آلومینیوم (Al) ، یک فلز سفید نقره ای سبک وزن از گروه 13 اصلی (IIIa یا گروه بور ) جدول تناوبی است. یک واقعیت شگفت‌انگیز در مورد آلومینیوم این است که گسترده‌ترین فلز روی زمین است و بیش از 8 درصد از جرم هسته زمین را تشکیل می‌دهد. همچنین سومین عنصر شیمیایی رایج در سیاره ما پس از اکسیژن و سیلیکون است. الومینیوم به دلیل فعالیت شیمیایی آن هرگز به شکل فلزی در طبیعت وجود ندارد، اما ترکیبات آن تقریباً در تمام سنگ‌ها ، پوشش گیاهی و جانوران کم و بیش وجود دارد . در 16 کیلومتری بیرونی پوسته زمین متمرکز شده است. نام آلومینیوم از کلمه لاتین alumen گرفته شده است.
به دلیل اینکه به راحتی با سایر عناصر متصل می شود، بصورت خالص در طبیعت وجود ندارد. به طور رسمی این فلز برای اولین بار در سال 1824 تولید شد و پنجاه سال دیگر طول کشید تا مردم یاد بگیرند که آن را در مقیاس صنعتی تولید کنند.
رایج ترین شکل آلومینیوم موجود در طبیعت سولفات های آن هستند. اینها مواد معدنی هستند که دو اسید سولفوریک را ترکیب می کنند: یکی بر اساس یک فلز قلیایی (لیتیوم، سدیم، پتاسیم روبیدیم یا سزیم) و دیگری بر اساس فلزی از گروه سوم جدول تناوبی، در درجه اول آلومینیوم.
سولفات های آلومینیوم تا به امروز برای تمیز کردن آب، برای پخت و پز، در پزشکی، در آرایشی و بهداشتی، در صنایع شیمیایی و در بخش های دیگر استفاده می شود. به هر حال، آلومینوم نام خود را از سولفات های آلومینیوم گرفته است که در لاتین آلومن نامیده می شود.
آلومینیوم چیست؟
سبک، بادوام و کاربردی: اینها ویژگی هایی است که آلومینیوم را به یکی از مواد مهندسی کلیدی زمان ما تبدیل می کند. ما می‌توانیم آلومینیوم را در خانه‌هایی که در آن زندگی می‌کنیم، درب و پنجره های الومینیومی ساختمان ها و در اتومبیل‌هایی که رانندگی می‌کنیم، در قطارها و هواپیماهایی که ما را در مسافت‌های طولانی می‌برند، در تلفن‌های همراه و رایانه‌هایی که روزانه استفاده می‌کنیم، در قفسه‌های داخل یخچال‌هایمان و در وسایل مدرن پیدا کنیم.
ویژگی های عنصر aluminium
عدد اتمی 13
وزن اتمی 26.9815384
نقطه ذوب 660 درجه سانتیگراد (1220 درجه فارنهایت)
نقطه جوش 2467 درجه سانتیگراد (4473 درجه فارنهایت)
وزن مخصوص 2.70 (در 20 درجه سانتیگراد [68 درجه فارنهایت])
ظرفیت 3
ساختار الکترونی 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 1
تاریخچه الومینیوم
آلومینیوم در سنگهای آذرین عمدتاً به صورت آلومینوسیلیکاتها در فلدسپاتها ، فلدسپاتوئیدها و میکاها وجود دارد . در خاک به دست آمده از آنها به عنوان خاک رس; و پس از هوازدگی بیشتر به عنوان بوکسیت و لاتریت غنی از آهن . بوکسیت، مخلوطی از اکسیدهای آلومینیوم هیدراته، سنگ معدن اصلی آلومینیوم است. اکسید آلمینیوم کریستالی ( مری ، کوراندوم ) که در چند سنگ آذرین وجود دارد، به عنوان یک ساینده طبیعی یا در انواع ریزتر آن به صورت یاقوت سرخ و یاقوت کبود استخراج می شود . این فلز در سایر سنگ های قیمتی مانند توپاز ، گارنت وجود داردو کریزوبریل . از بسیاری از کانی های آلومینیومی دیگر، آلونیت و کرایولیت اهمیت تجاری دارند.
