آلومینیوم

آلومینیوم است یک عنصر شیمیایی با نماد Al و عدد اتمی 13 قرار دارد . در عناصر دوره سوم قرار دارد و در گروه سیزدهم (گروه سوم بر اساس شماره گذاری گروه های اصلی ) در رتبه دوم جدول تناوبی . آلومینیوم فلزی سبک و سفید نقره ای با چگالی کم است . است جمع شدنی و چکش خوار . این فلز گسترده ترین فلز در پوسته زمین است ، زیرا در بین فراوان ترین عناصر شیمیایی پس از اکسیژن و سیلیکون رتبه سوم را دارد . آلومینیوم حدود 8 درصد از جرم سطح جامد زمین را تشکیل می دهد. این فلز دارای یک ایزوتوپ پایدار آلومینیوم 27 ²⁷ Al است.

آلومینیوم معمولاً ترکیبات شیمیایی خود را در حالت اکسیداسیون +3 تشکیل می دهد . این فلز میل شیمیایی زیادی به اکسیژن دارد که منجر به تشکیل یک لایه اکسید روی سطح آن می شود که آن را غیرفعال می کند . اعلام کرد هانس کریستین اورستد کشف آلومینیوم را در سال 1825 . در حالی که هانری اتین سنت کلر دیویل برای ایجاد تولید صنعتی این فلز در سال 1856 کار می کرد. در مقابل، فرآیند هال قهرمان در سال 1886 توسعه یافت و هزینه های تولید را کاهش داد. منبع اصلی آلومینیوم سنگ معدن بوکسیت است . در سال 2016 حدود 115 میلیون تن در سطح جهان تولید شد. از سوی دیگر، نرخ بازیافت آلومینیوم در جهان حدود 40 درصد است.

آلومینیوم با مقاومت در برابر خوردگی و چگالی کم آن مشخص می شود. که آن را به کانون توجه در زمینه صنعت هواپیماسازی تبدیل کرد . عناصر ساختاری و سازه های ساخته شده از آلومینیوم و آلیاژهای آن نیز نقش موثری در صنعت هوافضا دارند. در زمینه های دیگر مانند حمل و نقل و ساخت و ساز بسیار مهم است. ماهیت واکنش پذیر آن نیز آن را در کاتالیز مفید کرده است . از سوی دیگر، هیچ نقش حیاتی مشخصی برای آلومینیوم در موجودات زنده وجود ندارد، اما همچنان موضوع مورد علاقه و موضوع مطالعات در حال انجام است.

تاریخ

بودند نمک‌های آلوم اولین نمک‌های آلومینیومی که مورد بررسی قرار گرفتند، اگرچه ترکیب آنها در ابتدا مشخص نبود. جایی که هرودوت آن را در سوابق خود که به قرن پنجم قبل از میلاد باز می گردد، یادداشت کرده است.

استفاده می‌شدند نمک‌های آلوم برای جامد کردن رنگ‌ها ، و آنها را در صنایع نساجی مهم می‌دانستند . این کالا به یک کالای تجاری مهم تبدیل شد، و تا اواسط قرن پانزدهم از کشورها و پادشاهی های شرق مدیترانه به اروپا صادر می شد. دانشمندان قرن شانزدهم سعی کردند ترکیب نمک های آلوم، از جمله Paracelsus ، و Andreas Libavius ​​را بدانند . اعلام کرد در سال 1722 ، فردریش هافمن که نمک زاج یک خاک متمایز است. (اکسید آلومینیوم) را سنتز کرد در سال 1754 ، آندریاس زیگیسموند مارگراو آلومینا با جوشاندن خاک رس (خاک رس) در اسید سولفوریک و سپس افزودن پتاس، .

اولین تلاش ها برای بدست آوردن فلز آلومینیوم به حدود سال 1760 برمی گردد.

با این حال، اولین تلاش موفقیت آمیز برای جداسازی این فلز، دستاورد شیمیدان هانس ارستد بود که کلرید آلومینیوم بی آب را با آمالگام پتاسیم واکنش داد ، که منجر به بدست آوردن توده ای از فلز شبیه قلع شد . سال بعد، ارستد نتایج خود را منتشر کرد و نمونه‌ای از فلز جدید را به عموم ارائه کرد. تکرار کرد فردریش ویلر آزمایش های انجام شده توسط اورستد را چندین بار در سال 1827 تا اینکه موفق به تهیه پودر آلومینیوم شد. در سال 1845، او توانست قطعاتی از این فلز را به دست آورد و توصیفی علمی از خواص فیزیکی آن ارائه کرد. به دلیل این دستاوردها، فولر برای سال‌ها توسط برخی به عنوان کاشف آلومینیوم شناخته می‌شد. راه های کشف آلومینیوم غیرتجاری بود و امکان تهیه آن به صورت صنعتی وجود نداشت، بنابراین مقادیر به دست آمده از آن اندک بود که منجر به افزایش قیمت آن شد تا اینکه بیشتر شد. با ارزش از طلا .

 

تلاش ها برای تولید آلومینیوم در سال 1856 با تلاش هانری-اتین سنت کلر دویل و همکارانش ظاهر شد.

جایی که او کشف کرد که چگونه تری کلرید آلومینیوم را می توان با استفاده از جایگزین سدیم اقتصادی تر برای پتاسیم، که فولر استفاده کرد، کاهش داد. با این حال، آلومینیوم به‌دست‌آمده از خلوص خوبی برخوردار نبود و در خواص نمونه‌ها تنوع وجود داشت. اولین تلاش های موفقیت آمیز برای به دست آوردن آلومینیوم در مقیاس صنعتی در سال 1886 بود، زمانی که پل هیرو و چارلز هال ، به طور مستقل و جداگانه، فرآیندی را برای تولید این فلز، که امروزه به عنوان فرآیند هال-هرو شناخته می شود، توسعه دادند . این فرآیند بر اساس احیای آلومینا (اکسید آلومینیوم) است. شیمیدان کارل جوزف بایر، در سال 1889، روشی را برای تصفیه بوکسیت برای به دست آوردن آلومینا کشف کرد، فرآیندی که به فرآیند بایر معروف است . تولید آلومینیوم مدرن بر این دو فرآیند متکی است.

 

توسعه تولید صنعتی فلز آلومینیوم به کاهش قیمت آن در بازار و ورود آن به بسیاری از کاربردها به ویژه در امکان تشکیل آلیاژهایی با خواص متمایز کمک کرد.

، با شروع جنگ های جهانی اول و دوم اهمیت آلومینیوم به دلیل امکان استفاده از آن در صنعت هواپیماسازی افزایش یافت.

 

در اواسط قرن بیستم، آلومینیوم کاربردهایی در تولید تجهیزات زندگی روزمره پیدا کرد،

مانند تراشه ها و بسته ها ، تا اینکه از کاربردهای معمولی برای مس بهتر عمل کرد . که آن را به پربازده ترین فلز غیر آهنی تبدیل کرد ، زیرا آلومینیوم به تدریج وارد عرصه ساخت و سازهای مهندسی شد. و در زمینه صنایع خودروسازی. با آغاز عصر فضا، آلومینیوم وارد نصب ماهواره ها شد . در قرن بیستم، تولید آلومینیوم به سرعت افزایش یافت. تا دهه 1970، بورس فلزات لندن به عنوان یک کالا برای تجارت وارد شد، تولید جهانی این فلز به 50 میلیون تن در سال 2013 رسید.

ریشه نام

در اکثر کشورهای جهان به این عنصر ” آلومینیوم ” می گویند، اما در ایالات متحده و کانادا به آن ” آلومینیوم ” می گویند. هر دو نام از کلمه ” آلومین که نام منسوخ آلومینا آلومینیوم ( ” گرفته شده است اکسید ) است. کلمه آلومین کلمه ای است که از زبان فرانسوی وام گرفته شده است که به نوبه خود از alumen گرفته شده است که یک نام کلاسیک لاتین است که به زاج (که در عربی به معنای نمک زاج است ) اشاره دارد. نمک رایج و پرمصرف است. کلمه لاتین ” آلومن ” از ” -alu* ” ریشه پروتو-هند و اروپایی گرفته شده است که به معنای “تلخ” است.

