أولاً/ ما هو عنصر الألومنيوم؟ What is Aluminium element
– هو عنصر من عناصر الجدول الدوري ، العدد الذري له = 13 ، والعدد الكتلي = 27
– هو عبارة عن معدن لونه أبيض فضي خفيف، قابل للسحب والتصفيح ومقاوم للتآكل بسبب طبقته السطحية السميكة المكونة من أكسيد الألومنيوم التي تتشكل عند تعرض المعدن للهواء.
– في الحالة النقية يكون طرياً وغير متين، لكن عند احتوائه على كميات قليلة جدا من معادن أخرى ترتفع متانته.
– عنصر ناقل جيد للحرارة والكهرباء.
– الجدول التالي يوضح بعض الخواص العامة لهذا العنصر Al:
ثانياً/ اكتشاف الألومنيوم ووجوده في الطبيعة Discovery of Aluminium
– عُزل في حالة غير نقية عام 1825م على يد (Wohler)، وعزل في الحالة النقية من طرف Henri Sainte-Claire Deville)) سنة 1854م.
– اشتق أسمه من اللاتينية (Alumen) وتعنى كلمة (Alum) مر ، نظراً للذوق المر لحجر الشب (كبريتات مزدوجة لكل من الألومنيوم والبوتاسيوم).
– يعتبر(Al) من أوسع المعادن انتشاراً في الطبيعة، فهو يأتي في المرتبة الأولى من حيث سعة انتشار في القشرة الأرضية إذ يؤلف حوالي 7.5 % من وزن القشرة الأرضية، ويأتي في المرتبة الثالثة بين العناصر (بعد الأكسجين والسيليكون).
– لا يوجد (Al) حراً في الطبيعة لشدة إلفته القوية بالأكسجين مكوناً الأكاسيد.
– أهم خامات الألومنيوم:
الفلسبار K (AlSi3O8) الذي يؤلف حوالي 60% من الصخور البركانية.
الميكا KAl2(OH)2(ALSi3O10)
الغضار Al2O3.4Si2.H2O
الزيوليت Na(AlSi2O6)H2O
أكاسيد مميهة كالبوكسيت Al2O3.nH2O الذي يعتبر المصدر الأساسي للحصول على الألومنيوم.
ثالثاً/ تحضير عنصر الألومنيوم Preparation of Aluminium
يستحصل (Al) على نطاق واسع من البوكسيت بعد تنقيته من الشوائب ثم إذابة الأكسيد في الكريوليت ومن ثم تحليله كهربائيا، ينقى البوكسيت من السيليكا وأكاسيد Ti , Fe …. الخ بإذابته بمحلول ساخن من هيدروكسيد الصوديوم تحت الضغط، فيذوب Al2O3 و SiO2 ويترسب أكسيد الحديد والأكاسيد المعدنية الأخرى التي تفصل بالترشيح.
يرسب هيدروكسيد الألومنيوم من الرشاحة إما بإمرار غاز CO2:
أو بتبريد الرشاحة وتحريكها في درجة حرارة الغرفة مع إضافة بضع بلورات من Al(OH)3 النقي فتتفكك الألومينات:
يفصل الهيدروكسيد الراسب عن الرشاحة المحتوية على السيليكات ويغسل جيدا ثم يسخن إلى حوالي 1200 Co فينتج الأكسيد:
- يؤخذ الأكسيد إلى وعاء التحليل الكهربائي، ويذاب في مصهور الكريوليت Na3AlF6 المحتوي على قليل من CaF2 وذلك لتخفيض درجة انصهار الأكسيد إلى حوالي الدرجة 900Co.
- يتألف وعاء التحليل من وعاء حديدي مبطن بالكربون (مهبط) وقضبان من الكربون (مصعد) ، ويستخدم فرق في الكمون منخفض حتى لا يتحلل الكريوليت، وتيار كهربائي شديد ليبقي على الصهارة.
- يتحرر (Al) على المهبط ويبقى منصهراً ويتجمع في أسفل وعاء التحليل، ويؤخذ من فتحة جانبية،
- يكون (Al) الناتج بنقاوة 99.5 %. ينطلق الأكسجين على المصعد الكربوني ويتفاعل معه ليعطي CO2.
وضعت عدة فرضيات لعملية التحليل الكهربائي واحدى هذ الفرضيات تفترض التفكك التالي:
رابعاً/ الخواص الكيميائية لعنصر الألومنيوم Chemical properties of Aluminium
(1) تفاعل الألومنيوم مع الهواء والأكسجين
– (Al) غير قابل للتفاعل مع الأكسجين لوجود طبقة الأكسيد ولكن بإزالة هذ الطبقة يصبح نشيطاً كيميائياً وتتشكل عليه من جديد طبقة من الأكسيد.
– يحترق مسحوق (Al) بشدة مع انتشار كمية من الحرارة عند التقائه مع لهب مصباح بنزن مشكلاً أوكسيد الألومنيوم Al2O3.
(2) تفاعل الألومنيوم مع الماء Reaction between Aluminium and water
– لا يتفاعل (Al) مع الماء العادي بسبب طبقة الأكسيد السطحية والكتومة، ولكن المياه المالحة تزيل هذ الطبقة وبالتالي يستمر تآكل الألومنيوم فيها.
– أما الألومنيوم المسحوق فيتفاعل مع الماء البارد ببطء وبسرعة مع الماء الساخن.
(3) التفاعل مع أشباه المعادن Reaction between Aluminium and non-metals
يتفاعل (Al) مع جميع الهالوجينات مع انتشار كمية من الحرارة مشكلاً مركبات بالشكل AlX3 بتسخينه مع الكبريت والأزوت والكربون والكربون يشكل المركبات Al4C3 , AlN , Al2S3 على التوالي .
