرية تشكلت بطريقة مماثلة.

يأتي اسم الألومنيوم من الكلمة اللاتينية aluminis (جنس aluminis). كان هذا هو اسم الشبة، كبريتات البوتاسيوم والألومنيوم المزدوجة KAl(SO 4) 2 · 12H 2 O)، والتي كانت تستخدم كمادة لاصقة لصبغ الأقمشة. ربما يعود الاسم اللاتيني إلى الكلمة اليونانية "halme" - محلول ملحي ومحلول ملحي. من الغريب أن الألومنيوم في إنجلترا هو الألومنيوم، وفي الولايات المتحدة الأمريكية هو الألومنيوم.

تحتوي العديد من الكتب المشهورة في الكيمياء على أسطورة مفادها أن مخترعًا معينًا، لم يحفظ التاريخ اسمه، أحضر إلى الإمبراطور تيبيريوس، الذي حكم روما في الفترة 14-27 م، وعاء مصنوعًا من معدن يشبه لون الفضة، ولكن ولاعة. كلفت هذه الهدية السيد حياته: أمر تيبيريوس بإعدامه وتدمير الورشة، لأنه كان يخشى أن يقلل المعدن الجديد من قيمة الفضة في الخزانة الإمبراطورية.

تستند هذه الأسطورة إلى قصة كتبها بليني الأكبر، كاتب وباحث ومؤلف روماني تاريخ طبيعي– موسوعة العلوم الطبيعية المعرفة في العصور القديمة. وفقا لبليني، تم الحصول على المعدن الجديد من "الأرض الطينية". لكن الطين يحتوي على الألومنيوم.

يبدي المؤلفون المعاصرون دائمًا تحفظًا على أن هذه القصة بأكملها ليست أكثر من مجرد قصة خيالية جميلة. وهذا ليس مفاجئًا: فالألمنيوم الموجود في الصخور مرتبط بشدة بالأكسجين، ويجب إنفاق الكثير من الطاقة لإطلاقه. ومع ذلك، ظهرت مؤخرًا بيانات جديدة حول الإمكانية الأساسية للحصول على الألومنيوم المعدني في العصور القديمة. كما أظهر التحليل الطيفي، الزخارف الموجودة على قبر القائد الصيني تشو تشو، الذي توفي في بداية القرن الثالث. م، مصنوعة من سبيكة تتكون من 85٪ من الألومنيوم. هل كان بإمكان القدماء الحصول على الألمنيوم مجاناً؟ يتم التخلص تلقائيًا من جميع الطرق المعروفة (التحليل الكهربائي، والاختزال باستخدام الصوديوم المعدني أو البوتاسيوم). هل يمكن العثور على الألمنيوم الأصلي في العصور القديمة، مثل شذرات الذهب والفضة والنحاس على سبيل المثال؟ يتم استبعاد هذا أيضًا: الألومنيوم الأصلي هو معدن نادر يوجد بكميات ضئيلة، لذلك لم يتمكن الحرفيون القدماء من العثور على هذه الشذرات وجمعها بالكمية المطلوبة.

ومع ذلك، هناك تفسير آخر لقصة بليني ممكن. يمكن استخلاص الألومنيوم من الخامات ليس فقط بمساعدة الكهرباء والمعادن القلوية. هناك عامل اختزال متاح ومستخدم على نطاق واسع منذ العصور القديمة - الفحم، الذي يتم من خلاله تحويل أكاسيد العديد من المعادن إلى معادن حرة عند تسخينها. في أواخر السبعينيات، قرر الكيميائيون الألمان اختبار ما إذا كان من الممكن إنتاج الألومنيوم في العصور القديمة عن طريق الاختزال باستخدام الفحم. قاموا بتسخين خليط من الطين مع مسحوق الفحم وملح الطعام أو البوتاس (كربونات البوتاسيوم) في بوتقة من الطين إلى حرارة حمراء. تم الحصول على الملح من مياه البحر والبوتاس من رماد النبات لاستخدام فقط تلك المواد والطرق التي كانت متوفرة في العصور القديمة. بعد مرور بعض الوقت، طفت الخبث مع كرات الألومنيوم على سطح البوتقة! كان إنتاج المعدن صغيرًا، ولكن من الممكن أنه بهذه الطريقة تمكن علماء المعادن القدماء من الحصول على "معدن القرن العشرين".