 

نام این عنصر به شیمیدان هامفری دیوی نسبت داده می شود که آزمایش های زیادی برای جداسازی آن به شکل یک فلز آزاد انجام داد. منتشر کرد، پیشنهاد کرد در سال 1808، دیوی در مقاله ای که در مجموعه مقالات فلسفی انجمن سلطنتی که عنصر را به شکل ” آلومیوم ” نامگذاری کند.

با این حال، این نام توسط شیمیدانان در فرانسه، آلمان و سوئد مورد اعتراض قرار گرفت و آنها اشاره کردند که این فلز باید در رابطه با اکسید آن ” آلومینا ” که فلز از آن به دست می‌آید نامگذاری شود و نه در رابطه با ” آلوم “.

اگرچه عطف نسبت به همان ریشه لاتین را نشان می دهد.

مقاله ای به زبان فرانسوی منتشر کرد شیمیدان یونس ژاکوب برسلیوس بعداً در سال 1811،

که در آن از نام ” آلومینیوم ” برای اشاره به این فلز استفاده کرد. این نام همچنین در خلاصه‌ای از یکی از سخنرانی‌های دیوی در انجمن سلطنتی در سال 1811 آمده است. در سال بعد، دیوی یک کتاب درسی شیمی منتشر کرد که در آن از اصطلاح ” آلومینیوم ” استفاده کرد. از آن زمان، دو نامگذاری برای این عنصر با هم تداخل دارند. ” در حال حاضر فقط با این حال، نام ” آلومینیوم در ایالات متحده و کانادا استفاده می شود، در حالی که نام ” آلومینیوم ” در سایر نقاط جهان گسترش یافته است. را پذیرفت در سال 1925 ، انجمن شیمی آمریکا نام ” آلومینیوم ” ” آلومینیوم در مورد نام متداول “، توسط اتحادیه بین المللی شیمی محض و کاربردی (IUPAC ) در سال 1990 پذیرفته شد. در سال 1993، IUPAC آلومینیوم را به عنوان یک جایگزین قابل قبول به رسمیت شناخت.

 

فراوانی طبیعی

در جهان

آلومینیوم در دوازدهمین عنصر بزرگ منظومه شمسی قرار دارد . این عنصر سومین عنصر با عدد اتمی فرد، پس از هیدروژن و نیتروژن است . Al تنها ایزوتوپ پایدار آلومینیوم است ^{آلومینیوم-27 27} و هجدهمین ایزوتوپ از نظر فراوانی هسته‌ها در جهان است و تقریباً به طور کامل از همجوشی کربن در ستارگان غول‌پیکر به وجود می‌آید که بعداً تبدیل می‌شود. یک ابرنواختر از نوع دوم منیزیم ^{این همجوشی هسته های 26} (26 میلی گرم) تولید می کند که پروتون ها و نوترون های آزاد را جذب می کند تا به هسته های آلومینیوم تبدیل شوند. مقادیر کمتری از ^۲۷ Al در مجاورت واکنش‌های همجوشی ستاره‌ای ستارگان تازه متولد شده تولید می‌شود، جایی که ^۲۶ هسته‌های منیزیم

 

ایزوتوپ آلومینیوم-26 ²⁶ Al با فراوانی 0.005 درصد نسبت به ایزوتوپ ²⁷ نسبی کوتاه Al در منظومه شمسی وجود داشت، اما نیمه عمر (728000 سال) نسبت به سن جهان مانع از وجود آن شد، بنابراین ایزوتوپ آلومینیوم 26 ²⁶ Al یک رادیونوکلئید منقرض شده در نظر گرفته می شود .

برخلاف ²⁷ Al، واکنش‌های همجوشی ستاره‌ای (سوزاندن هیدروژن) منبع اصلی ایزوتوپ ²⁶ Al هستند که ایزوتوپ ²⁵ Mg یک پروتون آزاد را جذب می‌کند. هنگامی که به شکل یک ایزوتوپ رادیواکتیو کمیاب ساطع می کند تشکیل می شود، پرتوهای گاما را در محیط بین ستاره ای .

 

روی

آلومینیوم با 1.59٪ جرم در ترکیب سیاره زمین گنجانده شده است (هفتمین فراوان از نظر جرم). متمرکز است ​​با این حال، آلومینیوم در پوسته زمین ، زیرا یکی از فراوان ترین عناصر در پوسته زمین پس از اکسیژن و سیلیکون است ، و بنابراین گسترده ترین فلز در پوسته زمین است. مقدار 8.23 ​​درصد جرمی. در مقابل، آلومینیوم در گوشته زمین به نسبت 2.38 درصد جرم یافت می شود. فلز آلومینیوم در طبیعت به شکل خالص و آزاد خود وجود ندارد، زیرا میل شدید آن به اکسیژن است. در مورد فلزات کمتر فعال، آنها در هسته زمین رسوب می کنند. آلومینیوم در آب دریا 2 میکروگرم بر کیلوگرم یافت می شود. آلومینیوم می تواند به عنوان یک حالت ثانویه در محیط های کم اکسیژن، مانند برخی از آتشفشان ها، رخ دهد.

 

آلومینیوم در بسیاری از مواد معدنی مانند کانی های اکسیدی یا سیلیکات ها یافت می شود . در ترکیب فلدسپات که رایج ترین گروه کانی های پوسته زمین است، به شکل آلومینوسیلیکات ها قرار می گیرد . آلومینوسیلیکاتها در ترکیب سنگهای رسی (رس)، گنیس و گرانیت قرار دارند . آلومینیوم به عنوان مثال در مواد معدنی بریل ، کرایولیت، گارنت، اسپینل و فیروزه یافت می شود .

(یا شاخ) وجود دارد اکسید آلومینیوم Al ₂ O ₃ (آلومینا) به طور طبیعی به شکل کانی های شناخته شده، به عنوان سمور و یک ماده معدنی جامد و با نقطه ذوب بالا است. هنگامی که گارنت با ردپایی از فلزات واسطه مانند کروم یا آهن رنگ آمیزی می شود، به ترتیب یاقوت های قرمز و آبی تشکیل می شوند . همچنین هیدروکسیدهای آلومینیوم (AlO(OH) وجود دارد و دو کانی اصلی حاوی این فرمول بومیت و دیاسپور هستند ؛ در حالی که معروف‌ترین کانی‌های اصلی تری هیدروکسید گچ است که به اشکال مختلف یافت می‌شود .

 

اگرچه آلومینیوم یک فلز رایج و گسترده در تعدادی از مواد معدنی است، اما همه آنها منبع اقتصادی استخراج نیستند. فلز آلومینیوم تقریباً به طور کامل از معدن بوکسیت AlOx _سنگ (OH) _3-2x تولید می شود . بوکسیت در نتیجه هوازدگی پوسته زمین که حاوی درصد کمی آهن و سیلیس است در شرایط آب و هوایی گرمسیری یافت می شود.

مقادیر زیادی بوکسیت در استرالیا، برزیل ، گینه و جامائیکا وجود دارد ، اما معادن اصلی سنگ معدن در غنا ، اندونزی ، جامائیکا و ، روسیه [ سورینام

. سنگ معدن عمدتا در استرالیا ، برزیل، کانادا، نروژ ، روسیه و ایالات متحده ذوب می شود .

تولید

کشورهای پیشرو در تولید آلومینیوم در سال 2019.

کشور	تولید (هزار تن)
چین	36000
هند	3700
روسیه	3600
کانادا	2900
امارات متحده عربی	2700
استرالیا	1600
دو دریا	1400
نروژ	1300
ایالات متحده	1100
عربستان سعودی	900
ایسلند	850
کل جهانی	64000

به دست می آید آلومینیوم به صورت صنعتی از اکسید آن که تبدیل می شود در دماهای بالا به فلز . فرآیند تولید آلومینیوم یک فرآیند بسیار انرژی بر است .

بنابراین، تولیدکنندگان سایت‌های ذوب را انتخاب می‌کنند تا منابع انرژی فراوان و نسبتاً ارزان باشند، مانند نزدیکی به منابع نفت و گاز طبیعی . بر اساس داده های سال 2019، چین پیشتاز کشورهای تولیدکننده آلومینیوم است و پس از آن هند، روسیه، کانادا و امارات متحده عربی قرار دارند.

