الألمنيوم

موضوع: الألمنيوم الإثنين أكتوبر 06, 2008 7:12 pm

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

* الألومنيوم:
- هو من أكثر المعادن تواجداً على سطح الكرة الأرضية في الهواء والماء والتربة.

ومن خواصه خفة الوزن، غير ممغنط، يشبه الفضة في اللون، جيد التوصيل للحرارة والكهرباء.

ولا يستخدم بمفرده وإنما يضاف إليه معادن أخرى لكي تحسن من خواصه. 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.

* كيف يدخل الألومنيوم جسم الإنسان؟

- من الأطعمة التي نأكلها وتطبخ في الأواني المصنعة منه والتي تتلوث به.

- إضافات الأطعمة والتي تحتوي على مركبات الألومنيوم ومنها التي تتألف من الثلاثة معادن التالية: فوسفات- ألومنيوم- صوديوم.

- من العقاقير المضادة للحموضة حيث تحتوي على هيدروكسيد الألومنيوم.

- الهواء الذي نتنفسه، لأن الهواء الملوث وغير الملوث كلاهما يتواجد به الألومنيوم وإن كان الثاني الكمية التي يحتوي عليها قليلة ومحدودة للغاية.

- الماء الذي نشربه يحتوي على مركبات الألومنيوم (هيدروكسيد الألومنيوم- كبريتات الألومنيوم) التي تستخدم أثناء تنقية المياه ومعالجتها من أية شوائب.

* وعن امتصاص الجسم له، يتوقف على عوامل عديدة مثل:

- نوع مركبات الألومنيوم.

- السن والمرحلة العمرية للشخص.

- نوعية الأطعمة.

- الحالة الصحية التي يتمتع بها الفرد.

وهذا المعدن غير ضار بجسم الإنسان إذا تم امتصاصه بكميات محدودة وصغيرة مثل المعادن الأخرى الثقيلة (الزئبق- الرصاص- الكادميوم) ... فلا ينبغي أن يتزايد كمياته أو أي من هذه المعادن في جسم الإنسان إلى الدرجة التي لا يمكن التخلص منها وطردها خارج الجسم لأنها سموم وتساعد على إلحاق الضرر به.

* الأمراض والمخاطر المرتبطة بالألومنيوم:

- هناك آراء بأنه باستخدام مزيلات العرق والتي يدخل في غالبية أنواعها مركبات الألومنيوم، تعمل على منع الغدد الليمفية التي توجد بجانب الثدي عن إفراز السموم التي تترجم في صورة عرق مما يؤدي إلى حدوث الأورام السرطانية به، لكنه لا توجد براهين أو دلائل تؤكد ذلك.

- أكدت الأبحاث عن إمكانية وجود علاقة بين الألومنيوم والإصابة بالأمراض التالية والتي منها على سبيل الحصر لا القصر:

1- مرض النسيان (الزهايمر)، الأشخاص الذين يعانون من هذا المرض لديهم نسب عالية من الألومنيوم في المخ.

2- العته أو اختلال العقل هو ثاني الأمراض التي تتصل بهذا المعدن وخاصة عند المرضى التي تقوم بالغسيل الكلوي لأنها تتعرض لكميات كبيرة منه في سوائل الغسيل وفي الأدوية أيضاً.

3- الشلل الرعاش وهو مرض متصل بالأعصاب ويحدث فيها عند التعرض لكميات كبيرة من هذا المعدن.

مثله في ذلك معظم الفلزات نافع جداً
وهو يوجد في صخر البوكسيت
وصخر البوكسيت عبارة عن خامة الألمنيوم تحتوي على الأكسجين
ولذلك يلزم التخلص من الأكسجين حتى نحصل على الألمنيوم بصورة نقية
ولكن الأكسجين والألمنيوم يرتبطان مع بعضهما البعض بقوة يصعب التغلب عليها بطرق الصهر العادية التي تستخدم مع الفلزات الأخرى
ولذلك فإن أفضل الطرق لفصل الأكسجين عن الألمنيوم هو إمرار تيار كهربائي خلالهما وهذه العملية تسمى التحليل الكهربائي .

يتم أولاً إزالة الرمل والصخور من خامة الألمنيوم فنحصل على مسحوق أبيض يسمى أكسيد الألمنيوم الذي يتكون من ذرات الألمنيوم متحدة مع ذرات الأكسجين ويذاب المسحوق في صهريج به كيميائيات ويسخن لدرجة حرارة 950 درجة سلسيوس مئوي عندئذ ينصهر أكسيد الألمنيوم ويتحول إلى سائل.