قبل از 5000 سال قبل از میلاد، مردم بین النهرین سفال های ظریفی از خاک رس می ساختند که عمدتاً از ترکیب آلومینیوم تشکیل شده بود و تقریباً 4000 سال پیش مصری ها و بابلی ها از ترکیبات آن در مواد شیمیایی و دارویی مختلف استفاده می کردند. پلینی به آلومن اطلاق می شود که اکنون به نام آلوم شناخته می شود، ترکیبی از آلومینیوم که به طور گسترده در دنیای باستان و قرون وسطی برای تثبیت رنگ در منسوجات استفاده می شود. در نیمه دوم قرن هجدهم، شیمیدانانی مانند آنتوان لاووازیه آلومینا را به عنوان منبع بالقوه یک فلز تشخیص دادند.
آلومینیوم خام (1825) توسط فیزیکدان دانمارکی جدا شد با کاهش کلرید آلومینیوم با آمالگام پتاسیم . شیمیدان انگلیسیسر همفری دیوی (1809) با الکترولیز آلومینا ذوب شده (اکسید آلومینیوم ) یک آلیاژ آهن- آلومینیوم تهیه کرده بود. شیمیدان آلمانیفریدریش ویلر با استفاده از فلز پتاسیم به عنوان عامل کاهنده، پودر آلومینیوم (1827) و گلوله‌های کوچکی از این فلز (1845) تولید کرد که از آنها توانست برخی از خواص آن را تعیین کند.
این فلز جدید در نمایشگاه پاریس (1855) تقریباً در زمانی که با احیای سدیم کلرید آلومینیوم مذاب از طریق فرآیند Deville در دسترس قرار گرفت (در مقادیر کم با هزینه زیاد) به عموم معرفی شد . زمانی که برق تقریباً به طور نسبتاً فراوان و ارزان شدچارلز مارتین هال در ایالات متحده وPaul-Louis-Toussaint Héroult در فرانسه (1886) روش مدرن تولید تجاری آلومینیوم را کشف کرد: الکترولیز آلومینا خالص (Al 2 O 3 ) محلول در کرایولیت مذاب (Na 3 AlF 6 ). در طول دهه 1960، این فلز در تولید جهانی فلزات غیرآهنی ، پیش از مس ، به جایگاه اول رسید .
خواص آلومینیوم
آلومینیوم ترکیبی نادر از خواص ارزشمند را ارائه می دهد. این یکی از سبک ترین فلزات در جهان است: تقریباً سه برابر سبک تر از آهن است، اما همچنین بسیار قوی، بسیار انعطاف پذیر و مقاوم در برابر خوردگی است زیرا سطح آن همیشه با یک لایه بسیار نازک و در عین حال بسیار قوی از فیلم اکسید پوشیده شده است. مغناطیس نمی شود، یک رسانای الکتریسیته عالی است و عملاً با تمام فلزات دیگر آلیاژ می سازد.
سبک وزن
سه برابر سبکتر از آهن
بادوام
تقریباً به اندازه فولاد
هادی
رسانای قوی
مقاوم در برابر خوردگی
به دلیل لایه سطحی نازک اکسید آلومینیوم
آلومینیوم را می توان به راحتی با استفاده از فشار هم در زمان گرم و هم در زمان سرد پردازش کرد. می توان آن را نورد، کشید و مهر زد. این فلز آتش نمی گیرد، نیاز به رنگ خاصی ندارد و برخلاف پلاستیک ها سمی نیست. همچنین بسیار انعطاف پذیر است، بنابراین می توان از آن ورق هایی با ضخامت تنها 4 میکرون و همچنین سیم نازک اضافی ساخت. فویل بسیار نازکی که از آلمینیوم ساخته می شود سه برابر نازکتر از موی انسان است. علاوه بر این، نسبت به سایر فلزات و مواد مقرون به صرفه تر است.
