الألومنيوم Aluminum
العنصر الثالث عشر في الجدول الدوري للعناصر
1 – تقديم :
الألومنيوم عنصر في الجدول الدوري رمزه Al وعدده الذري 13 لإحتواء نواته على 13 بروتون .
كتلته الذرية 27 غ / مول , وكثافته 2.70 غ / سم3 . ونقطة انصهاره 660 °م ، ونقطة غليانه 2519 °م ، مذبذب , صلادة موس 2.75 . وهو معدن لا مغنطيسي ذو لون أبيض فضي من مجموعة البورون . قابل للسحب والطرق كما يمكن تحويله إلى رقائق تستخدم في لف بعض أنواع الأغذية والحلوى . كما يمكن سحبه على شكل أسلاك أو تصنيعه في شكل علب . والألومنيوم لا يصدأ ، ويقاوم التآكل بفعل الظروف الجويَّة أو المواد الكيميائية . يمتاز الألومنيوم بمقاومته للتآكل وبخفة وزنه حيث يدخل في صناعة الطائرات والسيارات . ونظرا لناقليته الجيدة للكهرباء فتستعمل أسلاكه لنقل الطاقة الكهربائية
2 – الخواص :
الألومنيوم هو أحد المعادن القليلة التي تحافظ على انعكاسها الفضي الكامل عندما تكون بشكل مسحوق دقيق ، مما يجعله مكونا هاما جدا في الطلاءات الفضية . ولصفته المرجعة القوية يستعمل في قنبلة الثرميت الحارقة وقنابل النابلم . ومرآة الألومنيوم المقعرة ذات انعكاس عالي لأشعة الشمس لذا تستعمل كمصدر تجميع لطاقة الشمس الحرارية .
3 – النظائر :
للألومنيوم تسعة نظائر إنما يوجد له في الطبيعة نيظرين فقط هما Al27 (نظير ثابت) وله وفرة طبيعية مقدارها 99.9 % ، وAl26 ( نظير مشع )
4 – وجوده في الطبيعة :
لا يوجد الألومنيوم في الطبيعة بشكله النقي الحر، ويعود ذلك إلى إلفته القوية للأوكسجين، فيكون في الأكاسيد أو السيليكات . أكسيد الألومنيوم النقي والمعروف باسم الكوروند، هو أحد أقسى المواد المعروفة على الإطلاق . ومع أن الألومنيوم هو عنصر شائع ومنتشر وعلى نطاق واسع ، إلا أن إنتاجه الرئيسي هو فلز خام البوكسيت Al2O2 . التي توجد كميات كبيرة منه في أستراليا ، والبرازيل ، وغينيا ، وجامايكا , وغانا ، وأندونيسيا ، وروسيا .
إنتاج الألومنيوم :
بما أن الألومنيوم شديد الارتباط مع الأكسجين فمن غير الممكم فصله من خامة البوكسيت كما يتم بإرجاع أوكسيد الحديد بالكربون ، نظراً إلى الطاقة العالية اللازمة لإرجاع أكسيد الألومنيوم , ولأن الألومنيوم بحد ذاته عامل مرجع أكثر قوة من الكربون . لذلك فإن الألومنيوم لا يمكن الحصول إلّا بالتحليل الكهربائي حيث يحل أكسيد الألومنيوم في الكريوليت Na3AlF6 المنصهر( 1.000Oم ) ، ومن ثم يرجع إلى المعدن النقي .
أهم مركباته الكيميائية واستعمالاتها :
* اسيتات ( خلات ) الألومنيوم تستخدم في محلول كمادة قابضة .
* ألومنيوم بورو هيدريد Al(BH4)3 تستخدم كمادة مضافة لوقود الطائرات النفاثة .
* بورات الألومنيوم (Al2O3 B2O3) تستخدم في صناعة الزجاج والسيراميك .
* شب البوتاس أو مضاعف كبريتات الألمنيوم والبوتاسيوم صيغتهAl2(SO4)3,K2SO4, 24H2O هو بلورات بيضاء عديمة الرائحة ذات طعم قابض، يُحضر شب البوتاس من الألونيت alunite أو اللوسيت leucite، أو ببلورة محلول من كبريتات الألمنيوم وكبريتات البوتاسيوم . ويستعمل مرسخاً في الصباغة ، كما يستعمل في صنع الورق والدهانات والدباغة ، وتنقية المياه ، ومضافاً غذائياً ، ومسحوقاً للعجين (خميرة) ، ومادة قابضة ، ومقسياً إسمنتياً.
* فوسفات الألومنيوم AlPO4 تستخدم في صناعة الزجاج والسيراميك، وعجينة ومنتجات الورق، ومستحضرات التجميل ، والطلاءات ، والورنيشات وفي صناعة طبعة القالب في طب الأسنان.
* كبريتات الألومنيوم (Al2(SO4)3.18(H2O التي تستعمل في مجال معالجة المياه . وفي صناعة الورق. وفي إطفاء الحريق ، والمضافات الغذائية ، ودباغة الجلود .
* كلوريد الألومنيوم (AlCl3) المستعمل في تكرير النفط وانتاج المطاط الصناعي والبوليمرات وكعامل تصلب وضد التعرق . كما أنها وسيطة في إنتاج معدن الألومنيوم .
* هيدروكسيد الألومنيوم يستخدم : كمضاد للحموضة وتنقية المياه وصناعة الزجاج والسيراميك.
طريقة باير لتنقية البوكسيت للحصول عل الألمنيوم بشكل نقي :
يتم الحصول على الألمنيوم من البوكسيت، وهو أكسيد ألمنيوم مميَّه. يتكون البوكسيت من الألُمين (50- 60%) Al2O3 والسيليس (3- 5%) وأكسيد التيِتان (2- 4%) وأكسيد الحديد (20-30%) . لذا تعتمد طرائق تحضيره على استحصال الألُمين بدرجة نقاوة عالية ثم تحليله كهربائياً.
ولتنقية الألُمين وفق طريقة باير يُعالَج خام البوكسيت تحت ضغط مرتفع بمحلول الصود الكاوي (هيدروكسيد الصوديوم) المركّز الساخن فيذوب السيليس متحولاً إلى سيليكات، ويذوب أكسيد التيِتان متحولاً إلى التيتانات، وتذوب أكاسيد الألمنيوم متحولة إلى ألومينات Na3AlO3 أو NaAlO2 , ويترسب أكسيد الحديد Fe2O3 على شكل وحل أحمر.
يُفصل محلول ألومينات الصوديوم من الرواسب بالترشيح ويرسَّب الألُمين من الرشاحة بالتبريد وإمرار غاز ثاني أكسيد الكربون حيث يترسب هيدروكسيد الألمنيوم , يُفصل هيدروكسيد الألمنيوم من المحلول بالترشيح ويتم غسله جيداً بالماء ثم يكلَّس في أفران دوّارة تبلغ درجة الحرارة فيها نحو 1000مO للحصول على الألُمين النقي الجاف : 2Al(OH)3 = Al2O3+3H2Oالذي يُرجع مصهوره بالتحليل الكهربائي بطريقة هول ـ هيرو .