אלומיניום

צורן - אלומיניום - מגנזיום   B Al Ga       הטבלה המחזורית
כללי
מספר אטומי	13
סמל כימי	Al
סדרה כימית	מתכות
צפיפות	2700 kg/m3
מראה	אפור מבריק
תכונות אטומיות
משקל אטומי	26.981538 amu
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה	2, 8, 3
תכונות פיזיקליות
מצב צבירה בטמפ' החדר	מוצק
טמפרטורת התכה	933.47K (660.32°C)
טמפרטורת רתיחה	2792.15K (2519°C)
לחץ אדים	2.42Pa ב-K
מהירות הקול	5100 מטר לשנייה ב933K
שונות
אלקטרושליליות	1.61
קיבול חום סגולי	900 J/(kg·K)
מוליכות חשמלית	37.7 106/m·Ω
מוליכות תרמית	237 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה	577.5 kJ/mol

אַלוּמִינְיוּם (אנגלית: Aluminium, עברית: חמרן) הוא יסוד כימי מתכתי המסומל כ-Al. מספרו האטומי 13.

האלומיניום הוא מתכת רקיעה וכסופה. אלומיניום הוא היסוד המתכתי השכיח ביותר בקרום כדור הארץ , והיסוד השלישי בשכיחותו (כ-8 אחוז) בקרום כדור הארץ‏, אחרי חמצן וצורן ‏.

האלומיניום נמצא בעיקר במחצבי בוקסיט ומצוין בחסינותו להתחמצנות, בעמידותו ובמשקלו הקל. לאלומיניום חשיבות כלכלית רבה והוא משמש בתעשיות רבות.

תכונות

אלומיניום היא מתכת קלה, צפיפותה היא שליש מצפיפות פלדה או נחושת.

אלומיניום חשיל (מחושל בקלות, השני הכי חשיל אחרי זהב), רקיע (מקום שישי ברקיעותו), מתגבש ומעוצב בקלות. אלומיניום הינו רך יחסית ונוח לעיבוד שבבי.

לאלומיניום ברק עמום שנוצר בעקבות שכבה דקה של אלומיניום חמצני - אלומינה, המופיעה מיד בחשיפה לאוויר. האלומינה קשה ביותר, ואינה מתפוררת מגוף האלומיניום, ובכך מקנה לו עמידות לשיתוך.

האלומינים חסר תכונות מגנטיות. האלומיניום היא מתכת המוליכה בצורה טובה חשמל וחום.

שימושים

אם מודדים במידות של כמות או ערך, השימוש באלומיניום עולה על זה של כל מתכת אחרת פרט לברזל. ע"פ נתוני איגוד האלומיניום הבינלאומי בשנת 2011 הופקו בעולם (לא כולל מיחזור) סה"כ כ44 מיליוני מטר קוב אלומיניום.

לאלומיניום טהור יש חוזק מתיחה נמוך, אבל בסגסוגות עם מתכות אחרות, כגון נחושת, אבץ, מגנזיום וצורן, מפגין האלומיניום תכונות מצוינות המתאימות לתפקידים רבים.

האלומיניום משמש ליצירת מוצרים העומדים בעומס מכני בינוני ודורשים משקל נמוך ועמידות בשיתוך.

לרוב המראות בימינו שכבת אלומיניום במשטחן האחורי. גם במראות של טלסקופים משתמשים באלומיניום. שימושים נוספים:

• אלומיניום משמש ליצירת חלקי מכוניות, מטוסים, משאיות, פסי רכבת, כלי שיט, טילים וכדומה בזכות משקלו הקל.
• לאלומיניום שימושים רבים מאוד בתחום הבנייה - הוא משמש כחומר עיקרי למסגרות חלונות ודלתות, כחומר עזר בבנייה בגבס ועוד פרטי בנייה מסוגים רבים ושונים.
• כלים יומיומיים כמו כלי מטבח, בזכות היותו מוליך חום מצוין, והקלות שבה ניתן להחזיקו נקי ומבריק.
• פחיות שתייה, משום שהמכלים אינם מחלידים, משקלם זניח וקל מאוד למעוך אותן לצורך איסוף.

