ألومنيوم

الأَلُومِنْيومهوعنصر كيميائيرمزهAlوعدده الذرّي13؛ وهو يقع ضمنعناصر الدورة الثالثةوفي المرتبة الثانية فيالمجموعة الثالثة عشرة(المجموعة الثالثة وفق ترقيمالمجموعات الرئيسية) فيالجدول الدوري. الألومنيومفلز خفيفذو لون أبيض فضي، ويتميّز بانخفاضكثافته؛ وهو قابلللسحب والطرق. وهو أكثر الفلزات انتشاراً فيالقشرة الأرضية، فترتيبه الثالث من بين أكثر العناصر الكيميائية وفرةً فيها بعدالأكسجينوالسيليكون؛ حيث يشكّل الألومنيوم حوالي 8% من كتلة سطح الأرض الصلب. لهذا الفلزنظيرٌمستقرّ وحيد، وهو النظير ألومنيوم-27Al.
عادةً ما يشكّل الألومنيوم مركّباته الكيميائية فيحالة الأكسدة+3؛ ولهذا الفلزألفة كيميائيةكبيرة تجاهالأكسجين، ممّا يؤدّي إلى تشكّل طبقةٍ منالأكسيدعلى سطحه تعمل علىتخميله. أعلنهانز كريستيان أورستداكتشاف الألومنيوم سنة 1825؛ في حين عملهنري إتيان سانت كلير ديفيلعلى تأسيس الإنتاج الصناعي لهذا الفلز سنة 1856؛ بالمقابل ساهمتعملية هول-هيروالمُطوَّرَة سنة 1886 في تخفيض تكاليف الإنتاج. إنّ المصدر الرئيسي للألومنيوم هوخامالبوكسيت؛ وأنتج منه عالمياً سنة 2016 حوالي 115 مليون طن؛ ومن جهةٍ أخرى، بلغ معدّلإعادة تدوير الألومنيومعالمياً حوالي 40%.
يمتاز الألومنيوم بمقاومتهللتآكلوبانخفاض كثافته؛ ممّا جعله محطّ اهتمامٍ في مجال صناعةالطائرات؛ كما للعناصر البنيوية والهياكل المصنوعة من الألومنيوم وسبائكه دورٌ فعّال في الصناعة الفضائية؛ وهي مهمّة جدّاً في مجالات أخرى مثلالنقلوالبناء؛ كما أنّ طبيعته التفاعلية جعلته مفيداً في مجالالتحفيزالكيميائي. من جهةٍ أخرى، لا يوجد دورٌ حيويٌ معروفٌ للألومنيوم عند الكائنات الحيّة، ولكن لا يزال ذلك الأمر محطّ اهتمام وموضوع دراسات مستمرّة.
كانت أملاحالشبّهي أولى أملاح الألومنيوم التي جرى التعامل بها، على الرغم من أنّ تركيبها لم يكن معروفاً في البداية؛ حيث دوّنهاهيرودوتفي سجلّاته التي تعود إلى القرن الخامس قبل الميلاد.كانت أملاح الشب تستخدم فيترسيخ ألوان الصبغات،ووجدت لها أهميةً فيالصناعات النسيجية؛فأصبحت سلعةً تجاريةً مهمّةً،وكانت تُصدَّر إلى أوروبا من دول وممالك شرقي المتوسط حتى أواسط القرن الخامس عشر.حاول علماء القرن السادس عشر معرفة تركيب أملاح الشبّ، من ضمنهمباراسيلسوس،وأندرياس ليبافيوس؛وفي سنة 1722 أعلنفريدريش هوفمانأنّ ملح الشب تربة متمايزة عن غيرها.في سنة 1754 اصطنعأندرياس سيغيسموند مارغرافالألومينا(أكسيد الألومنيوم) من غليالصلصال(الغضار) فيحمض الكبريتيكثمّ بإضافةالبوتاسلاحقاً.
