אלומניום-יצור - מה זה אלומניום

אלומיניום היא מתכת קלה, רכה וחסרת תכונות מגנטיות. לאלומיניום ברק עמום שנוצר בעקבות שכבה דקה של אלומיניום חמצני המופיעה מיד כשאלומיניום נחשף לאוויר. צפיפות האלומיניום היא שליש מצפיפות פלדה או נחושת. אלומיניום חשיל (מחושל בקלות, השני הכי חשיל אחרי זהב), רקיע (מקום שישי ברקיעותו), מתגבש ומעוצב בקלות. לאלומיניום עמידות גבוהה נגד שיתוך בזכות שכבת האלומיניום החמצני המצפה אותו. כאשר מערבבים אבקת אלומיניום עם אבק תחמוצת ברזל (חלודה), ומחממים, נוצרת תגובה אקסותרמית (פולטת חום) מאוד ובעבר השתמשו בתגובה זו לריתוך פסי רכבת.

[עריכה] שימושים

אם מודדים במידות של כמות או ערך, השימוש באלומיניום עולה על זה של כל מתכת אחרת פרט לברזל. לאלומיניום טהור יש כוח מתיחה נמוך, אבל בסגסוגות עם מתכות אחרות, כגון נחושת, אבץ, מגנזיום וצורן, מפגין האלומיניום תכונות מצוינות המתאימות לתפקידים רבים.

אלומיניום מכוסה בשכבה דקה ומחזירת אור של אלומיניום חמצני. שכבה זו לא "מתקלקלת" עם הזמן כמו ציפוי כסף ומחזיקה מעמד כמעט לנצח. למעשה, 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.

250pאלומיניום

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 למעבדי 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.

[עריכה] 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.

גרמניה הפכה להיות המובילה העולמית בייצור אלומיניום מיד לאחר שאדולף היטלר צבר כוח. ב-1942, תחנת כוח הידרואלקטרית (מפיקה חשמל ממפל מים) של ארצות הברית נתנה משהו שהגרמנים הנאצים לא יכלו להתמודד מולו - ייצור של 61,000 מטוסי קרב ב-4 שנים בלבד.

[עריכה] 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). אלומיניום נחשב מתכת מסחרית חדשה והיא מיוצרת בכמויות מסחריות מ-1900. מיחזור אלומיניום הפך למרכיב חשוב מתעשיית האלומיניום. זיקוק אלומיניום דורש כמויות עצומות של חשמל, בעוד שמחזור דורש רק 5% מהאנרגיה הזאת. המנהג למחזר אלומיניום אינו חדש והתחיל בתחילת המאה ה-20.

[עריכה] 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 למיכל 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).

[עריכה] כימיה

[עריכה] 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.

[עריכה] דרגת חימצון 2+

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

[עריכה] 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.