خصائص الألومنيوم.

لون الألمنيوم النقي يشبه الفضة، وهو معدن خفيف جداً: كثافته 2.7 جم/سم3 فقط. المعادن الوحيدة الأخف من الألومنيوم هي الفلزات القلوية والفلزات القلوية الترابية (باستثناء الباريوم) والبريليوم والمغنيسيوم. يذوب الألومنيوم أيضًا بسهولة - عند 600 درجة مئوية (يمكن إذابة سلك ألومنيوم رفيع على موقد مطبخ عادي)، لكنه يغلي فقط عند 2452 درجة مئوية. من حيث التوصيل الكهربائي، يحتل الألومنيوم المركز الرابع، في المرتبة الثانية بعد الفضة (وهي في المقام الأول)، النحاس والذهب، والتي، نظرا لرخص الألومنيوم، لها أهمية عملية كبيرة. تتغير الموصلية الحرارية للمعادن بنفس الترتيب. من السهل التحقق من التوصيل الحراري العالي للألمنيوم عن طريق غمس ملعقة الألومنيوم في الشاي الساخن. وهناك خاصية أخرى رائعة لهذا المعدن: سطحه الأملس اللامع يعكس الضوء بشكل مثالي: من 80 إلى 93% في المنطقة المرئية من الطيف، اعتمادًا على الطول الموجي. في منطقة الأشعة فوق البنفسجية، لا يوجد مثيل للألمنيوم في هذا الصدد، وفقط في المنطقة الحمراء يكون أدنى قليلاً من الفضة (في الأشعة فوق البنفسجية، تتمتع الفضة بانعكاس منخفض جدًا).

الألومنيوم النقي معدن ناعم إلى حد ما - أكثر ليونة بثلاث مرات تقريبًا من النحاس، لذلك حتى ألواح وقضبان الألومنيوم السميكة نسبيًا يسهل ثنيها، ولكن عندما يشكل الألومنيوم سبائك (يوجد عدد كبير منها)، يمكن أن تزيد صلابتها بمقدار عشرة أضعاف.

حالة الأكسدة المميزة للألمنيوم هي +3، ولكن بسبب وجود 3 غير مملوء ر- و 3 د- المدارات، يمكن لذرات الألومنيوم أن تشكل روابط إضافية بين المانح والمتلقي. لذلك، فإن أيون Al 3+ ذو نصف القطر الصغير يكون عرضة جدًا للتكوين المعقد، وتشكيل مجموعة متنوعة من المجمعات الكاتيونية والأنيونية: AlCl 4 –، AlF 6 3–، 3+، Al(OH) 4 –، Al(OH) 6 3–، AlH 4 – وغيرها الكثير. ومن المعروف أيضًا أن المجمعات ذات المركبات العضوية.

النشاط الكيميائي للألمنيوم مرتفع جدًا؛ في سلسلة جهود القطب يقف مباشرة خلف المغنيسيوم. للوهلة الأولى، قد يبدو هذا البيان غريبا: بعد كل شيء، مقلاة أو ملعقة من الألومنيوم مستقرة تماما في الهواء ولا تنهار في الماء المغلي. الألومنيوم، على عكس الحديد، لا يصدأ. اتضح أنه عند تعرضه للهواء، يتم تغطية المعدن بـ "درع" من الأكسيد عديم اللون ورقيق ولكنه متين، والذي يحمي المعدن من الأكسدة. لذلك، إذا قمت بإدخال سلك ألومنيوم سميك أو صفيحة بسمك 0.5-1 مم في لهب الموقد، فإن المعدن يذوب، لكن الألومنيوم لا يتدفق، لأنه يبقى في كيس من أكسيده. إذا حرمت الألومنيوم من غشاءه الواقي أو جعلته مفككًا (على سبيل المثال، عن طريق غمره في محلول من أملاح الزئبق)، فسوف يكشف الألومنيوم على الفور عن جوهره الحقيقي: بالفعل في درجة حرارة الغرفة سيبدأ في التفاعل بقوة مع الماء، ويطلق الهيدروجين : 2Al + 6H 2 O ® 2Al(OH) 3 + 3H 2 . في الهواء، يتحول الألومنيوم، بعد تجريده من الطبقة الواقية، إلى مسحوق أكسيد سائب أمام أعيننا مباشرة: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . ينشط الألومنيوم بشكل خاص في حالة سحقه جيدًا؛ عند نفخه في اللهب، يحترق غبار الألومنيوم على الفور. إذا قمت بخلط غبار الألومنيوم مع بيروكسيد الصوديوم على طبق من السيراميك وقمت بإسقاط الماء على الخليط، فإن الألومنيوم أيضًا يشتعل ويحترق بلهب أبيض.