 

بر اساس ارزیابی های بین المللی ، مصرف جهانی آلومینیوم برای هر نفر حدود 80 کیلوگرم برآورد شده است . این مصرف به صورت خودرو، سازه فلزی، الکترونیک و غیره می باشد. بین کشورهای توسعه یافته (350-500 کیلوگرم) با کشورهای دیگر (35 کیلوگرم) متفاوت است.

فرآیند بایر

شامل فرآیند بایر تبدیل بوکسیت به آلومینا (اکسید آلومینیوم) است. در جایی که همگن شده و آسیاب می شود، سپس دوغاب حاصل با محلول داغ هیدروکسید سدیم مخلوط می شود . سپس مخلوط حاصل را رها می کنند تا تحت فشار و گرما واکنش نشان دهد، که منجر به انحلال هیدروکسید آلومینیوم در بوکسیت می شود تا محلولی به دست آید که ترکیب آن عمدتاً از [ ^-Al (OH) ₄ ] است. در حالی که ناخالصی های باقی مانده به صورت ترکیبات رسوبی حل نشده

پس از انجام واکنش، دوغاب حاصل را به حال خود رها می کنند تا خنک شود و فشار کاهش می یابد و رسوب جدا شده و سپس دور ریخته می شود. سپس مقادیر کمی از هسته های کریستال هیدروکسید آلومینیوم به محیط اضافه می شود و باعث می شود که هیدروکسید آلومینیوم طبق واکنش زیر رسوب کند:

ن آ [ آ ل ( O اچ ) 4 ]   → ▽   آ ل ( O اچ ) 3 + ن آ O اچ

بلورهای کوچک هیدروکسید آلومینیوم جمع آوری می شوند تا بعداً به عنوان هسته برای تبلور استفاده شوند. در مورد کریستال های بزرگ و درشت، آنها با حرارت دادن به آلومینا تبدیل می شوند:

2   آ ل ( O اچ ) 3   → △   آ ل 2 O 3 + 3   اچ 2 O

محلول باقیمانده تبخیر می شود، سپس در صورت نیاز خالص می شود و بازیافت می شود.

 

فرآیند هال-قهرمان

شامل فرآیند Hall-Hero تبدیل آلومینا به دست آمده بر اساس فرآیند بایر به فلز آلومینیوم است. آنها در مخلوطی از کرایولیت مذاب Na ₃ AlF ₆ با فلوراید کلسیم در دماهای 950-980 درجه سانتیگراد حل می شوند. سپس مخلوط تحت یک فرآیند الکترولیز قرار می گیرد . در نتیجه این سری از مراحل، آلومینیوم مذاب به پایین رسوب می‌کند، جایی که برداشته می‌شود و در بیلت‌های آلومینیومی برای پردازش بیشتر

خالص ساخته شده اند آندها در سلول های الکترولیز از گرافیت و بنابراین در برابر خوردگی ناشی از فلوراید مقاوم هستند و این آندها اغلب قبل از استفاده تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند. ساخته شده اند کاتدها از آنتراسیت . تعویض شوند الکترودها باید با فرسودگی

 

آلومینیوم تولید شده تحت فرآیند هال-هرو دارای خلوص بالا (بیش از 99٪) است. انجام شوند با این حال، تصفیه‌های الکتریکی بعدی ممکن است بر اساس فرآیند هابز

، که شامل الکترولیز آلومینیوم مذاب با الکترولیت فلوریدهای آلومینیوم، سدیم و باریم است که در نهایت خلوص بیش از 99.99 درصد آلومینیوم را به دست می‌آورد.

 

انرژی الکتریکی حدود 20-40٪ از هزینه های تولید آلومینیوم را مصرف می کند، بسته به محل تولید. این فرآیند در ایالات متحده آمریکا حدود 5 درصد از برق تولید شده را مصرف می کند.

هر کیلوگرم آلومینیوم خام بین 12.9 تا 17.7 کیلووات ساعت انرژی الکتریکی نیاز دارد. تلاشی برای جستجوی جایگزین های مقرون به صرفه تر وجود دارد، اما این امر با موفقیت همراه نبوده است. به عنوان مثال، استخراج اکسید آلومینیوم از مواد معدنی آلومینوسیلیکات پیشنهاد شد، اما امکان سنجی اقتصادی بالا نبود.

 

بازیافت

این امکان وجود دارد که آلومینیوم تحت فرآیندهای بازیافت قرار گیرد و این به یکی از فرآیندهای مهم صنعتی تبدیل شده است که با گذشت زمان بر اهمیت آن افزوده شد. این فرآیندها در ابتدای تولید این فلز اهمیت چندانی نداشتند، اما با افزایش مصرف در اواخر دهه شصت قرن بیستم، به ویژه در قالب بسته بندی نوشابه، آگاهی و آگاهی نسبت به اهمیت بازیافت در بین مردم افزایش یافت. عمومی. فرآیندهای بازیافت آلومینیوم شامل ذوب ضایعات است، فرآیندی که در این مورد تنها به 5 درصد از انرژی مورد نیاز برای تولید آلومینیوم از سنگ معدن آن نیاز دارد، اگرچه بخش قابل توجهی، حدود 15 درصد از مقدار بازیافت شده، به شکل هدر می رود. خاکستر به نام کف (یا لجن)؛ به کمتر از 1% کاهش داد با این حال، این ضایعات تولید شده را می توان با استفاده از ذوب پشته ای . این ضایعات آلومینیومی به عنوان پرکننده در آسفالت و بتن استفاده می شود .

 

ایزوتوپ

از آلومینیوم وجود دارد تنها یک ایزوتوپ عملاً پایدار ، آلومینیوم-27 ²⁷ Al، که حدود 99٪ فراوانی طبیعی این عنصر در طبیعت را تشکیل می دهد. بنابراین، آلومینیوم را می توان به عنوان یک عنصر تک هسته ای در نظر گرفت . ایزوتوپ آلومینیوم ²⁷ (NMR) کاربرد زیادی دارد Al در فناوری تشدید مغناطیسی هسته ای ، زیرا حساسیت بالایی دارد.

از آلومینیوم وجود دارد یک ایزوتوپ رادیواکتیو طبیعی ، آلومینیوم-26 ²⁶ Al، که نیمه عمر آن 7.2×105 ^سال است ، اما در زمین نادر است، زیرا قبل از تشکیل منظومه شمسی به طور رادیواکتیو تجزیه شده است.

تشکیل شود ^{مقادیر کمی از ایزوتوپ 26} Al می تواند از آرگون موجود در جو زمین در اثر پوسته شدن ناشی از پروتون های پرتوهای کیهانی . مفید است ^{نسبت 26} Al به ایزوتوپ ¹⁰ Be بریلیوم در تاریخ‌سنجی رادیومتری فرآیندهای زمین‌شناسی که دوره‌های زمانی آن در محدوده 105 ^تا 106 ^سال قرار می‌گیرد، به‌ویژه در فرآیندهای انتقال ، رسوب‌گذاری ، دفن و فرسایش . بسیاری از محققان در زمینه شهاب سنگ ها بر این باورند که انرژی آزاد شده از فروپاشی ²⁶ Al مسئول ذوب و واگرایی برخی از سیارک ها پس از تشکیل آنها در 4.5 میلیارد سال پیش بوده است.

بر خلاف آلومینیوم-26، بقیه ایزوتوپ های رادیویی آلومینیوم دارای نیمه عمر کمتر از هفت دقیقه هستند و اکثر آنها کمتر از یک ثانیه هستند. به عنوان مثال، ایزوتوپ آلومینیوم-23 با نیمه عمر 0.13 ثانیه تجزیه می شود.

در کل، آلومینیوم دارای سی و دو ایزوتوپ شناخته شده است . متغیر است تعداد جرمی آنها از ²² Al تا ⁴³ Al با چهار ایزومر هسته ای .

 

خواص فیزیکی

ساختار اتمی

در اتم 13 الکترون توزیع شده آلومینیوم وجود دارد که به شکل Ne [3s ² 3p ¹ ] با سه الکترون ظرفیت در پوسته سطحی. بر این اساس، مجموع سه انرژی یونیزاسیون اول آلومینیوم بسیار کمتر از مقدار انرژی یونیزاسیون چهارم به تنهایی است. برای آلومینیوم آسان است که الکترون های پوسته سطحی را برای تشکیل یون آلومینیوم سه ظرفیتی رها کند. آلومینیوم دارای مقدار الکترونگاتیوی 1.61 در مقیاس پالینگ است. است شعاع اتمی آلومینیوم 143 پیکومتر . هنگامی که الکترون های ظرفیت حذف می شوند ، شعاع یونی برای یک اتم چهارضلعی 39 پیکومتر و برای یک اتم شش ضلعی 53.5 پیکومتر است.