تعود المحاولات الأولى للحصول على فلز الألومنيوم إلى حوالي سنة 1760؛إلّا أنّ أوّل محاولةٍ ناجحة في عزل هذا الفلز كانت من إنجاز الكيميائيهانز أورستد، والذي فاعلكلوريد الألومنيوماللامائيمعملغمةالبوتاسيوم، ممّا أدّى إلى الحصول على كتلة من فلز يشبهالقصدير.في العام التالي نشر أورستد نتائجه وعرض عينةً من الفلز الجديد على العموم.كرّرفريدرش فولرسنة 1827 التجارب التي أجراها أورستد لعدّة مرّات؛إلى أن نجح في الحصول على مسحوق من الألومنيوم.وفي سنة 1845 تمكّن من الحصول على قطع من هذا الفلز، وقدّم وصفاً علمياً للخواص الفيزيائية له.بسبب تلك الإنجازات اعتُبِر فولر لعدّة سنوات من البعض على أنّه مكتشف الألومنيوم.كانت الطرق التي اكتُشِف فيها الألومنيوم غير تجارية، ولم يكن من الممكن الحصول عليه بأسلوب صناعي، لذلك كانت الكمّيات المستحصلة منه قليلة، ممّا أدّى إلى ارتفاع سعره، حتى أصبح أثمن منالذهب.
ظهرت محاولات لإنتاج الألومنيوم سنة 1856 بجهود منهنري إتيان سانت كلير ديفيلوزملائه؛حيث اكتشف كيف يمكن اختزال ثلاثي كلوريد الألومنيوم باستخدامالصوديومالأوفر اقتصادياً بديلاً عن البوتاسيوم، الذي استخدمه فولر.بالرغم من ذلك، لم يكن الألومنيوم المستحصل ذو نقاوةٍ جيّدة، كما كان هناك تفاوت في خواص العينات.كانت أولى المحاولات الناجحة للحصول على الألومنيوم على مستوى صناعي في سنة 1886، حين تمكّن كلّ منبول هيرووتشارلز هول، وبشكلٍ مستقلٍٍّ ومنفصل، من تطوير عملية إنتاج هذا الفلز، والتي تعرف اليوم باسمعملية هول-هيرو.تعتمد هذه العملية على اختزالالألومينا(أكسيد الألومنيوم). تمكّن الكيميائيكارل يوزف بايربعد ذلك في سنة 1889 من اكتشاف أسلوب لتنقيةالبوكسيتللحصول على الألومينا، وتعرف العملية باسمعملية باير.يعتمد الإنتاج الحديث للألومنيوم على هاتين العمليّتين.
ساهم تطوّر الإنتاج الصناعي من فلز الألومنيوم في تخفيض أسعاره في السوق، وفي دخوله في عديدٍ من التطبيقات، وخاصّةً في إمكانية تشكيلهللسبائكذات الخواص المميّزة.مع اندلاع الحربَين العالَميّتينالأولىوالثانيةازدادت أهميّة الألومنيوم نظراً لإمكانية استخدامه في صناعة الطائرات.
في أواسطالقرن العشرينوجد الألومنيوم تطبيقات في إنتاج معدّات الحياة اليومية،مثلالرقائقوالعبوات،حتّى تفوّق في ذلك على تطبيقات كانت نمطيّةًللنحاس؛ممّا جعله أكثرالفلزات اللاحديديةإنتاجاً، حيث دخل الألومنيوم بشكلٍ تدريجي في مجال الإنشاءات الهندسية؛وفي مجال صناعات المركبات.مع بدايةعصر الفضاءدخل الألومنيوم في تركيبالأقمار الاصطناعية.ازداد إنتاج الألومنيوم في القرن العشرين بشكل متسارع؛حتى دخل في سبعينيات القرن العشرينبورصة لندن للمعادنسلعةً للتداول،وصل الإنتاج العالمي من هذا الفلز 50 مليون طن متري سنة 2013.
يطلق على هذا العنصر في أغلب دول العالم اسم «ألومنيوم aluminium»، أما في الولايات المتحدة وكندا فيسمى «ألومنوم aluminum». تُشتقّ كلتا التسميتين من الكلمة «alumine»، وهي تسمية متقادمةللألومينا«alumina» (وهوأكسيد الألومنيوم).إنّ كلمة «alumine» هي كلمة مستعارة مناللغة الفرنسية، وهي بدورها مشتقّة من «alumen»، وهي تسميةلاتينيةكلاسيكية تشير إلى «alum» (وهي تعني بالعربية ملحالشب)، وهو ملح واسع الانتشار والاستخدام.وكلمة «alumen» اللاتينية مشتقّة من الجذر «-alu*»الهندي الأوروبي البدائي، والذي يعني «مرّ».