إن الألفة العالية جدًا للألمنيوم مع الأكسجين تسمح له "بإزالة" الأكسجين من أكاسيد عدد من المعادن الأخرى، مما يؤدي إلى تقليلها (طريقة الألومينوثرمي). المثال الأكثر شهرة هو خليط الثرمايت، الذي عند حرقه يطلق الكثير من الحرارة بحيث يذوب الحديد الناتج: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. تم اكتشاف هذا التفاعل في عام 1856 من قبل N. N. بيكيتوف. بهذه الطريقة، يمكن اختزال Fe 2 O 3 وCoO وNiO وMoO 3 وV 2 O 5 وSnO 2 وCuO وعدد من الأكاسيد الأخرى إلى معادن. عند اختزال Cr 2 O 3، Nb 2 O 5، Ta 2 O 5، SiO 2، TiO 2، ZrO 2، B 2 O 3 مع الألومنيوم، فإن حرارة التفاعل ليست كافية لتسخين منتجات التفاعل فوق نقطة انصهارها.

يذوب الألومنيوم بسهولة في الأحماض المعدنية المخففة لتكوين الأملاح. يعمل حمض النيتريك المركز، الذي يعمل على أكسدة سطح الألومنيوم، على تعزيز سماكة وتقوية طبقة الأكسيد (ما يسمى بتخميل المعدن). الألومنيوم المعالج بهذه الطريقة لا يتفاعل حتى مع حمض الهيدروكلوريك. باستخدام الأكسدة الأنودية الكهروكيميائية (الأنودة)، يمكن إنشاء طبقة سميكة على سطح الألومنيوم، والتي يمكن طلاءها بسهولة بألوان مختلفة.

غالبًا ما يتم إعاقة إزاحة المعادن الأقل نشاطًا بواسطة الألومنيوم من محاليل الأملاح بواسطة طبقة واقية على سطح الألومنيوم. يتم تدمير هذا الفيلم بسرعة بواسطة كلوريد النحاس، وبالتالي فإن التفاعل 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu يحدث بسهولة، والذي يكون مصحوبًا بتسخين قوي. في المحاليل القلوية القوية، يذوب الألومنيوم بسهولة مع إطلاق الهيدروجين: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (تتشكل أيضًا مجمعات هيدروكسيو أنيونية أخرى). تتجلى الطبيعة المذبذبة لمركبات الألومنيوم أيضًا في الذوبان السهل لأكسيدها وهيدروكسيدها المترسب حديثًا في القلويات. الأكسيد البلوري (اكسيد الالمونيوم) مقاوم جدًا للأحماض والقلويات. عند دمجها مع القلويات، تتشكل الألومينات اللامائية: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. ألومينات المغنيسيوم Mg(AlO 2) 2 عبارة عن حجر إسبينل شبه ثمين، وعادةً ما يكون ملونًا بشوائب في مجموعة متنوعة من الألوان .