قدرة التحليل الكهربائي

يغمس قضيبان مصنوعان من الكربون داخل أكسيد الألمنيوم المنصهر .ويمرر تيار كهربائي خلال هذا السائل المنصهر حيث يدخل من أحد القضيبين وبخرج عن طريق الكربون المبطن للصهريج .عندما يحدث ذلك فإن التيار يفكك أكسيد الألمنيوم المنصهر إلى عنصر الألمنيوم وعنصر الأكسجين ويهبط فلز الألمنيوم المنصهر إلى قاع الصهريج بينما تتصاعد فقاقيع غاز الأكسجين حول قضبان الكربون الموجبة . بعد ذلك يسحب الألمنيوم المنصهر النقي إلى بوتقة ثم يصب في قوالب ويترك ليبرد. يتصلب الألمنيوم البارد إلى كتل تعرف باسم التماسيح أو كتل الصب.

لعدد الذري : 13

الكتلة الذرية : 26.981539

درجة الإنصهار : 660.37 درجة مئوية

درجة الغليان : 2467.0درجة مئوية

الكثافه : 2.702 جم/سم3

عدد الأكسدة : +3

التوزيع الألكتروني : 3s2.3p1

تاريخ الألمنيوم ووجودة في الطبيعة

اصل التسمية ترجع الى الكلمة اليونانية alumen . وقد اكتشف الألمنيوم عام 1825م بواسطة العالم هانز كريستيم اورستيد وظل حتى نهاية القرن التاسع عشر شيئاً غريباً غالياً , يستخدم لصناعة الحلي . بالرغم من انه اكثر الفلزات وثالث العناصر شيوعاً في القشرة الأرضية بعد الأكسجين والسيليكون إذ يدخل في تكوين معظم انواع الصخور والطمي .

ويوجد في الطبيعة على عدة اشكال اهمها سيليكات الألمنيوم Al2 (SiO3)3 والبوكسايتAl2O3.XH2O والكريوليت Na3AlF6 .
لم يبدأ استخدام الألمنيوم على نطاق واسع الابعد مطلع القرن العشرين بعد ان تبين ان سبائكة مع فلزات اخرى لها نفس قوة الصلب بثلث الوزن تقريباً, واصبح الألمنيوم يحتل المركز الثاني في الإستخدامات بين الفلزات بعد الحديد واهم الخصائص التي اوصلتة الى هذا المركز هي خفة وزنة , فوزنه النوعي 2.75(الوزن النوعي للحديد يتراوح بين 7,3الى 7,9 والنحاس 8,95 ) .

استخلاص الألمنيوم

كان الألمنيوم حتى عام 1866يحضر باختزال الاوكسيد بالصوديوم .

x 6Na +Al2 O3 --------> 2Al +3Na2O

ونظراً لارتفاع تكاليف الصوديوم وخطورة استخدامة , كان لابد من ايجاد طريقة اقل تكلفة واقل خطراً .
ففي عام 1886توصل كلاً من بول هيرولت وشارل هول "دون اتصال بينهما" الى استخلاص الألمنيوم بالتحليل الكهربي للبوكسايت Al2O3 النقي في مصهور الكريوليت Na3AlF6 عند درجة 1000درجة مئوية .
حيث يستخدم وعاء من حديد الصلب مبطن بالجرافيت قطباً سالباً ,بينما يكون القطب الموجب من قضبان كبيرة من الجرافيت تتدلى داخل مصهور Al2O3 _ Na3AlF6) ( ويتكون الألمنيوم النقي على القطب السالب ويهبط الى القعر ويسحب من مخرج خاص .

2Al2 O3 -----------> 4Al + 3O2

اهم تفاعلات الألمنيوم

1- يحترق الألمنيوم إذا سخن في الهواء خاصة إذا كان مسحوقاً , وقد وجد ان مخلوطاً من دقائق الألمنيوم والهواء قابل للانفجار . واحد اسباب ذلك ان تفاعلة مع الأكسجين يولد كمية كبيرة من الحرارة :

حرارة + x2Al + 3 O2 -----> 2Al2O3

2- يتفاعل مع الهالوجينات :

x 2Al + 3X2 -------> 2AlX3

3- يتفاعل مع حامض الهيدروكلوريك :

x 2Al + 6HCl ------> 2AlCl3 + 3H2

4- يتفاعل مع محلول هيدروكسيد الصوديوم المائي :

x 2Al + 6NaOH --------> x 2Na3AlO3 + 3H2

خواصه

يعتبر من اوفر الفلزات في القشرة الأرضية ولا يفوقة من العناصر الإ السيليكون والأكسجين .
لايوجد الألمنيوم بشكل حر وإنما على هيئة مركبات .
الالمنيوم فلز فضي اللون ,لين نوعاً ما , لكنة يكتسب صلابة بسبكة مع معادن اخرى كالمغنيسيوم, يمتاز بالمتانة والخفة .