يُنسَب الفضل في إطلاق تسمية هذا العنصر إلى الكيميائيهمفري ديفي، والذي أجرى العديد من التجارب لعزله على شكل فلز حر. ففي سنة 1808 اقترح ديفي في بحثٍ نشره فيالمداولات الفلسفية للجمعية الملكيةاسم العنصر على الشكل «alumium»؛إلّا أنّ التسمية لاقت اعتراضاً من الكيميائيين في فرنسا وألمانيا والسويد، والذين أشاروا أنّ الفلز ينبغي أن يُسمَّى نسبةً إلى أكسيده «alumina» والذي يستحصل منه الفلز، وليس نسبةً إلى «alum»؛على الرغم من أنالتصريفيظهر النسبة إلى الجذر اللاتيني نفسه.
نشر الكيميائييونس ياكوب بيرسيليوسلاحقاً سنة 1811 بحثاً باللغة الفرنسيةاستخدم فيه اسم «aluminium» للإشارة إلى هذا الفلز؛وظهرت تلك التسمية أيضاً في ملخّص لإحدى محاضرات ديفي فيالجمعية الملكيةسنة 1811؛وفي السنة اللاحقة نشر ديفي كتاباً تعليمياً للكيمياء استخدم فيه لفظ «ألومنوم aluminum»؛ومنذ ذلك الحين تداخل استخدام التسميتين لهذا العنصر؛ ولكن حالياً يقتصر استخدام تسمية «ألومنوم aluminum» في الولايات المتحدة وكندا، في حين أنّ اسم «ألومنيوم aluminium» ينتشر في باقي بلدان العالم.في سنة 1925 اعتمدتالجمعية الكيميائية الأمريكيةتسمية «ألومنوم aluminum»؛أمّا تسمية «ألومنيوم aluminium» الشائعة فاعتمدهاالاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية(أيوباك) سنة 1990؛وفي سنة 1993 اعترف الأيوباك بتسمية ألومنوم بديلاً مقبولاً.
يأتي الألومنيوم في المرتبة الثانية عشرة من حيث ترتيب العناصر فيالمجموعة الشمسية؛وهو الثالث من بين العناصر ذاتعددٍ ذرّيفردي بعدالهيدروجينوالنتروجين.يعدّ ألومنيوم-27Al النظير الوحيد والمستقرّ للألومنيوم، وهو النظير الثامن عشر من حيث وفرةالنويداتفي الكون، وهو ينشأ بشكل شبه كامل من اندماجالكربونفي النجوم العملاقة والتي ستصبح لاحقاًمستعر أعظم من النوع الثاني. يولّد ذلك الاندماج نوى مغنيسيوم-26Mg، والتي تلتقطالبروتوناتوالنيوتروناتالحرّة لتصبح نوى ألومنيوم. تُنتَج كمّيّات أصغر منAl في محيطتفاعلات الانصهار النجميللنجوم الوليدة، حيث يمكن لنوى المغنيسيومMg أن تلتقط بروتونات حرّة أيضاً.
كان النظير ألومنيوم-26Al موجوداً في المجموعة الشمسية بوفرة مقدارها 0.005% بالنسبة إلى النظيرAl، إلّا أنّ قصرعمر النصفالنسبي (728,000 سنة) بالنسبة لعمر الكون حال دون بقائها موجودة، لذلك يعدّ النظير ألومنيوم-26Alنويدة مشعّة منقرضة.على العكس منAl فإنّ تفاعلات الانصهار النجمي (حرق الهيدروجين) هي المصدر الرئيسي للنظيرAl عندما يلتقط النظيرMg بروتوناً حرّاً؛ وعندما يتشكّل على هيئةنظيرٍ مشعٍّ نادرفإنّه يصدرأشعّة غامافيالوسط بين النجمي.