يحدث تفاعل الألمنيوم مع الهالوجينات بسرعة. إذا تم إدخال سلك ألومنيوم رفيع في أنبوب اختبار يحتوي على 1 مل من البروم، فبعد فترة قصيرة يشتعل الألومنيوم ويحترق بلهب ساطع. يبدأ تفاعل خليط من مساحيق الألومنيوم واليود بقطرة ماء (يشكل الماء مع اليود حمضًا يدمر طبقة الأكسيد)، وبعد ذلك يظهر لهب ساطع مع سحب من بخار اليود البنفسجي. هاليدات الألومنيوم في المحاليل المائية لها تفاعل حمضي بسبب التحلل المائي: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl.

يحدث تفاعل الألومنيوم مع النيتروجين فقط فوق 800 درجة مئوية مع تكوين نيتريد AlN، مع الكبريت - عند 200 درجة مئوية (يتشكل كبريتيد Al 2 S 3)، مع الفوسفور - عند 500 درجة مئوية (يتم تشكيل فوسفيد AlP). عند إضافة البورون إلى الألومنيوم المنصهر، تتشكل بوريدات تركيبة AlB 2 وAlB 12 - وهي مركبات حرارية مقاومة للأحماض. يتشكل الهيدريد (AlH) x (x = 1.2) فقط في الفراغ عند درجات حرارة منخفضة في تفاعل الهيدروجين الذري مع بخار الألومنيوم. يتم الحصول على هيدريد AlH 3، المستقر في غياب الرطوبة في درجة حرارة الغرفة، في محلول الأثير اللامائي: AlCl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl. مع وجود فائض من LiH، يتم تشكيل هيدريد ألومنيوم الليثيوم الشبيه بالملح LiAlH 4 - وهو عامل اختزال قوي جدًا يستخدم في التركيبات العضوية. يتحلل فورًا مع الماء: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2.

إنتاج الألمنيوم.

حدث الاكتشاف الموثق للألمنيوم في عام 1825. تم الحصول على هذا المعدن لأول مرة من قبل الفيزيائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد، عندما عزله عن طريق عمل ملغم البوتاسيوم على كلوريد الألومنيوم اللامائي (تم الحصول عليه عن طريق تمرير الكلور من خلال خليط ساخن من أكسيد الألومنيوم والفحم ). وبعد تقطير الزئبق، حصل أورستد على الألومنيوم، على الرغم من أنه كان ملوثًا بالشوائب. في عام 1827، حصل الكيميائي الألماني فريدريش فولر على الألومنيوم في شكل مسحوق عن طريق اختزال سداسي فلورو ألومينات بالبوتاسيوم:

Na 3AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. وفي وقت لاحق تمكن من الحصول على الألومنيوم على شكل كرات معدنية لامعة. في عام 1854، قام الكيميائي الفرنسي هنري إتيان سانت كلير ديفيل بتطوير أول طريقة صناعية لإنتاج الألومنيوم - عن طريق تقليل ذوبان رباعي كلورو ألومينات مع الصوديوم: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. ومع ذلك، ظل الألومنيوم معدنًا نادرًا وباهظ الثمن للغاية؛ لم يكن أرخص بكثير من الذهب وأغلى بـ 1500 مرة من الحديد (الآن ثلاث مرات فقط). صُنعت خشخيشة من الذهب والألمنيوم والأحجار الكريمة في خمسينيات القرن التاسع عشر لابن الإمبراطور الفرنسي نابليون الثالث. عندما عُرضت سبيكة كبيرة من الألومنيوم تم إنتاجها بطريقة جديدة في المعرض العالمي بباريس عام 1855، تم النظر إليها وكأنها جوهرة. الجزء العلوي (على شكل هرم) لنصب واشنطن التذكاري في العاصمة الأمريكية مصنوع من الألمنيوم الثمين. في ذلك الوقت، لم يكن الألومنيوم أرخص بكثير من الفضة: في الولايات المتحدة الأمريكية، على سبيل المثال، في عام 1856، تم بيعه بسعر 12 دولارًا للرطل (454 جم)، والفضة مقابل 15 دولارًا. في المجلد الأول من الكتاب الشهير وقال إيفرون في قاموس بروكهاوس الموسوعي، الذي نُشر عام 1890، إن "الألومنيوم لا يزال يستخدم بشكل أساسي في صناعة... السلع الفاخرة". بحلول ذلك الوقت، تم استخراج 2.5 طن فقط من المعدن سنويًا في جميع أنحاء العالم. فقط في نهاية القرن التاسع عشر، عندما تم تطوير طريقة التحليل الكهربائي لإنتاج الألومنيوم، بدأ إنتاجها السنوي يصل إلى آلاف الأطنان، وفي القرن العشرين. - مليون طن. أدى هذا إلى تحويل الألمنيوم من معدن شبه ثمين إلى معدن متاح على نطاق واسع.

