الألومنيوم هو عنصر معدني يمثله الرمز "Al" في الجدول الدوري وهو ثالث أكثر العناصر شيوعاً في القشرة الأرضية: 8% من القشرة الأرضية تحتوي على الألومنيوم في مركبات مختلفة. هناك العديد خصائص الألومنيوم مما يجعله معدنًا يستخدم على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم.
سنخبرك في هذه المقالة ما هي خصائص الألومنيوم وأهميته وغير ذلك الكثير.
بعض التاريخ
تم عزل الألمنيوم لأول مرة في تم اكتشافه عام 1825 على يد الفيزيائي الدنماركي إتش سي أورستد، وهو اليوم، إلى جانب الحديد، المعدن الأكثر استخدامًا من قبل البشر.. ويوجد هذا العنصر أيضًا في معظم التكوينات الصخرية والكائنات الحية. ومع ذلك، في الطبيعة لا يوجد في حالته النقية، بل كجزء من العديد من السيليكات والمعادن.
نظرًا لوزنه الخفيف، وليونته الجيدة، وعمر الخدمة الطويل، ومقاومته للتآكل، فهو أحد أكثر المعادن فائدة والأكثر استخدامًا من قبل البشر في الصناعة. يتم استخدامه في مجموعة واسعة من السبائك لتصنيع عدد كبير من الأواني والحاويات، وكذلك قطع غيار الآلات المختلفة.
خصائص الألومنيوم
وهذه بعض خصائص الألومنيوم التي تجعله مشهورًا ومستخدمًا في جميع أنحاء العالم:
- خفة: يُعرف الألومنيوم بكونه خفيف الوزن للغاية. تبلغ كثافتها حوالي ثلث كثافة الفولاذ، مما يجعلها مادة مثالية للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية وكتلة منخفضة، مثل صناعة الطيران وتصنيع المركبات. علاوة على ذلك، فإن خفتها وقوتها تجعلها بديلاً فعالاً للمواد الأخرى في العديد من التطبيقات.
- الموصلية الكهربائية والحرارية جيدة:الألومنيوم موصل ممتاز للكهرباء والحرارة. وهذا يجعلها ذات قيمة في التطبيقات التي تتطلب نقلًا فعالًا للطاقة الكهربائية أو تبديد الحرارة، مثل الكابلات الكهربائية والمكونات الإلكترونية، حيث تكون الموصلية أمرًا بالغ الأهمية.
- المقاومة للتآكل: يحتوي الألومنيوم على طبقة أكسيد طبيعية على سطحه تحميه من التآكل. تمنح هذه الطبقة الرقيقة القادرة على الشفاء الذاتي مقاومة ممتازة للتآكل، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات في البيئات الرطبة أو المسببة للتآكل، وهي ميزة مهمة في البناء والصناعات المختلفة.
- المرونة وسهولة التشكيلالألومنيوم قابل للطرق ويمكن تشكيله إلى مجموعة متنوعة من الأشكال من خلال عمليات الدرفلة والبثق والتزوير. وهذا يجعلها مادة متعددة الاستخدامات لتصنيع الأجزاء والمكونات المخصصة، وهي مثالية لتلبية احتياجات الصناعات المختلفة.
- إعادة التدوير: الألومنيوم قابل لإعادة التدوير بدرجة كبيرة. يمكن إذابته وإعادة تدويره بشكل متكرر دون أن يفقد خصائصه الأساسية، مما يجعله مادة مستدامة وصديقة للبيئة. في الواقع، إعادة تدوير الألومنيوم هي عملية تستهلك طاقة أقل بكثير من إنتاج الألومنيوم الأولي.
- المظهر الجمالي : يتميز الألومنيوم بلمسة نهائية فضية لامعة وجذابة تجعله شائعًا في التطبيقات الجمالية مثل التغليف وإطارات النوافذ والعناصر الزخرفية. كما أن استخدامه في الهندسة المعمارية والتصميم يبرز جماله ووظيفته.
- مقاومة درجات الحرارة المنخفضة: على عكس بعض المواد التي تصبح هشة في درجات الحرارة المنخفضة، يحتفظ الألومنيوم بقوته وقابليته للطرق حتى في درجات الحرارة المنخفضة للغاية، مما يجعله مفيدًا في التطبيقات المبردة حيث تكون الاستقرار مطلوبًا في ظل الظروف القاسية.