يدخل الألومنيوم في تركيب كوكبالأرضبنسبة 1.59% كتلةً (السابع بالوفرة من حيث الكتلة)؛لكنّ الألومنيوم يتركّز فيالقشرة الأرضية، فهو من أكثر العناصر وفرةً فيالقشرة الأرضيةبعدالأكسجينوالسيليكون،وهو بذلك أكثر الفلزات انتشاراً في القشرة الأرضية، بنسبة مقدارها 8.23% كتلةً.بالمقابل فإنّ الألومنيوم يوجد فيوشاح الأرضبنسبة 2.38% كتلةً.لا يوجد فلز الألومنيوم في الطبيعة بشكله النقي الحرّ، ويعود ذلك إلى إلفته القويّة للأكسجين؛أما الفلزات الأقل نشاطاً فتترسب إلى نواة الأرض.يوجد الألومنيوم فيماء البحربنسبة 2 ميكروغرام/كيلوغرام.يمكن لمعدن الألومنيوم أن يوجد كحالة ثانوية في البيئات منخفضة الأكسجين، مثل داخل بعض البراكين.
يوجد الألومنيوم في العديد من المعادن مثلمعادن الأكاسيدأوالسيليكات؛ وهو يدخل في تركيبالفلسبار، وهي أكثر مجموعات المعادن شيوعاً في القشرة الأرضية، على شكلألومينوسيليكات. تدخل الألومينوسيليكات في تركيبالصلصال(الغضار)وصخور النايسوالغرانيت. يوجد الألومنيوم على سبيل المثال في معادنالبيريلوالكريوليتوالغارنيتوالإسبينلوالفيروز.يوجدأكسيد الألومنيومAl2O3(الألومينا) طبيعياً على شكل معادن معروفة،مثلالسامور(أو القرند)، وهو من المعادن الصلبة مرتفعة درجة الانصهار. عندما يكون القرند مشوباً بآثار من فلزات انتقالية مثلالكرومأوالحديديتشكّل حينهاالياقوتالأحمروالأزرق، على الترتيب.توجد أيضاً أكسيدات هيدروكسيدية للألومنيوم (AlO(OH، والمعدنان الرئيسيان الحاويان على تلك الصيغة هماالبوميتوالدياسبور؛ أمّا أشهر معادن الهيدروكسيدات الثلاثية الرئيسية فهوالجبسيت، والذي يوجد علىأشكال متعددة.
على الرغم من أنّ الألومنيوم هو فلز شائع ومنتشر وعلى نطاق واسع في عدد من المعادن، إلّا أنّ ليست كلّها تعتبر مصدراً اقتصادياً للاستخراج. إذ يُنتَج فلز الألومنيوم بشكل شبه كامل تقريباً من معدن خامالبوكسيتAlOx(OH)3-2x. يوجد البوكسيت نتيجةتجويةأديم الأرض التي تحتوي على نسبة قليلة من الحديد والسيليكا في ظروف مناخية مدارية.وتوجد كمّيّات كبيرة من البوكسيت في أستراليا،والبرازيل،وغينيا،وجامايكاولكنّ مناجم المعدن الخام الرئيسية هي فيغانا،واندونيسيا،وجامايكا،وروسيا،وسورينام. ويصهر المعدن الخام أساساً فيأسترالياوالبرازيلوكنداوالنرويجوروسياوالولايات المتحدة.
يُستَحصل الألومنيوم صناعياً منأكسيده، حيثيُختَزلإلى الفلز عند درجات حرارة مرتفعة. تعدّ عملية إنتاج الألومنيوم عمليةً مستهلكةً جدّاًللطاقة الكهربائية؛لذلك يعمد المنتجون إلى انتقاء مواقعالصهربحيث تكون مصادر الطاقة وفيرة وزهيدة الثمن نسبياً، مثل القرب من مصادرالنفطوالغاز الطبيعي. وفق بيانات سنة 2019 تتصدّر الصين الدول المنتجة للألومنيوم، تليها الهند وروسيا وكندا والإمارات العربية المتحدة.
حسبتقييمات دوليةفإنّ الاستهلاك العالمي من الألومنيوم يٌقدَّر بحوالي 80 كغ بالنسبةلكل فرد؛ ويتمثّل ذلك الاستهلاك على هيئة سيارات أو إنشاءات معدنية أو بالإلكترونيات إلخ؛ وهو يتفاوت بين الدول المتقدمة (350-500 كغ) عن غيرها (35 كغ).