در شرایط استاندارد فشار و دما، اتم‌های آلومینیوم بر اساس یک سیستم کریستالی مکعبی رو به مرکز مرتب شده‌اند و بر اساس یک پیوند فلزی که توسط الکترون‌های بیرونی محکم شده است به هم متصل می‌شوند.

این تشکیل کریستال در بسیاری از فلزات دیگر مانند سرب و مس مشاهده می شود . با اندازه موجود در فلزات دیگر مطابقت دارد اندازه سلول واحد در آلومینیوم آلومینیوم ثابت شبکه 0.404 نانومتر است . این معادل چهار واحد فرمول در هر سلول واحد است . ظاهر می شود نقایص استریوسکوپی در ساختار کریستالی در دمای تا حدود 500 درجه سانتیگراد افزایش می یابد . هنگامی که آلومینیوم به طور ناگهانی دیده می شود . آلومینیوم خواص ساختاری با سایر عناصر گروه خود ندارد. انرژی یونیزاسیون در بور زیاد است به نحوی که فلز شدن را محدود می کند. تالیم دارای ساختار شش ضلعی با بسته بندی نزدیک است . در حالی که ساختار ایندیم و گالیوم با پیشینیان خود متفاوت است و هم تراز نیست. در حالی که الکترون‌های موجود برای پیوند فلزی کم هستند، فلز آلومینیوم نرم است، نقطه ذوب نسبتاً پایینی دارد و مقاومت الکتریکی پایینی دارد و اینها ویژگی‌های رایج در فلزات پس از گذار هستند .

خواص

آلومینیوم فلزی سبک وزن با ظاهری نقره ای تا خاکستری تیره است که بستگی به زبری سطح دارد . این یکی از معدود فلزاتی است که بازتاب نقره ای کامل خود را در حالت پودر ریز حفظ می کند، و آن را به یک عنصر بسیار مهم در پوشش های نقره تبدیل می کند. یک لایه نازک از آلومینیوم همچنین می تواند را منعکس کند بخش بیشتری از نور مرئی . منعکس می کند بیش از 98٪ از طیف مادون قرمز را در محدوده متوسط ​​و دور علاوه بر این، آینه آلومینیوم دارای بالاترین بازتابندگی نسبت به هر فلز در طول موج (200-400 نانومتر ) (در محدوده فرابنفش ) و در 3000-10000 نانومتر (در محدوده مادون قرمز ) است، در حالی که فقط قلع و نقره عملکرد بهتری دارند. آن را در بازتاب نور مرئی محدوده 400-700 نانومتر. آلومینیوم بازتاب دهنده خوبی از تابش خورشید است ، به ویژه زمانی که یک لایه اکسید غیرفعال روی سطح آن تشکیل شود.

آلومینیوم فلزی انعطاف پذیر و چکش خوار است .

آسان است پردازش ، ریخته‌گری و اکسترود و نسبتاً آسان می‌توان آن را قالب‌گیری کرد. است چگالی آلومینیوم 2.70 گرم بر سانتی متر مکعب ^، [ که یک سوم چگالی فولاد است و بسیار سبک تر از چگالی بیشتر فلزات شناخته شده است و فلزاتی با چگالی سبک تر از آلومینیوم از گروه فلزات قلیایی و فلزات قلیایی خاکی هستند و اکثر آنها دارای فعالیت شیمیایی بالایی هستند که مقابله با آن را دشوار می کند. چگالی کم و دوام آلومینیوم به دلیل سبک بودن، تشخیص قطعات ساخته شده از آن را از سایرین آسان تر می کند. همچنین، این ویژگی ها آن را به یک فلز مهم در ساخت سازه های فلزی و در بسیاری از صنایع کاربردی تبدیل کرد. آلومینیوم رسانای خوبی برای گرما و الکتریسیته است و رسانایی آن حدود 60 درصد رسانایی مس است . با این حال، تنها 30 درصد از چگالی خود را دارد. باشد آلومینیوم می تواند یک ابررسانا ، با دمای بحرانی ابررسانا 1.2 کلوین ، و میدان مغناطیسی بحرانی حدود 100 گاوس . آلومینیوم پارامغناطیس است ، به این معنی که تحت تاثیر میدان های مغناطیسی ساکن قرار نمی گیرد. با این حال، رسانایی الکتریکی بالای آن، آن را مستعد تغییر میدان های مغناطیسی با القای جریان های گردابی می کند. .

توانایی عالی آلومینیوم در مقاومت در برابر خوردگی به دلیل لایه سطحی نازک، غیرقابل نفوذ و منسجم اکسید آلومینیوم است که هنگام قرار گرفتن فلز در معرض هوا تشکیل می شود و از ادامه فرآیند اکسیداسیون جلوگیری می کند . قوی‌تر آلیاژهای آلومینیوم به دلیل واکنش‌های گالوانیکی با آلیاژهای مس، مقاومت کمتری در برابر خوردگی دارند.

این مقاومت در برابر خوردگی معمولاً به طور قابل توجهی کاهش می یابد زمانی که چندین آب نمک وجود دارد، به ویژه در حضور فلزات مختلف. آلومینیوم خالص نسبتا نرم است، بنابراین آلیاژهای آلومینیوم به دلیل استحکام، سختی و سختی بالا اغلب در کاربردهای صنعتی استفاده می‌شوند. آلومینیوم استحکام کششی 45 نیوتن بر میلی‌متر مربع است، در حالی که مدول برشی آن 25 کیلونیوتن بر میلی‌متر مربع است. در مورد استحکام تسلیم آلومینیوم خالص، آن از 7 تا 11 مگاپاسکال است ، در حالی که مقدار آن برای آلیاژهای آلومینیوم از 200 تا 600 مگاپاسکال است .

 

آلومینیوم

آلومینیوم با بسیاری از فلزات دیگر آسان است آلیاژ و معروف ترین عناصری که با آن آلیاژ می شود مس، روی، منگنز، منیزیم و سیلیکون هستند . بنابراین، تعداد قابل توجهی از آلیاژهای آلومینیوم وجود دارد ، زیرا ریخته گری آن به وضوح خواص مهندسی آن را بهبود می بخشد، ، به ویژه پس از عملیات حرارتی.

آلومینیوم همچنین بسیاری از ترکیبات بین فلزی را تشکیل می دهد . ماشینکاری شمش آلومینیوم را تسهیل می کند، زیرا می تواند در معرض نورد و آهنگری قرار گیرد . قالب گیری آن نیز آسان است. بنابراین، بیشتر کاربردهای آلومینیوم برای آلیاژهای آن است، همانطور که در فویل آلومینیومی و بسته بندی نوشیدنی وجود دارد .

نیز نمونه ای از آلیاژهای آلومینیوم است دورالومین . و همچنین آلیاژهای زیر با توجه به نمادهای عنصر ذکر شده است: AlCu، AlMn، AlMg، AlMgSi، AlCuMg، و AlZnMg.

خواص شیمیایی

آلومینیوم ترکیبی از خواص فلزات قبل از انتقال و فلزات پس از انتقال است. با توجه به ساختار، شبیه به فلزات قبل از انتقال است که تعداد محدودی الکترون در دسترس برای تشکیل پیوند فلزی وجود دارد . اما مانند عناصر سنگین‌تر در گروه خود ، خواص فیزیکی مشابه فلزات پس از انتقال، با فواصل بین اتمی طولانی‌تر از حد انتظار است. یون آلومینیوم ³⁺ Al تمایل به تشکیل پیوندهای کووالانسی دارد . این رفتار شبیه به رفتار یون بریلیم ^{2 +} Be است و این یک مثال واضح از رابطه مورب است .

آلومینیوم برخلاف عناصر سنگین‌تر گروه خود، الکترون‌های d داخلی ندارد، بنابراین مسدود می‌کنند الکترون‌های داخلی تقریباً به طور کامل الکترون‌های ظرفیت را . بنابراین، آلومینیوم الکترونگاتیوترین عنصر در گروه بور است.