از آنجایی که آلمینوم به راحتی با سایر عناصر شیمیایی ترکیب می‌کند، تنوع زیادی از آلیاژهای آلومینیوم ایجاد شده است. حتی مقدار بسیار کمی از مواد افزودنی می تواند خواص فلز را به شدت تغییر دهد و امکان استفاده از آن را در مناطق جدید فراهم کند. به عنوان مثال، در زندگی معمولی می‌توانید آلومینیوم مخلوط شده با سیلیکون و منیزیم را به معنای واقعی کلمه در جاده‌ها پیدا کنید، یعنی در چرخ‌های آلیاژی آلومینیومی، در موتورها، شاسی و سایر بخش‌های خودروهای مدرن. در مورد آلیاژ آلومینیوم روی، این احتمال وجود دارد که در حال حاضر آن را در دستان خود بگیرید زیرا این آلیاژ است که به طور گسترده در تولید تلفن های همراه و رایانه های شخصی تبلت استفاده می شود. در این میان، دانشمندان به توسعه آلیاژهای آلومینیوم جدید ادامه می دهند.
ساخت و ساز مدرن، خودروسازی، هوانوردی، انرژی، غذا و سایر صنایع بدون آلومینیوم غیرممکن خواهد بود. علاوه بر این، به نماد پیشرفت تبدیل شده است: تمام دستگاه ها و وسایل نقلیه پیشرفته از الومینیوم ساخته شده اند.
موارد استفاده و ویژگی فلز آلمینیوم
آلومینیوم به فلزات خاصی اضافه می شود تا خواص آنها برای مصارف خاص بهبود یابد، مانند آلومینیوم برنز و بیشتر آلیاژهای پایه منیزیم . یا برای پایه آلومینیومی آلیاژها ، مقادیر متوسطی از فلزات دیگر و سیلیکون به آلومینیوم اضافه می شود. این فلز و آلیاژهای آن به طور گسترده برای ساخت هواپیما، مصالح ساختمانی، محصولات بادوام مصرفی (یخچال، تهویه مطبوع، ظروف پخت و پز)، هادی های الکتریکی و تجهیزات شیمیایی و فرآوری مواد غذایی استفاده می شود .
الومینیوم خالص (99.996 درصد) کاملاً نرم و ضعیف است. تجاری این فلز (99 تا 99.6 درصد خالص) با مقادیر کمی سیلیکون و آهن سخت و محکم است. انعطاف پذیر و بسیار چکش خوار و می توان به سیم کشیده یا در فویل نازک نورد کرد. چگالی این فلز فقط یک سوم به اندازه آهن یا مس است. اگرچه آلمینیوم از نظر شیمیایی فعال است، اما در برابر خوردگی بسیار مقاوم است، زیرا در هوا یک لایه اکسید سخت و سخت روی سطح آن تشکیل می شود.
فلز آلومینیوم رسانای عالی گرما و الکتریسیته است . هدایت حرارتی آن تقریباً نصف مس است. هدایت الکتریکی آن، حدود دو سوم است. در ساختار مکعبی وجه محور متبلور می شود. تمام الومینیوم طبیعی، ایزوتوپ پایدار آلومینیم-27 است. آلومینیوم فلزی و اکسید و هیدروکسید آن غیر سمی هستند.
این فلز به آرامی توسط اکثر اسیدهای رقیق مورد حمله قرار می گیرد و به سرعت در اسید هیدروکلریک غلیظ حل می شود . با این حال، اسید نیتریک غلیظ را می توان در خودروهای مخزن آلومینیومی حمل کرد زیرا فلز را غیرفعال می کند. حتی نوع بسیار خالص به شدت توسط مواد قلیایی مانند هیدروکسید سدیم و پتاسیم مورد حمله قرار می گیرد تا هیدروژن و یون آلومینات تولید کند . به دلیل تمایل زیادی که به اکسیژن دارد، آلومینیوم ریز تقسیم شده، اگر مشتعل شود، در مونوکسید کربن یا دی اکسید کربن با تشکیل اکسید آلومینیوم و کاربید می سوزد ، اما در دماهای تا حرارت قرمز، نسبت به گوگرد بی اثر است..
آلمینیوم را می توان در غلظت های کمتر از یک قسمت در میلیون با استفاده از طیف سنجی انتشار تشخیص داد . آلومینوم را می توان به صورت کمی به عنوان اکسید (فرمول Al 2 O 3 ) یا به عنوان یک مشتق از ترکیب نیتروژن آلی 8-hydroxyquinoline تجزیه و تحلیل کرد . این مشتق دارای فرمول مولکولی Al(C 9 H 6 ON) 3 است .