- كثافتة منخفضة .
- قابل للطرق والسحب .
- موصل جيد للحرارة والكهرباء .
- عنصر نشط .
- لايتآكل في الجو بسبب تكون طبقة واقية من اكسيدة عند تعرضة للجو .
- عنصر متردد لتفاعلة مع الاحماض والقواعد

بعض استخداماته

نظراً لكثافتة القليلة ومتانتة فإنة يستخدم في الأغراض التي تتطلب متانة وخفة في الوقت نفسة كصناعة الطائرات واستكمال بناء السفن,ونوافذ وابواب المساكن .

تحضير الألمنيوم النقي

الألمنيوم مثله في ذلك معظم الفلزات نافع جداً وهو يوجد في صخر البوكسيت وصخر البوكسيت عبارة عن خامة الألمنيوم تحتوي على الأكسجين ولذلك يلزم التخلص من الأكسجين حتى نحصل على الألمنيوم بصورة نقية ولكن الأكسجين والألمنيوم يرتبطان مع بعضهما البعض بقوة يصعب التغلب عليها بطرق الصهر العادية التي تستخدم مع الفلزات الأخرى ولذلك فإن أفضل الطرق لفصل الأكسجين عن الألمنيوم هو إمرار تيار كهربائي خلالهما وهذه العملية تسمى التحليل الكهربائي .

يتم أولاً إزالة الرمل والصخور من خامة الألمنيوم فنحصل على مسحوق أبيض يسمى أكسيد الألمنيوم الذي يتكون من ذرات الألمنيوم متحدة مع ذرات الأكسجين ويذاب المسحوق في صهريج به كيميائيات ويسخن لدرجة حرارة 950 درجة سلسيوس مئوي عندئذ ينصهر أكسيد الألمنيوم ويتحول إلى سائل.

قدرة التحليل الكهربائي

يغمس قضيبان مصنوعان من الكربون داخل أكسيد الألمنيوم المنصهر .ويمرر تيار كهربائي خلال هذا السائل المنصهر حيث يدخل من أحد القضيبين وبخرج عن طريق الكربون المبطن للصهريج .عندما يحدث ذلك فإن التيار يفكك أكسيد الألمنيوم المنصهر إلى عنصر الألمنيوم وعنصر الأكسجين ويهبط فلز الألمنيوم المنصهر إلى قاع الصهريج بينما تتصاعد فقاقيع غاز الأكسجين حول قضبان الكربون الموجبة . بعد ذلك يسحب الألمنيوم المنصهر النقي إلى بوتقة ثم يصب في قوالب ويترك ليبرد. يتصلب الألمنيوم البارد إلى كتل تعرف باسم التماسيح أو كتل الصب.

نشاهد استعمالات مختلفة ومتعددة للألمنيوم, من علب المشروبات الخفيفة وإطارات الأبواب والنوافذ إلى استعماله كوقود لدفع صواريخ المكوك الفضائي.

************************************************** ***********************

يعد الألمنيوم أكثر العناصر انتشارا في القشرة الأرضية ويوجد في الطبيعة بأشكال صخرية مختلفة. لكن أهمها البوكسيت ( Bauxite ) وتعتمد طريقة الاستخلاص على التحليل الكهربائي للمركب, التي تستهلك كمية كبيرة من الطاقة – من الطريف أن نعرف انه حتى عام 1886 م كان الألمنيوم أغلى ثمنا من الفضة والذهب, فلقد استعمله إمبراطور فرنسا نابليون الثالث ( 1808 – 1873 م ) كصفائح لعمل تماثيل ومجسمات كهدايا ثمينة لضيوفه. لكن ألان يستعمل الألمنيوم كرقائق من اجل التسخين في مطبخ المنزل!!

استخلاص الألمنيوم
يستخلص الألمنيوم النقي من خام البوكسيت ( Bauxite ) وهو عبارة عن أكسيد الألمنيوم المختلط مع شوائب أخري. تم الاستخلاص بطريقة صناعة تسمى طريقة بار (Bayer) . وتبدأ بخلط البوكسيت مع الصودا الكاوية بتأثير ضغط وحرارة كبيرين, وينتج هذا الخلط مادة شبيهه ببلورات السكر وهى عبارة عن أكسيد الألمنيوم النقي.ثم تضاف الكربولايت(cryolit) وتتركب من فلوريد الصوديوم وفلوريد الألمنيوم بخفض درجة الانصهار.أخيرا يستخدم التحليل الكهربائي لفصل الألمنيوم عن الأكسجين للحصول على الألمنيوم النقي.

زائر

شكرا على طرح الموضوع أستفدت منه كثيرا في بحثي
وأن شاء الله يعجب الكتور البحث Smile