تم اكتشاف الطريقة الحديثة لإنتاج الألمنيوم عام 1886 على يد الباحث الأمريكي الشاب تشارلز مارتن هول. أصبح مهتمًا بالكيمياء عندما كان طفلاً. بعد أن عثر على كتاب الكيمياء المدرسي القديم لوالده، بدأ في دراسته بجد وإجراء التجارب، حتى أنه تلقى ذات مرة توبيخًا من والدته لإتلاف مفرش طاولة العشاء. وبعد 10 سنوات قام باكتشاف رائع جعله مشهوراً في جميع أنحاء العالم.

عندما كان طالبًا في سن السادسة عشرة، سمع هول من معلمه، إف إف جيويت، أنه إذا تمكن شخص ما من تطوير طريقة رخيصة لإنتاج الألومنيوم، فإن هذا الشخص لن يقدم خدمة عظيمة للإنسانية فحسب، بل سيحقق أيضًا ثروة ضخمة. عرف جيويت ما كان يقوله: لقد تدرب سابقًا في ألمانيا، وعمل مع فولر، وناقش معه مشاكل إنتاج الألومنيوم. أحضر جيويت أيضًا عينة من المعدن النادر معه إلى أمريكا وعرضها على طلابه. وفجأة أعلن هول علنًا: "سأحصل على هذا المعدن!"

استمرت ست سنوات من العمل الشاق. حاول هول الحصول على الألومنيوم بطرق مختلفة، لكن دون جدوى. وأخيرا، حاول استخراج هذا المعدن عن طريق التحليل الكهربائي. في ذلك الوقت لم تكن هناك محطات لتوليد الطاقة، وكان يجب توليد التيار باستخدام بطاريات كبيرة محلية الصنع من الفحم والزنك وأحماض النيتريك والكبريتيك. عمل هول في حظيرة حيث أنشأ مختبرًا صغيرًا. وقد ساعدته أخته جوليا التي كانت مهتمة جدًا بتجارب أخيها. لقد احتفظت بجميع رسائله ومذكرات عمله، مما يجعل من الممكن تتبع تاريخ الاكتشاف حرفيًا يومًا بعد يوم. وهذا مقتطف من مذكراتها:

"كان تشارلز دائمًا في مزاج جيد، وحتى في أسوأ الأيام كان قادرًا على الضحك على مصير المخترعين سيئي الحظ. في أوقات الفشل، وجد العزاء في البيانو القديم. كان يعمل في معمله المنزلي لساعات طويلة دون انقطاع. وعندما يتمكن من مغادرة المكان لفترة من الوقت، كان يندفع عبر منزلنا الطويل ليلعب قليلاً... كنت أعلم أنه، وهو يلعب بهذا السحر والشعور، كان يفكر باستمرار في عمله. وقد ساعدته الموسيقى في ذلك».

كان أصعب شيء هو اختيار المنحل بالكهرباء وحماية الألومنيوم من الأكسدة. وبعد ستة أشهر من العمل الشاق، ظهرت أخيرًا عدة كرات فضية صغيرة في البوتقة. ركض هول على الفور إلى معلمه السابق ليخبره عن نجاحه. صاح وهو يمد يده: "أستاذ، لقد فهمت!"، وفي راحة يده عشرات من كرات الألومنيوم الصغيرة. حدث هذا في 23 فبراير 1886. وبعد شهرين بالضبط، في 23 أبريل من نفس العام، حصل الفرنسي بول هيروكس على براءة اختراع لاختراع مماثل، والذي صنعه بشكل مستقل وفي وقت واحد تقريبًا (مصادفتان أخريان ملفتتان أيضًا: وُلد كل من هول وهيرو عام 1863 وتوفيا عام 1914).

