אלומיניום

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
צורן - אלומיניום - מגנזיום
 
B
Al
Ga  
 
 
Al-TableImage.png
כללי
מספר אטומי 13
סמל כימי Al
סדרה כימית מתכות
צפיפות 2700 kg/m3
מראה
אפור כסוף מתכתי
Aluminium-4.jpg
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: Aluminum או Aluminium; עברית: חמרן) הוא יסוד כימי מתכתי שסמלו הכימי Al ומספרו האטומי 13. מתכת רקיעה וכסופה. זהו היסוד השלישי בשכיחותו (כ-8 אחוז) בקרום כדור הארץ‏, אחרי חמצן וצורן, והשכיח ביותר בין המתכות. נמצא בעיקר במחצבי בוקסיט ומצוין בחסינותו לחמצון, בעמידותו ובצפיפותו הנמוכה, המאפשרת ייצור מוצרים קלי משקל. לאלומיניום חשיבות כלכלית גבוהה והוא משמש בתעשיות רבות (חלונות אלומינום, דלתות, ידיות וכיוצא בזה).

תכונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

האלומיניום הוא מתכת קלה, שצפיפותה שליש מצפיפות פלדה או נחושת. חשיל (מחושל בקלות, השני בחשילותו אחרי זהב), רקיע (מקום ששי ברקיעותו), מתגבש ומעוצב בקלות. רך יחסית ונוח לעיבוד שבבי. לאלומיניום ברק עמום הנוצר בעקבות שכבה דקה של אלומיניום חמצני - אלומינה, המופיעה מיד בחשיפה לאוויר. האלומינה קשה ביותר, ואינה מתפוררת מגוף האלומיניום, ובכך מקנה לו עמידות לשיתוך.

חסר תכונות מגנטיות. מוליך בצורה טובה חשמל וחום.

שימושים[עריכת קוד מקור | עריכה]

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 מחזור) סה"כ כ-44 מיליוני מ"ק אלומיניום.‏[1]

לאלומיניום טהור חוזק מתיחה נמוך, אך 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:

  • משמש ליצירת חלקי מכוניות, מטוסים, משאיות, פסי רכבת, כלי שיט, טילים וכדומה בזכות משקלו הקל.
  • שימושים רבים מאוד בתחום הבנייה - הוא משמש כחומר עיקרי למסגרות חלונות ודלתות.
  • 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%) 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 אך היא יקרה וקשה יותר לייצור.
  • לאלומיניום חמצני תפקיד בייצור זכוכית ואבני אודם וספיר מלאכותיות.
  • נייר עטיפה - נייר העטיפה (כגון של שוקולד) הוא בעצם יריעת אלומיניום דקה הניתנת לגלילה ולעטיפת מוצרי מזון.
  • באלומיניום פחמני משתמשים בתעשיית תרסיסי הדאודורנט כחומר מונע הזעה.
  • תערובת של תחמוצת מתכתית (כתחמוצת ברזל) עם אבקת אלומיניום נקראת תרמיט ומשמשת לריתוך ולמטרות צבאיות.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

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. ולר שיפר את התהליך שביצע הנס כריסטיאן ארסטד שנתיים לפני כן, בו הופק לכאורה אלומיניום, וטען כי ארסטד הפיק למעשה אשלגן. האדם הראשון שגילה את האלומיניום במכרה בוקסיט (מינרל המכיל אלומיניום) ומיצה אותו בהצלחה היה פ. ברטייה. אנרי סנט-קלר דוויל ( Henri Etienne Sainte-Claire Deville) שיפר את התהליך, השתמש בנתרן במקום אשלגן כמחזר והצליח להפיק כמה קילוגרמים של המתכת. האלומיניום שהופק באופן זה היה יקר (200 ליש"ט לק"ג). המתכת החדשה הוצגה ביוני 1855 בתערוכה בפריז ונפוליאון השלישי שהתרשם ממנה ציוה להחליף את הסכו"ם בארמון לכלי אלומיניום. החפצים הראשונים שיוצרו מאלומיניום היו רעשן לבנו הפעוט של נפוליאון השלישי, ושרשרת שעון עשויה אלומיניום אשר הוענקה למלך סיאם שביקר אז בצרפת. חזונו של נפוליאון השלישי לייצר ציוד צבאי מאלומיניום הביא לתמיכת ממשלת צרפת בפיתוח ואיפשרה לדוויל להרחיב את ייצור החומר עד ל-2 טונות שהופקו בשנת 1859‏[2]. עם זאת הפקת האלומיניום המשיכה להיות יקרה ומסובכת - ב-1884 עם השלמת בנייתה של אנדרטת וושינגטון הוצבה פירמידת אלומיניום בראש העמיד כמפגן של עוצמה טכנולוגית, קדקוד מתכת זה שמשקלו כ-3 ק"ג היה פריט האלומיניום הכבד ביותר שהופק עד אז‏[3]. ייצור המוני של אלומיניום התאפשר רק בזכות פתוחיו של האמריקאי צ'ארלס מרטין הול שרשם פטנט ב-1886 על תהליך אלקטרוליזה למיצוי אלומיניום. בתהליך זה מבוצעת 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 עירוב של אלומיניום, נחושת ומגנזיום יוצר סגסוגת חדשה שנקראה דוראלומין (Duralumin) שלה תכונות הדומות לפלדה רכה אך משקלה הסגולי שליש בלבד מזה של פלדה. תכונות אלו איפשרו יצור מטוסים קלים וחזקים מדוראלומין.