وجود ندارد هیچ ویژگی مشترک عمده ای با بور ، زیرا دومی نیمه فلزی است ، اما ترکیبات AlX ₃ برابری می کنند از نظر الکترونیکی با ترکیبات _{BX 3} و با آنها به اشتراک می گذارند که آنها اسیدهای لوئیس هستند و محصولات افزودنی را به راحتی تشکیل می دهند. علاوه بر این، چیزی که شیمی بور را متمایز می کند، تشکیل ساختارهای چند وجهی آن است که همچنین توسط آلومینیوم در آلیاژهای نیمه کریستالی آن ، از جمله کلاس Al-Zn-Mg تشکیل شده است.

آلومینیوم دارای میل شیمیایی بالایی به اکسیژن است که آن را برای استفاده به عنوان یک عامل کاهنده در واکنش ترمیت مناسب می کند . پودر آلومینیوم ریز می تواند در تماس با اکسیژن مایع به شدت واکنش نشان دهد . به طور معمول، آلومینیوم یک لایه اکسید روی سطح تشکیل می دهد که در دمای اتاق حدود 5 نانومتر ضخامت دارد.

آن را از واکنش های خوردگی بعدی ناشی از اکسیژن، آب یا اسیدهای رقیق شده محافظت می کند، پدیده ای به نام غیرفعال شدن . این ویژگی مزایای زیادی به آلومینیوم می‌دهد، مانند استفاده از پودرهای آن در پوشش‌های نقره‌ای. و در ساخت ظروف اسیدی آزمایشگاهی منبسط شده.

واکنش داده آلومینیوم موجود در اسید هیدروکلریک غلیظ با آب و گاز هیدروژن آزاد می کند . واکنش داده همچنین با محلول های آبی هیدروکسید سدیم یا هیدروکسید پتاسیم را تشکیل می دهد و آلومینات های مربوطه

آلومینیوم در آبهای رژیا حل می شود . محلول خورنده است برای کلریدهای .

با توجه به معادله:

آ ل 2 O 3 ( س ) + 2   سی ل – ( آ q ) + 3   اچ 2 O ( ل ) ⟶ 2   [ آ ل ( O اچ ) 2 سی ل ] ( آ q ) + 2   O اچ – ( آ q )

خوردگی به ویژه در مناطقی که لایه اکسید آسیب دیده است رخ می دهد، زیرا این امر باعث ایجاد حفره روی سطح می شود.

آ ل ( س ) + 4   اچ 2 O ( ل ) + سی ل – ( آ q ) ⟶ [ آ ل ( O اچ ) 2 سی ل ] ( آ q ) + 3   ه – + 2   اچ 3 O + ( آ q )

لایه اکسید محافظ روی آلومینیوم نیز در اثر تماس با جیوه تحت تأثیر قرار می گیرد ، زیرا یک آمالگام تشکیل می شود . همچنین تحت تأثیر نمک برخی از فلزات الکتروپوزیتیو قرار می گیرد.

بنابراین، قوی ترین آلیاژهای آلومینیوم در برابر واکنش های گالوانیزه در هنگام ریخته گری با مس مقاومت کمتری دارند . آلومینیوم با گرم شدن با اکثر نافلزات ترکیباتی مانند نیترید AlN سولفید آلومینیوم Al2S3 _{را تشکیل می دهد .} آلومینیوم _{واکنش می دهد و} و هالیدهای آلومینیوم _AlX3 ، آلومینیوم همچنین طیف گسترده ای از ترکیبات بین فلزی را تشکیل می دهد .

ترکیبات شیمیایی

آلی

در اکثریت قریب به اتفاق ترکیبات شیمیایی خود آلومینیوم در حالت اکسیداسیون +3 قرار دارد. در مورد عدد هارمونیک Al اغلب ^{، در آن متفاوت است، اما یون 3 +} یا شش ضلعی یا چهارگانه متقارن است. از سوی دیگر، اکثر ترکیبات آلومینیوم سه تایی بی رنگ هستند. چند ترکیب شیمیایی وجود دارد که در آنها آلومینیوم در حالت اکسیداسیون +1 قرار دارد و آنها عمدتاً مونو هالیدهایی مانند مونو فلوراید آلومینیوم AlF، مونوکلرید آلومینیوم AlCl و همچنین مونوبرومید AlBr و مونوئیدید AlI هستند. این ترکیبات فقط در فاز گازی وجود دارند. پایدار نیست.

یون آلومینیوم ³⁺ در محلول های آبی به صورت ³⁺ [Al(H2O ₎ 6 _] که دارای pKa Al _{تقریباً} 10-5 ^{وجود دارد} است .

این محلول ها اسیدی هستند، زیرا کاتیون موجود در آنها قادر به اهدای پروتون و سپس هیدرولیز آنها تا زمانی که رسوبی از هیدروکسید آلومینیوم Al(OH) ₃ تشکیل شود، می باشد . این در حوضچه های ته نشینی در تصفیه خانه ها مفید است ، جایی که هسته های رسوب به صورت معلق جمع می شوند ، که حذف آنها را تسهیل می کند. هنگامی که pH محیط افزایش می یابد، این منجر به انحلال هیدروکسید به دلیل تشکیل یون آلومینات ^– [Al(H2O ₎ 2 ₍ OH) ₄ ] می شود.

هیدروکسید آلومینیوم Al(OH) ₃ دارای خواص آمفوتریک است که می تواند در اسیدها و بازها حل شود.

این ویژگی کاتیون‌های ضعیف بازی است که قادر به تشکیل هیدروکسیدهای حل نشده هستند و گونه‌های شیمیایی هیدراته توانایی اهدای پروتون‌های خود را دارند. بنابراین، و با توجه به این زمینه، نمک های آلومینیوم هنگام برهم کنش با ضعیف، ترکیبی از هیدروکسید هیدراته و هیدرید غیرفلزی مربوطه اسیدهای دست به می دهند . همچنین نمی توان ” کربنات آلومینیوم ” را به شکل یک نمک جامد پایدار بدست آورد. اتفاق نمی افتد هیدرولیز کامل نمک های آلومینیوم با اسیدهای قوی مربوطه به دست آورد . بنابراین، نمک های بی آب را نمی توان از گرم کردن هیدرات های . به عنوان مثال، هگزا هیدرات کلرید آلومینیوم O وجود ندارد _{آبی به شکل معمولی AlCl 3} · 6H ₂ ، بلکه به شکل Al(H ₂ O) ₆ [Cl ₃ ] وجود دارد. ، جایی که پیوندهای Al-O آنقدر قوی هستند که گرمایش برای شکستن پیوندها کافی نیست و به جای آن امکان تشکیل پیوندهای Al-Cl وجود دارد.

2   [ آ ل ( اچ 2 O ) 6 ] سی ل 3   → D   آ ل 2 O 3 + 6   اچ سی ل + 9   اچ 2 O

هر سه هالید آلومینیوم شناخته شده اند. اما در آلومینیوم فلوراید AlF ₃ و بر خلاف ساختارهای تری هالید سنگین تر، آلومینیوم شش متقارن است که علاوه بر ارزش بالای گرمای استاندارد تشکیل ، عدم تبخیر و نامحلول بودن آن را توضیح می دهد . AlF ₃ در دمای 1290 درجه سانتیگراد ذوب می شود و از واکنش اکسید آلومینیوم با هیدروژن فلوراید در حدود 700 درجه سانتیگراد تهیه می شود.

هالیدهای سنگین‌تر آلومینیوم از واکنش فلز با هالوژن مربوطه تهیه می‌شوند. عدد هارمونیک آلومینیوم چهار برابر است و ساختار آن باینری یا چند واحدی است . AlCl کلرید آلومینیوم 3 _دارای ساختار پلیمری لایه ای است که زیر نقطه ذوب آن 192.4 درجه سانتیگراد است. در دماهای بالاتر، ساختار به شکل مولکول های منفرد AlCl ₃ با ساختار مسطح سه گانه شبیه به تری کلرید بور BCl ₃ می شود . در حالی که هر دو برمید آلومینیوم و یدید آلومینیوم به شکل دوتایی Al ₂ X ₆ در سه فاز ماده وجود دارند و با تغییر فاز هیچ تغییری در خواص ساختار ظاهر نمی شود . هستند هالیدهای آلومینیوم اسیدهای لوئیس هستند و قادر به تشکیل محصولات افزودنی استفاده می شوند . ، بنابراین اغلب به عنوان کاتالیزور در واکنش های صنعتی مهم مانند واکنش فریدل کرافت و سایر واکنش های آماده سازی صنعتی.