تتضمّنعملية بايرتحويلالبوكسيتإلىالألومينا(أكسيد الألومنيوم)؛ حيث يُجانس ويطحن، ثم تُمزَجالردغة(الروبة) الناتجة مع محلول ساخن منهيدروكسيد الصوديوم؛ ثم يُترَك المزيج الناتج ليتفاعل تحت الضغط والحرارة، ممّا يؤدّي إلى حَلّهيدروكسيد الألومنيومفي البوكسيت، ليُستَحصل على محلولٍ تركيبه بشكل أساسي من [Al(OH)4]؛ في حين أنّ الشوائب المتبقيّة تُفصَل على شكل مركّباتراسبةغير منحلّة.
بعد التفاعل تُترَك الروبة الناتجة، لتَبرُد ويُخَفّف عنها الضغط وتُفصَل الرواسب ثمّ تُطرَح؛ ثم تُضاف كمّيّات صغيرة مننوى بلّوراتهيدروكسيد الألومنيومإلى الوسط، ممّا يسبّب ترسّبَ هيدروكسيد الألومنيوم وفق التفاعل التالي:
تُجمَع البلّورات الصغيرة من هيدروكسيد الألومنيوم كي تستخدم نوىً للتبلور فيما بعد؛ أمّا البلّورات الكبيرة الخشنة فتُحوَّل إلى الألومينا بالتسخين:
أمّا المحلول المتبقّي فيُبخَّر، ثم يُنقَّى إن اقتضت الحاجة، ويعاد تدويره.
تتضمّنعملية هول-هيروتحويل الألومينا المستحصلة وفق عملية باير إلى فلز الألومنيوم؛ حيث تذاب في مزيج من مصهورالكريوليتNa3AlF6معفلوريد الكالسيومعند درجات حرارة تتراوح بين 950-980°س؛ ثم يخضع المزيج إلى عمليةتحليل كهربائي. نتيجةً لسلسلة الخطوات تلك يترسّب مصهور الألومنيوم إلى القعر، حيث يزال ويُصبّ في قوالب على شكلكتل من الألومنيوم الخام، غالباً على شكل قضبان، من أجل المعالجات اللاحقة.تكونالمصاعد(الأنودات) في خلايا التحليل الكهربائي مصنوعةً منالغرافيتالنقي، وهي بذلك مقاومة للتآكل الذي تسبّبهالفلوريدات، كما تخضع تلك المصاعد غالباً إلى معالجة حرارية قبل الاستخدام؛ أمّاالمهابط(الكاثودات) فهي مصنوعة منالأنثراسيت. ينبغي أن تُستبدَلالأقطاب الكهربائيةعند استهلاكها، وعادةً ما يبلغ العمر الافتراضي للخلايا بين 2-6 سنوات.
يكون الألومنيوم الناتج وفق عملية هول-هيرو مرتفع النقاوة (أكثر من 99%)؛ ورغم ذلك يمكن أن تُجرَى عمليات تنقية كهربائية لاحقة وفقعملية هوبس، والتي تتضمّن التحليل الكهربائي لمصهور الألومنيوم معكهرلمن فلوريدات الألومنيوم والصوديوم والباريوم، بحيث يُستحصَل في النهاية على ألومنيوم ذي نقاوة أكثر من 99.99%.
تَستهلك القدرة الكهربائية حوالي 20-40% من تكاليف إنتاج الألومنيوم، وذلك حسب موقع الإنتاج؛ وتستهلك العملية في الولايات المتّحدة الأمريكية حوالي 5% من الطاقة الكهربائية المُولَّدة.إذ يحتاج كل كيلوغرام من الألومنيوم الخام ما بين 12.9 إلى 17.7كيلوواط ساعيمن الطاقة الكهربائية.هناك سعي للبحث عن بدائل أوفر، ولكن ذاك لم يُكلَّل بالنجاح.فعلى سبيل المثال، جرى اقتراح استخراج أكسيد الألومنيوم من معادن الألومينوسيليكات، إلّا أنّ الجدوى الاقتصادية لم تكن مرتفعة.