ייצור אלומיניום[עריכת קוד מקור | עריכה]

אף-על-פי שאלומיניום הוא יסוד נפוץ בקרום כדור הארץ (בין 7.5% ל-8.1%), הוא אינו מופיע בטבע כמתכת ולא ניתן להפרידו בשיטות מסורתיות. אלומיניום נחשב מתכת מסחרית חדשה והיא מיוצרת בכמויות מסחריות מ-1900. מיחזור אלומיניום הפך לחלק חשוב בתעשיית ייצורו. זיקוק אלומיניום דורש כמויות חשמל עצומות, בעוד שמיחזור דורש רק 5% מהאנרגיה הזאת. המנהג למחזר אלומיניום אינו חדש והחל בתחילת המאה ה-20.

תהליך באייר[עריכת קוד מקור | עריכה]

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 (ברמת נקיות של 99%).

כימיה[עריכת קוד מקור | עריכה]

דרגת חימצון 1+[עריכת קוד מקור | עריכה]

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

דרגת חימצון 2+[עריכת קוד מקור | עריכה]

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

דרגת חימצון 3+[עריכת קוד מקור | עריכה]

  • ניתן להפיק אלומיניום הידריד (AlH3)n מ-Al(CH3)3 ומימן. ניתן גם לייצרו מ-AlCl3 כשנמצא בתמיסת אתר.
  • אלומיניום קרביד Al4C3 מופק בחימום אלומיניום ופחמן בטמפרטורה העולה על 1000 מעלות צלזיוס.
  • ניתן להפיק אלומיניום חנקתי (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.

סיכונים בריאותיים[עריכת קוד מקור | עריכה]

על-פי רוב, אין לאלומיניום השפעה על תאים חיים. עם זאת, ישנם אנשים המפתחים אלרגיה לאלומיניום, המתבטאת בדלקת בעור, גירודים ועוד[דרוש מקור].

קיימים מחקרים המראים קשר בין ריכוזי אלומיניום גבוהים במי השתייה למחלת אלצהיימר, כמו גם למחלות ניווניות אחרות של המוח‏[4]. במחקרים אחרים נמצא כי המחיצות (plaques), הנוצרות במוחותיהם של חולי אלצהיימר, מכילות לעתים כמויות אלומיניום גדולות יחסית, אף כי טרם הוצע מנגנון המקשר בין נוכחות האלומיניום לבין המחלה‏[5].

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ World Aluminium — Primary Aluminium Production
  2. ^ ספר המתכות, פרקים בתולדות הכימיה, פרופ' יצחק קלוגאי, הוצאת ראובן מס, 1960
  3. ^ סם קין, הכפית הנעלמת - הקסם המסתורי של הטבלה המחזורית, פרק 13
  4. ^ "Aluminum and silica in drinking water and the risk of Alzheimer's disease or cognitive decline: findings from 15-year follow-up of the PAQUID cohort", פברואר 2009, American Journal Of Epidemiology
  5. ^ "Demonstration of aluminum in amyloid fibers in the cores of senile plaques in the brains of patients with Alzheimer's disease", נובמבר 2009, Journal Of Inorganic Biochemistry