آلومینیوم دارای اکسید یک _{پایدار به نام Al 2} O ₃ است که با نام رایج “آلومینا” شناخته می شود.

از جمله کالکوژنیدهای پایدار عبارتند از سولفید آلومینیوم Al ₂ S ₃ و سلنید آلومینیوم Al ₂ Se ₃ و همچنین تلورید آلومینیوم Al ₂ Te ₃ . این ترکیبات اخیر از واکنش عناصر تشکیل دهنده مربوطه در دمای بیش از 1000 درجه سانتیگراد تهیه می شوند. در مورد عناصر گروه نیتروژن، آلومینیوم از نیترید آلومینیوم AlN ، فسفید آلومینیوم AlP ، آرسنید آلومینیوم AlAs ، علاوه بر اتید آلومینیوم AlSb تشکیل می‌دهد . آنها ترکیبات شناخته شده ای هستند که با خواص نیمه رسانایی خود متمایز می شوند . همچنین از واکنش عناصر مربوطه در دماهای بالا تشکیل می شود.

وجود دارد همچنین هیدرید آلومینیوم ، ترکیبی با ساختار پلیمری AlH ₃ ) _n ;

کاربرد زیادی ندارد. این برخلاف لیتیوم آلومینیوم هیدرید LiAlH ₄ است که در میان معرف های شیمیایی مهم طبقه بندی می شود، زیرا یکی از احیا کننده های خوب در شیمی آلی است. از واکنش لیتیوم هیدرید با کلرید آلومینیوم تهیه می شود .

 

عضویت

آلومینیوم دارای تعدادی ترکیب آلی است . که دارای فرمول کلی AlR ₃ و همچنین Al ₂ R ₃ Cl ₃ است .

ترکیبات تری آلکیل و تری آریل آلومینیوم فرار هستند و واکنش شیمیایی بالایی دارند، بنابراین به راحتی می توانند بسوزند و با آب واکنش نشان دهند. ترکیبات آلی آلومینیوم معمولاً به شکل دایمرهایی مانند تری متیل آلومینیوم هستند . در حالی که آلومینیوم تری ایزوبوتیل به شکل یک مخلوط شیمیایی متعادل از مونومرها و دایمرها یافت می شود. ترکیبات آلومینیم آلومینیم اسیدهای لوئیس قوی هستند و به راحتی قادر به تشکیل ترکیب های اضافی هستند . استفاده می‌شوند بنابراین، این ترکیبات در صنعت برای واکنش‌های میان‌افزایی آلکن به شکل کاتالیزور Ziegler-Natta که تشکیل الکل‌ها و آلکن‌های اولیه بدون شاخه و زنجیره بلند و همچنین در پلیمریزاسیون اتیلن و پروپیلن را فراهم می‌کند . وجود دارد همچنین ترکیبات هتروسیکلیک آلومینیوم و همچنین کمپلکس های هماهنگی حاوی پیوندهای Al-N

تجزیه و تحلیل شیمیایی

وجود دارد چندین روش تحلیلی سنتی برای تشخیص نمک های آلومینیوم ، از جمله:

توسط آبی کبالت

نمک های آلومینیوم را می توان با قرار دادن آنها در معرض شعله با محلول رقیق شده کبالت (II) نیترات Co(NO ₃ ) ₂ روی میله ای از منیزیم به روش معمولی تشخیص داد . جایی که کبالت رنگدانه آبی تشکیل می شود .

توسط کرایولیت

برای انجام تشخیص طبق این روش، محلول نمونه حاوی آلومینیوم قلیایی می شود، به طوری که رسوب می کند هیدروکسید آلومینیوم Al(OH) ₃ . پس از آن، رسوب را صاف کردند، سپس چند قطره فنل فتالئین به آن اضافه کردند ، سپس شستشو دادند تا اثری از رنگ قرمز ناشی از فنل فتالئین باقی نماند. هنگامی که پودر سدیم فلوراید جامد NaF به رسوب اضافه می شود، یون های هیدروکسید که با تشکیل کرایولیت [Na ₃ [AlF _6] آزاد شده اند ، باعث می شوند رنگ قرمز دوباره ظاهر شود.

توسط مورین

برای انجام تشخیص طبق این روش، محلول نمونه حاوی آلومینیوم با اسید هیدروکلریک تصفیه می شود . سپس مقادیر اضافی هیدروکسید پتاسیم اضافه می شود تا محیط قلیایی شود. سپس مقدار مساوی از محلول رنگ موش به مقداری از محلول اضافه می شود . سپس محیط با اسید استیک غلیظ اسیدی می شود که باعث فلورسانس سبز در زیر نور فرابنفش در طول موج 366 نانومتر می شود. این فرآیند تشخیص زمانی قابل تایید است که پدیده فلورسانس با اضافه شدن مجدد اسید هیدروکلریک ناپدید شود.

نقش

پنج شکل اصلی آلومینیوم جذب شده توسط بدن انسان وجود دارد: (الف) به عنوان یک کاتیون آزاد سه باردار و هیدراته (Al ³⁺ _aq ). (ب) یک کمپلکس با وزن مولکولی کم با محلول متوسط ​​(LMW-Al ⁰ _aq ). (ج) به شکل یک کمپلکس نسبتاً محلول با وزن مولکولی بالا (HMW-Al ⁰ _aq ). (د) به شکل یک کمپلکس محلول با وزن مولکولی کم (LMW-Al(L) _n ^+/- _aq ). و ریزذرات _{(ه) به شکل نانوذرات Al(L) n( s} ) ، این ذرات از طریق غشای سلولی یا اندوتلیوم طبق پنج مسیر اصلی منتقل می‌شوند: (1) از طریق یک مسیر خارج سلولی ؛ (2) از طریق یک مسیر درون سلولی. ؛ (3) از طریق انتقال فعال ؛ (4) از طریق کانال های انتقال؛ (5) از طریق ورود سلولی از طریق جذب یا گیرنده ها . علیرغم وجود گسترده آلومینیوم در پوسته زمین؛ با این حال، او هیچ نقش حیاتی ندارد. در مقدار pH بین 6-9، که مقدار pH مربوط به اکثر آبهای طبیعی است، آلومینیوم به شکل هیدروکسید یافت می شود و یک رسوب نامحلول است ، بنابراین در دسترس نیست. و این ویژگی مشترک اکثر عناصری است که نقش حیاتی ندارند.

در بدن انسان

بدن انسان به طور متوسط ​​حدود 50-150 میلی گرم آلومینیوم دارد. مقدار به طور مساوی توزیع شده است. طبقه بندی نمی شود برای انسان، در میان عناصر کمیاب ضروری برای عملکردهای حیاتی آن بدن انسان اکثر آلومینیومی را که ممکن است در غذا وجود داشته باشد دفع می کند و فقط با سرعتی بین 1-3 در هزار در دستگاه گوارش جذب می شود. در بافت ها توزیع می شود عمدتاً از طریق پروتئین های ترانسفرین . آلومینیوم را می توان به عنوان مثال به عنوان یک یون باردار در کمپلکس با فسفات حمل کرد . نیمه عمر یون های آلومینیوم در خون حدود 8 ساعت است.

در گیاهان

آلومینیوم معمولاً با شستشو از پوسته زمین توسط باران به گیاهان می رسد. این مورد به ویژه در مورد اثر باران اسیدی است . پدیده اسیدی شدن خاک یکی از عوامل مؤثر در افزایش آبشویی آلومینیوم است، زیرا زمانی که مقدار pH محیط کمتر از 5 می شود، آلومینیوم از ریشه به شکل ³⁺ یون های Al گیاه جذب می شود. این چیزی است که به رشد ریشه های ریز آسیب می رساند، به ویژه زمانی که گیاه توانایی تحمل آلومینیوم را نداشته باشد، زیرا تحت تنش قرار می گیرد، [126] این بر رشد ریشه و نقش عملکردی آن تأثیر منفی می گذارد. از سوی دیگر، برخی از گونه های گیاهی اصلاح شده ژنتیکی مانند سنگ شاهی و سورگوم وجود دارند که قادر به تحمل سطوح بالایی از آلومینیوم در خاک هستند.