אלומיניום

• קווי תמסורת חשמליים; למרות שאלומיניום מוליך רק 60% מהמוליכות של נחושת הוא זול יותר.
• לאלומיניום טהור (99.999%) יש שימוש בתעשיית האלקטרוניקה ובייצור תקליטורים.
• אבקת אלומיניום משמשת לעתים קרובות להכנת צבע כסף.
• גופי קירור לרכיבים אלקטרוניים פולטי חום כמו למשל מעבדי מחשבים עשויים מאלומיניום בזכות מוליכות החום הטובה שלו. נחושת עדיפה לתפקיד זה אבל היא יקרה וקשה יותר לייצור.
• לאלומיניום חמצני תפקיד בייצור זכוכית ואבני אודם וספיר מלאכותיות.
• נייר עטיפה - נייר העטיפה (כמו למשל של שוקולד) הוא בעצם יריעה דקה של אלומיניום הניתנת לגלילה ולעטיפת מוצרי מזון.
• באלומיניום פחמני משתמשים בתעשיית תרסיסי הדאודורנט כחומר מונע הזעה.
• תערובת של תחמוצת מתכתית (כמו תחמוצת ברזל) עם אבקת אלומיניום נקראת תרמיט ומשמשת לריתוך ולמטרות צבאיות.

היסטוריה

האזכור הקדום ביותר לאלומיניום נמצא בספרו של פליניוס הזקן תולדות הטבע (Naturalis Historia):

"יום אחד צורף ברומא הורשה להציג בפני הקיסר טיבריוס צלחת עשויה ממתכת חדשה. הצלחת הייתה קלה מאוד ובהירה כמעט כמו כסף. הצורף סיפר לקיסר שהוא הכין את המתכת מטיט רגיל. בנוסף לכך הוא אמר שרק הוא והאלים יודעים איך להכין את המתכת הזאת מטיט. הקיסר נהייה סקרן וכמומחה פיננסי הוא נהייה מודאג. הקיסר חשש שכל אוצרותיו שעשויים מזהב וכסף יאבדו את ערכם אחרי שאנשים פשוטים יפיקו את המתכת הבהירה שהציג בפניו הצורף מטיט. במקום לתת לצורף את הקרדיט, הקיסר ציווה לערוף את ראשו."

היוונים והרומאים הקדמונים השתמשו במלחי אלומיניום כחומרי צביעה ובתור חומר עוצר דימום בפצעים. אלום (מלח אלומיניום) עדיין משמש כחומר עוצר דימום. ב-1761 גיטון דה מורבו הציע לקרוא לאלום אלומין. ב-1808 זיהה האמפרי דייווי את האלומיניום כמתכת באלום.

בידוד אלומיניום בוצע לראשונה על ידי פרידריך ולר ב-1827 כשערבב אשלגן עם אלומיניום כלורי. אלומיניום לא טהור הופק שנתיים לפני כן על ידי הנס כריסטיאן אורסטד. האדם הראשון שגילה את האלומיניום במכרה בוקסיט (מינרל המכיל אלומיניום) ומיצה אותו בהצלחה היה פ. ברטייה.

האמריקני צ'ארלס מרטין הול רשם פטנט ב-1886 על תהליך אלקטרוליזה של מיצוי אלומיניום. התהליך מבוסס על אלקטרוליזה של תחמוצת אלומיניום המומסת במינרל קריאוליט כשהוא מותך. פטנט זה הפך את מיצוי האלומיניום ממינרלים לזול יותר וכיום זהו תהליך המקובל בכל העולם.

ב-1909 התגלה בגרמניה כי סגסוגת של אלומניום +נחושת+מגנזיום יוצר מתכת חדשה שנקראה דוראלומין (DURALUMIN) שלה תכונות הדומות לפלדה רכה אך משקל הדוראלומין שליש בלבד ממשקל הפלדה. תכונות אלו איפשרו יצור מטוסים קלים וחזקים מדוראלומין.