استخدامات الألمنيوم
العملية الأكثر شيوعًا للحصول على الألومنيوم هي من البوكسيت، وهو معدن متوفر بكثرة على الأرض. وتتطلب هذه العملية كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية، مما يعني أنها عملية مكلفة، ولكن النتيجة هي مادة مفيدة ذات عمر طويل (مقاومة للتآكل) وتكاليف إعادة تدوير منخفضة للغاية. كل هذا يساعد على الحصول عليه سعر مستقر ويصبح عنصرا اقتصاديا.
يعد الألومنيوم عنصرًا أساسيًا ومتعدد الاستخدامات في العديد من الصناعات البشرية، مع تطبيقات لا حصر لها. من تصنيع الأجزاء المعدنية والمكونات الميكانيكية، سواء في شكلها النقي أو في السبائك (خاصة تلك التي تساهم في تصلبها)، إلى إنتاج المرايا والحاويات المختلفة والصفائح الألومنيوم والأشكال الرباعية السطوح والتلسكوبات والمكونات الملحومة. فلا عجب أنه يستخدم على نطاق واسع في البناء والنقل والإلكترونيات.
كان الألمنيوم موجودًا عبر تاريخ البشرية على شكل ملح ويستخدم في الطب والتنظيف الجاف. لكنه لم يظهر كعنصر نقي حتى عام 1825، عندما تمكن الفيزيائي الدنماركي إتش سي أورستد من الحصول على بعض العينات غير النقية من خلال التحليل الكهربائي. وبعد ذلك بعامين، حصل فريدريش فولر على أول عينة نقية.
كان يعتبر في البداية معدنًا ثمينًا وتم عرضه مع مجوهرات التاج الفرنسي في عام 1855، لكنه كان يعتبر من المعادن الثمينةاستخدامه على نطاق واسع وتكلفته المنخفضة جعله معدنًا شائعًا.
خصائص أخرى للألمنيوم: التفاعل وإعادة التدوير والسمية
الألومنيوم شديد التفاعل، على الرغم من أنه يقاوم التآكل من خلال طبقة من أكسيد الألومنيوم (Al2O3) التي تتشكل حوله في وجود الأكسجين وتحمي باقي المعدن من التآكل. يمكن تخفيفه بسهولة بحمض الهيدروكلوريك (أو هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) ومجموعة متنوعة من الأحماض والقواعد.
يمكن إعادة تدوير الألومنيوم بشكل مثالي دون تغيير خصائصه الفيزيائية، مما يوفر مزايا اقتصادية كبيرة مقارنة بالمعادن الأخرى. كما أن استهلاك الطاقة اللازمة لهذه العملية صغير جدًا. (5% فقط من عملية الإنتاج الأصلية). يسمى هذا الألمنيوم المعاد تشكيله "الألومنيوم الثانوي".
نظرًا لأن الألومنيوم معدن ناعم وليس مقاومًا جدًا للجر الميكانيكي، فإن له العديد من الاستخدامات ولكن لا يوصى به كمادة هيكلية. وبهذا المعنى، عادة ما يتم خلطه مع معادن أخرى للمساعدة في تصليبه، مثل المغنيسيوم والمنغنيز والنحاس والزنك والسيليكون، وأحيانًا مع التيتانيوم والكروم.
يتم تحديد سبائك الألومنيوم حسب السلسلة:
- سلسلة 1000. نقية تقريبا. حوالي 99% منها عبارة عن ألومنيوم.
- سلسلة 2000. سبائك النحاس.
- السلسلة 3000. سبائك تحتوي على المنغنيز.
- السلسلة 4000. سبائك تحتوي على السيليكون.
- سلسلة 5000. سبائك المغنيسيوم.
- السلسلة 6000. سبائك المغنيسيوم والسيليكون.
- سلسلة 7000. سبائك الزنك.
- السلسلة 8000. سبائك مع عناصر معدنية وغير معدنية أخرى.
وعلى عكس ما كان يُعتقد منذ عقود، فإن الألومنيوم ليس ضارًا بالبشر. وهو أقل سمية بسبب الألومنيوم يتم امتصاص النظام الغذائي بكميات صغيرة من خلال الأمعاء. ومع ذلك، فإن استنشاق غبار الألومنيوم أو الأطعمة المشبعة بالعنصر يمكن أن يسبب تلف الكبد والكلى، أو أعراض عصبية سامة، والتي ينبغي أخذها في الاعتبار عند تقييم استخدامات الألومنيوم في تطبيقات مختلفة.
كما تم ربط المستويات المرتفعة من الألومنيوم ببداية مرض الزهايمر.