محتوای آلومینیوم در برخی از انواع مواد غذایی

غذا	مطالب

میلی گرم بر کیلوگرم
چای (خشک شده)	385
برگ آویشن وحشی	212
کاکائو و شکلات	100
کاغذهای قدرت	28.5
حبوبات	22.5
غلات	13.7

در غذا

ردپایی از آلومینیوم در غذا وجود دارد و با توجه به منشأ متفاوت است و مقدار آن در غذاهای تازه کمتر از 5 میلی گرم در کیلوگرم (mg/kg) است. در مقابل، محتوای آلومینیوم در برگ های چای سیاه ممکن است به 1042 میلی گرم بر کیلوگرم برسد.

 

پختن یا نگهداری مواد غذایی در فویل آلومینیومی یا ظروف آلومینیومی ممکن است حداکثر مصرف آلومینیوم را تا 3.5 میلی گرم در روز برای هر نفر افزایش دهد. ممکن است در غذاهای اسیدی مانند کلم تخمیر شده بر اساس برآوردهای موسسه آلمانی ارزیابی خطر،

بنابراین توصیه می شود از ظروف آلومینیومی برای پخت و پز یا نگهداری غذاهای اسیدی استفاده نشود.

 

از سوی دیگر، نوشیدنی ها حاوی حداکثر درصد آلومینیوم بین 0.2-0.4 میلی گرم در لیتر هستند. بنابراین، منبع آلومینیوم رژیمی نیست.

تعیین کرده است سازمان ایمنی غذای اروپا 1 میلی گرم به ازای هر کیلوگرم وزن بدن را به عنوان حد هفتگی برای آلومینیوم در غذا از سوی دیگر، آلومینیوم ممکن است گاهی اوقات در افزودنی های غذایی استفاده شود ، و دارای شماره E E173 است، اما این به زمینه تزئین شیرینی محدود می شود.

اثرات زیست محیطی

یکی از اثرات زیست محیطی تولید آلومینیوم، ظهور مناطق وسیعی پس از استخراج بوکسیت است که پس از آن نیاز به جوانه زدن مجدد دارند . برای تولید یک تن آلومینیوم به حدود 4 تن بوکسیت نیاز است. و حفر آن ده تن پوشش سربار می دهد .

منجر فرآیند بایر به تجمع باطله‌های سنگ معدن بوکسیت قلیایی می‌شود که به « گل قرمز » نیز معروف است. مشکل این است که بهره مندی از این زباله ها دشوار است و خود باعث ایجاد مشکلات زیست محیطی می شوند. از سوی دیگر، فرآیند تولید آلومینیوم یکی از فرآیندهای بسیار انرژی بر است . همانطور که فرآیند الکترولیز برای تولید یک کیلوگرم آلومینیوم نیاز به مصرف حدود 12.9-17.7 کیلووات ساعت دارد.

این فرآیند همچنین حدود 10 کیلوگرم دی اکسید کربن (CO ₂₎ تولید می کند . عملیات بازیافت آلومینیوم به کاهش تأثیر ضایعات این فلز کمک می کند و به طور مداوم در حال افزایش است. استفاده از فرمولاسیون های آلومینیومی سبک، به عنوان مثال به شکل فوم ، به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از مصرف مواد و انرژی کمک می کند.

سطح آلومینیوم می تواند در نزدیکی سایت های معدن به دلیل عملیات تولید افزایش یابد. مقادیر کمی از آلومینیوم همچنین می‌تواند در سایت‌های تولید برق با سوخت زغال‌سنگ یا نزدیک زباله‌سوزها به محیط زیست نشت کند .

آلومینیوم معلق در هوا معمولاً توسط باران شسته می شود یا روی زمین رسوب می کند، اما این احتمال وجود دارد که برخی از ذرات ممکن است برای مدت طولانی در هوا معلق بمانند.

 

است بارش اسیدی عامل طبیعی اصلی

و همچنین عامل اصلی اثرات زیست محیطی آلومینیوم است. با این حال، علت اصلی آلومینیوم در آب شیرین و شور، فرآیندهای صنعتی است که آلومینیوم را در هوا آزاد می کند. وجود آلومینیوم در آب اثر سمی بر روی ماهی دارد ، زمانی که آب اسیدی است، زیرا آلومینیوم می‌تواند روی آبشش‌ها رسوب کند . که باعث عدم تعادل در تنظیم اسمزی (اسمزی) در او می شود. از نظر تئوری ممکن است که کمپلکس های آلی آلومینیوم ممکن است متابولیسم حیوانات و پرندگان را پس از بلع مختل کنند. با این حال، این به ندرت در عمل اتفاق می افتد.

 

وجود آلومینیوم در خاک های معتدل تاثیری بر رشد گیاهان ندارد. با این حال، غلظت بالای یون های آلومینیوم Al ^{3 +} Al در خاک اسیدی سمی و یکی از عوامل اصلی محدود کننده رشد گیاه محسوب می شود، زیرا بر رشد ریشه و نقش عملکردی آن تأثیر می گذارد.

یکی دیگر از پیامدهای زیست محیطی تولید آلومینیوم، افزایش انتشار گازهای گلخانه ای به بیوسفر است. خطرناک ترین این گازها فلوئوروکربن های ساطع شده از فرآیندهای ذوب هستند . همچنین دی اکسید گوگرد به تشکیل باران اسیدی کمک می کند .

 

اهمیت اقتصادی

در جایگاه دوم در بین مواد معدنی فلزی قرار دارد پس از آهن تولید جهانی آلومینیوم در سال 2016 به 58.8 میلیون متریک تن رسید و به این ترتیب از نظر میزان تولید (1.231 میلیون تن) از اوایل دهه 1980، قیمت آلومینیوم در بازار جهانی حدود 2000 دلار در هر تن (با خلوص 99.7٪) بوده است. . با این حال، در معرض نوسانات و نابرابری است، همانطور که در سال 2016 اتفاق افتاد که قیمت آن به حدود 1500 دلار کاهش یافت، قبل از اینکه قیمت به آستانه قبلی 2000 دلار بازگردد در سال 2020، ایالات متحده مالیات وارداتی 10 درصدی بر آلومینیوم وارداتی از کانادا برای محافظت از تولید داخلی خود،

 

صنعت آلومینیوم در منطقه عربی یکی از صنایع مهم است. کارخانه های آلومینیوم در تعدادی از کشورهای عربی مانند دوبال در امارات متحده عربی ، آلومینیوم سوهار در سلطان نشین عمان ، آلومینیوم قطر و آلومینیوم بحرین گسترش یافته اند . علاوه بر آلومینیوم مصر و آلومینیوم مراکش .

استفاده

از کاربردهای اصلی آلومینیوم می توان به ساخت انواع وسایل حمل و نقل از قبیل هواپیما، وسایل نقلیه، اتومبیل، دوچرخه و غیره اشاره کرد. علاوه بر تولید بسته‌ها و چیپس‌ها برای صنایع غذایی؛ و همچنین در ساخت و ساز فلزی برای ساخت پنجره ها و درها. و در صنایع مهندسی و الکترونیک.

 

صنعت سازه های فلزی

آلومینیوم سختی ساختاری ویژه بالایی دارد ، در مقایسه با فولاد ، قطعات صنعتی ساخته شده از آلومینیوم که سختی یکسانی دارند، وزنشان تقریباً به نصف کمتر است، اما حجم بیشتری دارند، زیرا چگالی آنها کمتر است.

به همین دلیل، آلومینیوم و آلیاژهای آن به طور گسترده در ساخت سازه های فلزی مورد استفاده در حمل و نقل، به ویژه در ساخت هواپیما و فضاپیما استفاده می شود. و همچنین در ساخت بدنه اتومبیل و دوچرخه. در سال 2010، صنعت وسایل نقلیه و حمل و نقل حدود 35 درصد از مصرف جهانی آلومینیوم را به خود اختصاص داده است.

