آلومینیم

شرح تصویر:

تصویر بدنۀ هواپیما و ورقۀ آلومینیم را نشان می‌دهد که دو مورد از کاربردهای متعدد و متنوع آلومینیم هستند.

شکل ظاهری:

آلومینیم فلزی نقره‌ای‌ـ سفید، سبک‌وزن، نرم و انعطاف‌پذیر است.

کاربردها:

آلومینیم در محصولات بسیار متنوعی مانند قوطی‌های کنسرو، ورقه‌های آلومینیمی، ظروف آشپزخانه، چارچوب پنجره‌ها و قطعات هواپیما به کار می‌رود. این استفاده وسیع به دلیل خواص ویژۀ آلومینیم است. آلومینیم چگالی کمی دارد، غیرسمّي است، رسانایی گرمایی بالایی دارد، دارای مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی است و قالب‌ریزی، ماشین‌کاری و شکل‌دهی آن ساده است. آلومینیم همچنین غیرمغناطیسی و غیرآتش‌گیر است. آلومینیم از نظر انعطاف‌پذیری دومین فلز و از نظر رسانایی ششمین فلز است.

از آلومینیم معمولاً به شکل آلیاژ استفاده می‌شود، زیرا خودِ فلز آلومینیم چندان محکم نیست. آلیاژهای آلومینیم با مس، منگنز، منیزیم و سیلیسیم، سبک‌وزن اما محکم‌اند. این آلیاژها اهمیت بسیاری در ساخت هواپیماها و دیگر وسایل نقلیه دارند.

آلومینیم رسانای خوبی برای الکتریسیته است و اغلب در خطوط انتقال برق به کار می‌رود، زیرا از مس ارزان‌تر است و در وزن یکسان تقریباً دوبرابر مس رسانایی دارد.

هنگامی که آلومینیم در خلأ تبخیر شود، روکشی ایجاد می‌کند که نسبت به نور و گرما بسیار بازتابنده است و مانند روکش‌های نقره، سیاه نمی‌شود. این روکش‌های آلومینیمی در ساخت آینه تلسکوپ‌ها، کاغذهای تزیینی، بسته‌بندی و اسباب‌بازی‌ها کاربرد دارد.

نقش زیست‌شناختی:

آلومینیم نقش زیست‌شناختی شناخته‌شده‌ای ندارد. یون‌های انحلال‌پذیر ۳+ آن برای گیاهان، سمّی است. خاک‌های اسیدی تقریباً نیمی از زمین‌های زراعی را تشکیل می‌دهند و اسیدی بودن خاک، آزاد شدن یون‌های Al3+ از کانی‌های آلومینیم را سرعت می‌دهد. در این شرایط جذب این یون‌ها به‌وسیلۀ گیاهان، محصولات کشاورزی را کاهش می‌دهد.

بدن ما تنها بخش کوچکی از آلومینیم موجود در غذاها را جذب می‌کند. غذاهایی که میزان آلومینیم آن‌ها بالاتر از حد متوسط است عبارتند از چای، پنیر فرآوری‌شده، عدس و کیک‌های اسفنجی (به خاطر مواد پوک‌کنندۀ آلومینیم‌دار). پخت‌وپز در ظروف آلومینیمی میزان آلومینیم غذا را چندان افزایش نمی‌دهد، مگر آنکه غذا اسیدی باشد، مانند ریواس. برخی قرص‌های سوءهاضمه آلومینیم هیدروکسید خالص‌اند.

آلومینیم ممکن است در بدن انباشته شود؛ به ارتباط این موضوع با بیماری آلزایمر اشاره شده، اما اثبات نشده است.

فراوانی طبیعی:

آلومینیم فراوان‌ترین فلز در پوسته زمین است (۸/۱ درصد)، اما به ندرت به شکل خالص در طبیعت یافت می‌شود. آلومینیم معمولاً در کانی‌هایی مانند بوکسیت و کرولیت پیدا می‌شود. این کانی‌ها، سیلیکات‌های آلومینیم هستند.

متداول‌ترین روش تولید صنعتیِ آلومینیم، فرایند هال‌ـ هرولت است. در این فرایند آلومینیم اکسید در کریولیت مذاب حل می‌شود و س‍پس با استفاده از جریان برق به آلومینیم خالص احیا می‌شود. تهیه آلومینیم از نظر مصرف انرژی بسیار پرهزینه است. ۵ درصد برق تولیدشده در آمریکا صرفِ تولید آلومینیم می‌شود. در عین‌حال آلومینیم تولیدشده را می‌توان به‌سادگی بازیافت کرد، زیرا در برابر خوردگی مقاوم است.