الآن يتم الاحتفاظ بالكرات الأولى من الألومنيوم التي أنتجها هول في شركة الألومنيوم الأمريكية في بيتسبرغ باعتبارها بقايا وطنية، وفي كليته يوجد نصب تذكاري لهول، مصبوب من الألومنيوم. كتب جيويت بعد ذلك: «كان اكتشافي الأكثر أهمية هو اكتشاف الإنسان. لقد كان تشارلز إم هول هو الذي اكتشف، وهو في الحادية والعشرين من عمره، طريقة لاختزال الألومنيوم من الخام، وبالتالي جعل الألومنيوم ذلك المعدن الرائع الذي يستخدم الآن على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم. تحققت نبوءة جيويت: نالت هول اعترافًا واسع النطاق وأصبحت عضوًا فخريًا في العديد من الجمعيات العلمية. لكن حياته الشخصية لم تكن ناجحة: فالعروس لم ترغب في التصالح مع حقيقة أن خطيبها يقضي كل وقته في المختبر، وفسخت خطوبتها. وجد هول عزاءه في كليته الأصلية، حيث عمل لبقية حياته. وكما كتب شقيق تشارلز: «كانت الكلية زوجته وأولاده وكل شيء آخر، أي حياته كلها». وقد ترك هول غالبية ميراثه للكلية، وهو 5 ملايين دولار، وتوفي هول بسبب سرطان الدم عن عمر يناهز 51 عامًا.

لقد مكنت طريقة هول من إنتاج ألومنيوم رخيص الثمن نسبيًا على نطاق واسع باستخدام الكهرباء. إذا تم الحصول على 200 طن فقط من الألومنيوم في الفترة من 1855 إلى 1890، فخلال العقد التالي، وباستخدام طريقة هول، تم بالفعل الحصول على 28000 طن من هذا المعدن في جميع أنحاء العالم! وبحلول عام 1930، وصل الإنتاج العالمي السنوي للألمنيوم إلى 300 ألف طن. ويتم الآن إنتاج أكثر من 15 مليون طن من الألومنيوم سنويًا. في حمامات خاصة عند درجة حرارة 960-970 درجة مئوية، يتم إخضاع محلول الألومينا (التقني Al 2 O 3) في الكريوليت المنصهر Na 3 AlF 6، والذي يتم استخراجه جزئيًا على شكل معدن، ويتم تصنيعه جزئيًا بشكل خاص، إلى التحليل الكهربائي. يتراكم الألمنيوم السائل في قاع الحمام (الكاثود)، ويتم إطلاق الأكسجين عند أنودات الكربون، التي تحترق تدريجياً. عند الجهد المنخفض (حوالي 4.5 فولت)، تستهلك المحللات الكهربائية تيارات ضخمة - تصل إلى 250000 أمبير! يُنتج مُحلل كهربائي واحد حوالي طن من الألومنيوم يوميًا. يتطلب الإنتاج الكثير من الكهرباء: حيث يستغرق إنتاج طن واحد من المعدن 15000 كيلووات/ساعة من الكهرباء. وهذه الكمية من الكهرباء يستهلكها مبنى كبير مكون من 150 شقة لمدة شهر كامل. يعتبر إنتاج الألومنيوم خطراً على البيئة، لأن الهواء الجوي ملوث بمركبات الفلور المتطايرة.

تطبيق الألومنيوم.

حتى D. I. كتب منديليف أن "الألمنيوم المعدني، الذي يتمتع بخفة وقوة كبيرة وتقلب منخفض في الهواء، مناسب جدًا لبعض المنتجات". يعد الألومنيوم من أكثر المعادن شيوعًا وأرخصها. ومن الصعب تخيل الحياة الحديثة بدونها. لا عجب أن يُطلق على الألومنيوم اسم معدن القرن العشرين. إنه مناسب جيدًا للمعالجة: التزوير والختم والدرفلة والرسم والضغط. الألومنيوم النقي معدن ناعم إلى حد ما؛ يتم استخدامه في صناعة الأسلاك الكهربائية والأجزاء الهيكلية ورقائق الطعام وأدوات المطبخ والطلاء "الفضي". يستخدم هذا المعدن الجميل وخفيف الوزن على نطاق واسع في تكنولوجيا البناء والطيران. الألومنيوم يعكس الضوء بشكل جيد للغاية. ولذلك يتم استخدامه في صناعة المرايا بطريقة ترسيب المعادن في الفراغ.