צורה בטבע

אף על-פי שאלומיניום הוא מתכת מאוד נפוצה בקרום כדור הארץ (בין 7.5% ל-8.1%), היא מאוד נדירה בצורתה החופשית ובעבר נחשבה יותר יקרה מזהב (מסופר שלנפוליאון השלישי היה סט צלחות מאלומיניום שנשמר לאורחיו המכובדים ביותר; השאר השתמשו בצלחות זהב^{[דרוש מקור]}). אלומיניום נחשב מתכת מסחרית חדשה והיא מיוצרת בכמויות מסחריות מ-1900. מיחזור אלומיניום הפך לחלק חשוב בתעשיית ייצורו. זיקוק אלומיניום דורש כמויות עצומות של חשמל, בעוד שמיחזור דורש רק 5% מהאנרגיה הזאת. המנהג למחזר אלומיניום אינו חדש והתחיל בתחילת המאה ה-20.

תהליך באייר

רוב האלומיניום מופק מהמינרל בוקסיט, בתהליך שנקרא "תהליך באייר" (Bayer Process).

הבוקסיט נטחן ומושרה בנתרן הידרוקסידי (NaOH) בסיר לחץ. בתנאים אלו Al₂O₃ הופך לNaAl(OH)₄ ומתמוסס בעוד טיטניום, צורן וברזל נשארים כמשקע. התערובת מסוננת ומועברת למכל שיקוע שבו NaAl(OH)₄ מתגבש לAl(OH)₃. הגבישים נשטפים ומחוממים בכבשן לטמפרטורה של 1000 מעלות צלזיוס עד שנוצר Al₂O₃, בהתאם למשוואה הבאה:

$\ 2 Al(OH)_{3(s)} \rarr 2 Al_2O_{3(s)} + 3 H_2O_{(g)}$

תחמוצת האלומיניום עוברת אלקטרוליזה ועל הקתודה מתקבל אלומיניום נוזלי טהור (99% טהור).

כימיה

דרגת חימצון 1+

• AlH מיוצר בחימום אלומיניום ב-1500 מעלות צלזיוס בסביבת מימן.
• Al₂O מיוצר בחימום Al₂O₃ עם צורן בואקום בטמפרטורה של 1800 מעלות צלזיוס.
• Al₂S מיוצר בחימום Al₂S₃ יחד עם שבבי אלומיניום בואקום בטמפרטורה של 1300 מעלות צלזיוס.
• AlF, AlCl ו-AlBr קיימים במצב צבירה גז והם מיוצרים כשתרכובת הלוגנית מחוממת עם אלומיניום.

דרגת חימצון 2+

• אלומיניום חד-חמצני (AlO) יכול להיווצר כששורפים אבקת אלומיניום בחמצן.

דרגת חימצון 3+

• ניתן להפיק אלומיניום הידריד (AlH₃)_n מ-Al(CH₃)₃ ומימן. ניתן גם לייצר אותו מ-AlCl₃ כשנמצא בתמיסת אתר.
• אלומיניום קרביד Al₄C₃ מופק בחימום אלומיניום ופחמן בטמפרטורה העולה על 1000 מעלות צלזיוס.
• ניתן להפיק AlN בחימום אלומיניום וחנקן בטמפרטורה של 800 מעלות צלזיוס או בהידרוליזה של אמוניה עם אלומיניום הידרוקסידי .
• אלומיניום זרחתי (AlP) מיוצר גם הוא בצורה דומה לזו של AlN.
• Al₂S₃ מיוצר כשמעבירים על אבקת אלומיניום מימן גופרתי (H₂S), זהו חומר רב צורתי.

אמצעי זהירות

לאלומיניום אין השפעה על תאים חיים, אבל ישנם אנשים שמפתחים אלרגיה אליו שמתבטאת בדלקת בעור, גירודים ועוד. קיים חשד לקשר בין החשיפה לאלומיניום ולהתפתחות מחלת אלצהיימר^{[דרוש מקור]}.

קישורים חיצוניים

• אלומיניום באתר סנונית
• אלומיניום, באנציקלופדיה ynet
• אלומיניום בWebelements
• אלומיניום ב Alu-Scout