تجزیۀ عنصری یک شیء تزیینی نادر در آرامگاه چاوچو (یکی از رهبران نظامیِ قرن سوم میلادی در چین) نشان داد که محتوی ۸۵ درصد آلومینیم است، اما اینکه در آن زمان چگونه آلومینیم را تولید کرده‌اند، هنوز معما است. در پایان دهه ۱۷۰۰ میلادی می‌دانستند که آلومینیم اکسید شامل یک فلز است اما تمام تلاش‌ها برای استخراج این فلز شکست خورده بود. همفری دیوی با استفاده از جریان الکتریکی، سدیم و پتاسیم را از به‌اصطلاح «خاک» (اکسید) آنها جدا کرده بود اما با این روش آلومینیم به دست نیامده بود. اولین شخصی که به آلومینیم دست یافت هانس کریستین اورستد از کپنهاگ دانمارک و در سال ۱۸۲۵ میلادی بود که آلومینیم کلرید را با پتاسیم حرارت داد؛ ولی آلومینیمی که به دست آورد ناخالصی داشت. در سال ۱۸۲۷ میلادی شیمی‌دان آلمانی فریدریش وهلر این روش را کامل کرد و با استفاده از سدیم به جای پتاسیم توانست برای اولین بار آلومینیم خالص به دست آوَرد.

 
شعاع اتمی ناپیوندی (Å): ۱/۸۴
شعاع کووالانسی (Å): ۱/۲۴
الکترون‌خواهی (kJ/mol): ۴۱/۷۶۲
الکترونِگاتیویته (مقیاس پاولینگ): ۱/۶۱
انرژی‌های یونش اول دوم سوم چهارم پنجم ششم هفتم هشتم
kJ/mol ۵۷۷/۵۳۹  ۱۸۱۶/۶۷۹  ۲۷۴۴/۷۸۱  ۱۱۵۷۷/۴۶۹  ۱۴۸۴۱/۸۵۷  ۱۸۳۷۹/۴۹  ۲۳۳۲۶/۳  ۲۷۴۶۵/۵۲

حالت‌های اُکسایش معمول: ۳

ایزوتوپ‌ها:

ایزوتوپ جرم اتمی فراوانی طبیعی (٪) نیمه‌عمر شیوه واپاشی
27Al ۲۶/۹۸۲ ۱۰۰ - -

داده‌ها:

W. M. Haynes, ed., CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, 95th Edition, Internet Version 2015, accessed December 2014

Tables of Physical & Chemical Constants, Kaye & Laby Online, 16th edition, 1995. Version 1.0 (2005), accessed December 2014

J. S. Coursey, D. J. Schwab, J. J. Tsai, and R. A. Dragoset, Atomic Weights and Isotopic Compositions (version 4.1), 2015, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, accessed November 2016

خواص و کاربردها:

John Emsley, Nature’s Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements, Oxford University Press, New York, 2nd Edition, 2011

Thomas Jefferson National Accelerator Facility - Office of Science Education, It’s Elemental - The Periodic Table of Elements, accessed December 2014

تاریخچه:

Elements 1-112, 114, 116 and 117 © John Emsley 2012. Elements 113, 115, 117 and 118 © Royal Society of Chemistry 2017

همه عنصرها
آ ایتربیم پروتاکتینیم د ژ فلوئور گوگرد نوبلیم
آرسنیک ایتریم پرومتیم دابنیم ژرمانیم ق ل نیتروژن
آرگون ایریدیم پلاتین دارماشتدیم س قلع لانتان نیکل
آکتینیم ایندیم پلوتونیم دیسپروزیم ساماریم ک لوتسیم نیهونیم
آلومینیم اینشتاینیم پولونیم ر سدیم کادمیم لورنسیم نئوبیم
آنتیموان ب ت رادرفوردیم سرب کالیفرنیم لیتیم نئودیمیم
آهن باریم تالیم رادون سریم کبالت لیورموریم نئون
الف برکلیم تانتال رادیم سزیم کربن م و
اربیم برم تربیم رنیم سلنیم کروم مایتنریم وانادیم
اروپیم بریلیم تکنسیم روبیدیم سیبورگیم کریپتون مس هـ
استاتین بور تلوریم روتنیم سیلیسیم کلر مسکوویم هاسیم
استرونسیم بوریم تنسین رودیم ط کلسیم مندلویم هافنیم
اسکاندیم بیسموت تنگستن رونتگنیم طلا کوپرنیسیم منگنز هلیم
اسمیم پ توریم روی ف کوریم منیزیم هولمیم
اکسیژن پالادیم تولیم ز فرانسیم گ مولیبدن هیدروژن
امریسیم پتاسیم تیتانیم زنون فرمیم گادولینیم ن ی
اورانیم پرازئودیمییم ج زیرکونیم فسفر گالیم نپتونیم ید
اوگانسون جیوه فلروویم نقره