 

اتومبیل ها

آلومینیوم و آلیاژهای آن به دلیل خواص حرارتی و مهندسی خوب (مانند چکش خواری ) به طور گسترده در صنعت قطعات خودرو استفاده می شود. آلومینیوم در نصب بدنه خودرو و اجزای آن مانند بال ها (فلپ ها) و کاپوت گنجانده شده است . همین امر در مورد نصب ساختار موتور و قطعات آن مانند پیستون ، سیلندرها و سر آنها و همچنین ساختار گیربکس نیز صدق می کند . و همچنین در نصب گروه حرکت و راهنماهای عرضی و غیره.

آلومینیوم همچنین در ساخت سکوهای بالابر دم در وسایل نقلیه خدمات تجاری استفاده می شود .

 

تریلرها

آلومینیوم همچنین در نصب تریلرها در راه آهن گنجانده شده است که به کاهش وزن تریلرهایی که عمدتاً از فولاد (فولاد) ساخته شده اند کمک کرد، به ویژه با توسعه روش های جوشکاری قوس الکتریکی مانند جوشکاری با گاز بی اثر – تنگستن و قوس الکتریکی. جوشکاری با فلز و گاز .

 

هواپیماها

از انواع آلیاژهای آلومینیوم مانند منیزیم و دورالومین در ساخت سازه های هواپیما استفاده می شود ، به طوری که حدود 60 درصد از جرم هواپیما را آلومینیوم تشکیل می دهد. قطعات آلومینیومی هواپیما معمولاً با وسایل مکانیکی (پرچ ) پرچ می شوند و برای این منظور از جوشکاری خودداری می شود.

 

صنایع الکترونیک

رسانایی الکتریکی

آلومینیوم به عنوان یک رسانای الکتریکی خوب طبقه بندی می شود ، زیرا پس از نقره ، طلا و مس از نظر هدایت الکتریکی در رتبه چهارم قرار دارد. این اغلب در برنامه هایی استفاده می شود که وزن قابل توجه یک مشکل است، مانند خطوط فشار قوی و پست ها .

نیز سیم های آلومینیومی با روکش مس در سیم کشی برق استفاده می شود .

از سوی دیگر، مس در نصب سیم‌های سقفی بر آلومینیوم ترجیح داده می‌شود، زیرا مس توانایی تماس و برداشت بهتر روی سطح را دارد.

صنایع الکترونیک

آلومینیوم به دلیل خواص خوب الکترونیکی و حرارتی در صنعت الکترونیک کاربرد دارد. وارد نصب مدارهای مجتمع و ترانزیستور می شود .

علاوه بر مقاومت کم ، سایر خواص متمایز آلومینیوم شامل سهولت ساخت با استفاده از اچ خشک و انتشار ضعیف جریان در مواد عایق است. با این حال، مس نیز در چنین کاربردهایی بر آلومینیوم ترجیح داده می شود.

 

بسته

در زمینه بسته بندی، آلومینیوم کاربردهای زیادی دارد، زیرا ، در ساخت ظروف نوشیدنی و کنسرو نیز علاوه بر ساخت فویل آلومینیومی استفاده می شود . برای چنین کاربردهایی به دلیل وزن سبک، دوام ، سهولت لمینیت و توانایی آن در ایجاد یک مانع مطمئن در برابر عوامل خارجی مانند هوا و نور ترجیح داده می شود.

گاهی اوقات از آلومینیوم در ساخت دیگ ها و ظروف مختلف مانند موکا پات برای تهیه قهوه استفاده می شود. صنعت بسته بندی حدود 17 درصد از مصرف آلومینیوم در اروپا در سال 2017 را به خود اختصاص داده است.

 

مهندسی ساخت و ساز

پودر و خمیر آلومینیوم در ساخت بتن سبک استفاده می شود . از ترکیبات معدنی مختلف آلومینیوم مانند هیدروکسی سولفات آلومینیوم، هیدروکسی فرمات آلومینیوم یا هیدروکسید آلومینیوم آمورف نیز برای تسریع سخت شدن بتن استفاده می شود.

 

استفاده از آلومینیوم و آلیاژهای آن در ساخت و سازهای مهندسی، در سازه های پنجره و درب گسترده است. و همچنین به طور عمده در نمای ساختمان ها ; ، انگلستان است به عنوان مثال موزه جنگ امپراتوری شمالی در منچستر بزرگ .

سایر برنامه ها

• آلومینیوم به دلیل انعکاس در برخی از کاربردها که نیاز به وجود آینه فلزی بازتابنده دارد مانند و اسکنرها بالا بازتابنده دوربین های و همچنین در چراغ های جلوی خودرو استفاده می شود . و دیگران.
• پودر آلومینیوم به عنوان پیشران در موشک های سوخت جامد استفاده می شود .
• گنجانده شده است همچنین در ترکیب آتش بازی .
• با توجه به قابلیت کاهش آلومینیم در دماهای بالا، از واکنش های گرمازا آلومینیوم برای به دست آوردن سایر فلزات در صنایع معدنی استفاده می شود. و همچنین در زمینه جوشکاری گرمازا .
• آلومینیوم اغلب در ساخت آلیاژهای مختلف با کاربردهای خاص مانند آلیاژ آن با تیتانیوم استفاده می شود .

خطرات

نمک های آلومینیوم غیر آلی به وضوح غیر سمی هستند ، به عنوان مثال، 6207 میلی گرم بر کیلوگرم است برای _LD50 آلومینیوم سولفات (موش، خوراکی)، که معادل 435 گرم برای یک فرد 70 کیلوگرمی است. طبقه بندی نمی شود آلومینیوم به عنوان یک فلز سنگین . طبقه بندی نشده است توسط وزارت بهداشت و خدمات انسانی ایالات متحده به عنوان یک سرطان زا . شواهد کافی برای نشان دادن اینکه قرار گرفتن در معرض معمولی با آلومینیوم ممکن است تهدیدی برای سلامت و ایمنی یک بزرگسال باشد وجود ندارد. آلومینیوم را نشان نمی دهد تجاوز نکند، شواهد موجود اثر سمی همچنین، اگر دوز آلومینیوم از 40 میلی گرم در روز به ازای هر کیلوگرم وزن بدن انسان . 10 میکروگرم در لیتر یون آلومینیوم در خون قابل قبول است و خطرناک نیست. اما زمانی که غلظت این یون ها حدود 60 میکروگرم در لیتر باشد، برای بدن خطرناک است. در حالی که غلظت 200 میکروگرم در لیتر سمی محسوب می شود. بیشتر آلومینیوم مصرفی بدن را در مدفوع رها می کند . بیشتر قسمت باقی مانده که وارد جریان خون می شود از طریق ادرار دفع می شود .

 

در موارد نادر، آلومینیوم می تواند باعث استئومالاسی مقاوم به ویتامین D و همچنین کم خونی میکروسیتیک مقاوم به اریتروپویتین ، به ویژه در بیماران مبتلا به نارسایی کلیوی شود .

تجویز مزمن سیلیکات آلومینیوم هیدراته (برای کنترل اسیدیته بیش از حد معده) می تواند باعث شود آلومینیوم به محتویات روده متصل شود و با سایر مواد مغذی معدنی مانند آهن و روی رقابت کند و دفع آن را افزایش دهد . به طوری که دوزهای بالای بیش از 50 گرم در روز می تواند باعث کم خونی شود . تعدادی از خطرات مرتبط با غلظت بالای آلومینیوم خون وجود دارد. ارتباط وجود دارد این ظن وجود دارد که بین آلومینیوم و بیماری آلزایمر . با این حال، دهه ها تحقیق نتوانسته است شواهدی مبنی بر وجود رابطه علی بین آنها ایجاد کند. از سوی دیگر، مشخص شده است که آلومینیوم بیان ژن مرتبط با استروژن را در سلول‌های کشت‌شده سرطان سینه انسان وجود آلومینیوم در غلظت های بسیار بالا نیز با تغییر عملکردی در عملکرد سد خونی مغزی همراه است .

 

قرار گرفتن مداوم در معرض پودر آلومینیوم یا دودهای جوشکاری آلومینیوم منجر به فیبروز ریوی می شود .

علاوه بر خطراتی که می تواند توسط پودر آلومینیوم ریز از نظر احتراق آسان و ایجاد خطرات شغلی ایجاد شود.