(4) تفاعل الألومنيوم مع الأحماض Reaction between Aluminium and acids
– يتفاعل (Al) ببطء مع حمض كلور الماء الممدد وبسرعة مع المركز والساخن مطلقاً غاز الهيدروجين:
– أما حمض الكبريت المركز والسا خن فيتفاعل معه بعنف وفق التفاعل التالي:
– لا يتأثر (Al) بحمض الآزوت ويصبح غير فعال بسبب طبقة الأكسيد، ولكن بإزالة هذه الطبقة يمكن أن يستمر التفاعل بالتسخين وتتشكل نترات الألومنيوم وتنطلق الغازات وذلك حسب نوعية الحمض ممددا كان أو مركزاً.
(5) تفاعل الألومنيوم مع القواعد basesReaction between Aluminium and
يتفاعل (Al) بسهولة مع الأسس القوية وينطلق غاز الهيدروجين ويتشكل مركب ألومينات الصوديوم:
(6) الخواص الاختزالية للألومنيوم
– يعتبر (Al) من العوامل المرجعة القوية، فهو يصنف مع المعادن الشديدة الكهرواجابية، ويستطيع بالتسخين أن يرجع كلاً من CO و CO2 إلى C
– كما يستطيع إرجاع كثير من الهاليدات مثل PCl5 , ASCl3 إلى العنصر الحر. ويرجع الأكاسيد المعدنية إلى المعدن الحر كذلك ، وتستخدم هذ الخاصية لتحضير كثير من المعادن مثل: Fe , Cr , Mn , ….
– ويرجع الكبريتيدات المعدنية إلى المعدن:
– ترافق تفاعلات إرجاع الأكاسيد والكبريتيدات بانتشار كمية كبيرة من الحرارة، وقد تصل درجة حرارة التفاعل إلى حوالي 3000 Co
خامساً/ استخدامات عنصر الألومنيوم Uses of Aluminium
(1) لا يتمتع الألومنيوم بقوة شد عالية، غير أن معالجة سبائك الألومنيوم بعملية حرارية ميكانيكية تظهر تحسناً ملحوظاً في الخصائص الميكانيكية، خاصة عندما تتم سقايتها.
- تشكل خلائط هذا المعدن مكونات حساسة في الطائرات والصواريخ وذلك بسبب نسبها العالية بين القوة والوزن.
- يشكل الألومنيوم بسهولة مع كثير من العناصر مثل النحاس والزن والمغنيزيوم والسيليكون.
(2) استعمل الألومنيوم في البناء (الشبابيك والأبواب والجدران وأسلاك الأبنية) عام 1895م
(3) يستخدم في النقل (السيارات والطائرات والقطارات والناقلات البحرية والدراجات وغيرها) كألواح معدنية
وأنابيب.
(4) يستخدم في التغليف (علب ورقاقات معدنية).
(5) يستخدم في البناء (الشبابيك والأبواب والجدران وأسلاك الأبنية).
(6) يستخدم في صنع أوعية الطبخ .
(7) يستخدم في أعمدة الإنارة في الطرقات وصواري السفن والدعامات.
(8) يستخدم لحماية المعدات الالكترونية وصناديق تجهيزات التصوير.
(9) يستخدم في أسلاك نقل الطاقة الكهربائية وفي الالكترونيات.
(10) يدخل وبشكل واسع في إنتاج الساعات بسبب متانته ومقاومته لفقدان البريق والتآكل.
سادساً/ تأثير الألومنيوم على جسم الإنسان
– على الرغم من وفرته الطبيعية العالية، لا يعرف عن الألومنيوم أن له وظائف خاصة به في الخلايا الحية ولكن تراكيزه العالية تساهم ببعض الآثار السمية.
– يمكن التحدث عن بعض السّمية عند توضعه في العظام وفي الجهاز العصبي، وخاصة لدى المرضى الذين يعانون من القصور الكلوي.
– ونظراً لدخوله في سباق مع الكالسيوم خلال عمليات الامتصاص، يمكن للألمنيوم أن يساهم في إضعاف البنية المعدنية في العمود الفقري، ويلاحظ ذلك لدى الأطفال الذين يعانون من تأخر النمو. وعند التراكيز العالية جدا، يمكن له أن يسبب تسمماً عصبيا و يعزي له تغير وظيفي يعيق وصول الدم إلى الدماغ.
– هناك نسبة ضئيلة من البشر يتحسسون من الألومنيوم ويعانون من التهابات جلدية واضطرابات هضمية وتقيؤ أو أعراض أخرى لدى تماسهم مع الألومنيوم أو استهلاك مواد غذائية أو استعمال الأدوية المضادة للحموضة المحتوية على الألومنيوم. وماعدا التحسس، فلا يعتبر الألومنيوم ساما مثل العناصر الثقيلة، غير أنه يمثل بعض السمية إذا ما دخل عن طريق الجهاز الهضمي بكميات زائدة.
سابعاً/ تأثير الألومنيوم في البيئة
يعد الألومنيوم من العوامل التي:
(1) تؤخر نمو النباتات في الترب الحمضية، وإن غالبية الترب الحمضية مشبعة بالألومنيوم بدلاً من أيونات الهيدروجين، وحموضة التربة عندئذ تعود لتحلل الألومنيوم.
(2) حالات تسمّم عند استعماله في مواد التنظيف.
المراجع: دراسة كيميائية تحليلية مفصلة لعناصر الجدول الدوري / الأستاذ الدكتور حسن بوزيّان أستاذ بقسم الكيمياء بالمدرسة العليا للأساتذة / الجزء الأول / أبريل 2017 / الجزائر.
تعرف على علم الكيمياء
متى تم انتشار عنصر الالومنيوم