في صناعة الطائرات والهندسة الميكانيكية، يتم استخدام سبائك الألومنيوم الأكثر صلابة في تصنيع هياكل البناء. واحدة من أشهرها هي سبائك الألومنيوم مع النحاس والمغنيسيوم (الدورالومين، أو ببساطة "الدورالومين"؛ الاسم يأتي من مدينة دورين الألمانية). بعد التصلب، تكتسب هذه السبيكة صلابة خاصة وتصبح أقوى بنحو 7 مرات من الألومنيوم النقي. وفي الوقت نفسه، فهو أخف بثلاث مرات تقريبًا من الحديد. يتم الحصول عليه عن طريق صناعة سبائك الألومنيوم مع إضافات صغيرة من النحاس والمغنيسيوم والمنغنيز والسيليكون والحديد. يتم استخدام Sillumins على نطاق واسع - لصب سبائك الألومنيوم والسيليكون. يتم أيضًا إنتاج سبائك عالية القوة ومبردة (مقاومة للصقيع) ومقاومة للحرارة. يتم تطبيق الطلاءات الواقية والزخرفية بسهولة على المنتجات المصنوعة من سبائك الألومنيوم. تعد خفة وقوة سبائك الألومنيوم مفيدة بشكل خاص في تكنولوجيا الطيران. على سبيل المثال، تُصنع دوارات طائرات الهليكوبتر من سبيكة من الألومنيوم والمغنيسيوم والسيليكون. يتمتع برونز الألومنيوم الرخيص نسبيًا (يصل إلى 11٪ Al) بخصائص ميكانيكية عالية، وهو مستقر في مياه البحر وحتى في حمض الهيدروكلوريك المخفف. من عام 1926 إلى عام 1957، تم سك العملات المعدنية من فئة 1 و 2 و 3 و 5 كوبيل من برونز الألومنيوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية.

حاليًا، يتم استخدام ربع إجمالي الألمنيوم لاحتياجات البناء، ويتم استهلاك نفس الكمية في هندسة النقل، ويتم إنفاق ما يقرب من 17٪ على مواد التعبئة والتغليف والعلب، و10٪ في الهندسة الكهربائية.

تحتوي العديد من المخاليط القابلة للاشتعال والانفجار أيضًا على الألومنيوم. يعد الألوموتول، وهو خليط مصبوب من ثلاثي نيتروتولوين ومسحوق الألومنيوم، أحد أقوى المتفجرات الصناعية. الأمونال هي مادة متفجرة تتكون من نترات الأمونيوم وثلاثي نتروتولوين ومسحوق الألومنيوم. تحتوي التركيبات الحارقة على الألومنيوم وعامل مؤكسد - النترات والبيركلورات. تحتوي تركيبات الألعاب النارية Zvezdochka أيضًا على مسحوق الألومنيوم.

يتم استخدام خليط من مسحوق الألومنيوم مع أكاسيد المعادن (الثرميت) لإنتاج معادن وسبائك معينة، ولحام القضبان، وفي الذخيرة الحارقة.

وقد وجد الألومنيوم أيضًا استخدامًا عمليًا كوقود للصواريخ. لحرق 1 كجم من الألومنيوم بشكل كامل، يتطلب الأمر كمية أقل من الأكسجين بمقدار أربع مرات تقريبًا مقارنة بـ 1 كجم من الكيروسين. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أكسدة الألومنيوم ليس فقط عن طريق الأكسجين الحر، ولكن أيضًا عن طريق الأكسجين المرتبط، وهو جزء من الماء أو ثاني أكسيد الكربون. عندما "يحترق" الألومنيوم في الماء، يتم إطلاق 8800 كيلوجول لكل 1 كجم من المنتجات؛ وهذا أقل بمقدار 1.8 مرة من احتراق المعدن في الأكسجين النقي، ولكن 1.3 مرة أكثر من احتراقه في الهواء. وهذا يعني أنه بدلاً من المركبات الخطرة والمكلفة، يمكن استخدام الماء البسيط كمؤكسد لهذا الوقود. تم اقتراح فكرة استخدام الألومنيوم كوقود في عام 1924 من قبل العالم والمخترع المحلي إف إيه تساندر. ووفقا لخطته، من الممكن استخدام عناصر الألومنيوم للمركبة الفضائية كوقود إضافي. ولم يتم تنفيذ هذا المشروع الجريء عمليا بعد، لكن معظم أنواع الوقود الصاروخي الصلب المعروفة حاليا تحتوي على الألومنيوم المعدني على شكل مسحوق ناعم. يمكن أن تؤدي إضافة 15% من الألومنيوم إلى الوقود إلى زيادة درجة حرارة منتجات الاحتراق بألف درجة (من 2200 إلى 3200 كلفن)؛ كما يزيد بشكل ملحوظ معدل تدفق منتجات الاحتراق من فوهة المحرك - وهو مؤشر الطاقة الرئيسي الذي يحدد كفاءة وقود الصواريخ. وفي هذا الصدد، فإن الليثيوم والبريليوم والمغنيسيوم فقط هي القادرة على منافسة الألومنيوم، ولكن جميعها أغلى بكثير من الألومنيوم.

كما تستخدم مركبات الألومنيوم على نطاق واسع. أكسيد الألومنيوم هو مادة حرارية وكاشطة (صنفرة)، وهي مادة خام لإنتاج السيراميك. كما أنه يستخدم في صناعة مواد الليزر ومحامل الساعات وأحجار المجوهرات (الياقوت الاصطناعي). يعتبر أكسيد الألومنيوم المكلس مادة ماصة لتنقية الغازات والسوائل ومحفزًا لعدد من التفاعلات العضوية. كلوريد الألومنيوم اللامائي هو عامل محفز في التخليق العضوي (تفاعل فريدل كرافتس)، وهو المادة الأولية لإنتاج الألومنيوم عالي النقاء. تستخدم كبريتات الألومنيوم في تنقية المياه؛ يتفاعل مع بيكربونات الكالسيوم فهو يحتوي على:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca(HCO 3) 2 ® 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O، تشكل رقائق أكسيد-هيدروكسيد، والتي تترسب وتلتقط وتمتص أيضًا على السطح تلك الموجودة في الشوائب العالقة وحتى الكائنات الحية الدقيقة في الماء. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام كبريتات الألومنيوم كمادة لصبغ الأقمشة، ودباغة الجلود، وحفظ الأخشاب، وتحجيم الورق. ألومينات الكالسيوم هي أحد مكونات المواد الأسمنتية، بما في ذلك الأسمنت البورتلاندي. عقيق ألومنيوم الإيتريوم (YAG) YAlO 3 هو مادة ليزر. نيتريد الألومنيوم هو مادة حرارية للأفران الكهربائية. الزيوليتات الاصطناعية (التي تنتمي إلى سيليكات الألومنيوم) هي مواد ماصة في التحليل اللوني والمحفزات. مركبات الألومنيوم العضوية (على سبيل المثال، ثلاثي إيثيل الألومنيوم) هي مكونات محفزات زيجلر-ناتا، والتي تستخدم لتخليق البوليمرات، بما في ذلك المطاط الصناعي عالي الجودة.

ايليا لينسون

الأدب:

تيخونوف ف.ن. الكيمياء التحليلية للألمنيوم. م.، العلوم، 1971
المكتبة الشعبية للعناصر الكيميائية. م.، العلوم، 1983
كريج إن سي. تشارلز مارتن هول ومعدنه. J.Chem.Educ. 1986، المجلد. 63، رقم 7
كومار ف.، ميليوسكي إل. قاعة تشارلز مارتن وثورة الألومنيوم الكبرى. J.Chem.Educ.، 1987، المجلد. 64، رقم 8