من الممكن أن يخضع الألومنيوم إلى عملياتإعادة تدوير، وتلك أضحت من العمليات المهمّة صناعياً، والتي بدأت تزداد أهميتها مع مرور الوقت. فلم تكن تلك العمليات ذات أهمية في بدايات إنتاج هذا الفلز، ولكن مع ازدياد الاستهلاك في أواخر ستينيات القرن العشرين، وخاصّةً على شكلعبوات المشروبات الغازية، ارتفعت دراية ووعي أهمية إعادة التدوير لدى العامّة.تتضمّن عمليات إعادة تدوير الألومنيوم إجراءصهرللخردة، وهي عملية تتطلّب في هذه الحالة مجرّد 5% من الطاقة اللازمة لإنتاج الألومنيوم من خاماته، على الرغم من أنّ جزءاً مهماً، يقارب حوالي 15% من الكمية المعاد تدويرها، يُفقَد على هيئة رماد يدعىالحثالة(أو الكدارة)؛ولكن يمكن التقليل من تلك النفايات الناتجة إلى نسبة دون 1% باستخداممصهر مكدّس.تستخدم نفايات الألومنيوم تلك على شكل مادّة مالئة فيالأسفلتوالخرسانة.
يوجد هنالك نظيرٌ واحدمستقرّللألومنيوم عملياً، وهو النظير ألومنيوم-27Al، والذي يشكّل حوالي 99% منالوفرة الطبيعيةلهذا العنصر في الطبيعة؛ بالتالي يمكن اعتبار الألومنيوم بأنهعنصر أحادي النويدة. لنظير الألومنيومAl فائدة كبيرة في تقنيةالرنين المغناطيسي النووي(NMR)، إذ يمتلك حساسيةً مرتفعة.
يوجد هنالكنظير طبيعي مشعّللألومنيوم، وهو ألومنيوم-26Al والذي لديهعمر نصفمقداره 7.2 × 10سنة، ولكنه نادر الوجود في الأرض، لأنه اضمحلّ إشعاعياً قبل تشكّل المجموعة الشمسية.يمكن أن تتشكّل كمّيّات ضئيلة من النظيرAl انطلاقاً منالآرغونفيغلاف الأرض الجوّيمنالتشظّيالذي تسبّبه بروتوناتالأشعّة الكونية. تفيد النسبة بينAl إلىنظير البيريليومBeفيالتأريخ الإشعاعيللعمليّات الجيولوجية، التي تقع فتراتها الزمنية في مجال يتراوح بين 10إلى 10سنة، وخاصّةً في عمليات النقلوالترسبوالطمروالتعرية.يَظنُّ الكثير من الباحثين في مجالالأحجار النيزكيةأنّ الطاقة المتحرّرة من اضمحلالAl كانت مسؤولةً عن انصهاروتباينبعضالكويكباتبعد تشكّلها قبل 4.5 بليون سنة خلت.
بخلاف النظير ألومنيوم-26، فإنّ باقي نظائر الألومنيوم المشعّة لها عمر نصف أقلّ من سبع دقائق، ومعظمها أقلّ من ثانية واحدة؛ فعلى سبيل المثال، يضمحلّ النظير ألومنيوم-23 بعمر نصف مقداره 0.13 ثانية.إجمالاً، فإنّ للألومنيوم اثنان وثلاثوننظيراًمعروفاً؛ تتراوحأعدادها الكتلةمنAl إلىAl، مع وجود أربعةمتصاوغات نووية.
يوجد فيذرّةالألومنيوم 13 إلكترون، وهيموزّعةعلى الشكلNe] 3s3p]؛مع وجود ثلاثةإلكترونات تكافؤفي الغلاف السطحي. وفقاً لذلك، فإنّ مجموعطاقات التأيّنالثلاث الأولى للألومنيوم أقلّ بكثيرٍ من قيمة طاقة التأيّن الرابعة لوحدها.من السهل على الألومنيوم أن يتخلّى عن الإلكترونات في الغلاف السطحي ليشكّل أيون الألومنيوم ثلاثي التكافؤ. تبلغ قيمةكهرسلبيةالألومنيوم 1.61 على مقياس باولنغ.يبلغنصف القطر الذرّيللألومنيوم 143بيكومتر؛وعند نزع إلكترونات التكافؤ يكون الحديث عننصف القطر الأيوني، والذي يبلغ مقدار 39 بيكومتر بالنسبة لذرّة رباعية التناسق، و53.5 بيكومتر بالنسبة لذرّة سداسية التناسق.
عندظروف قياسية من الضغط ودرجة الحرارةتترتّب ذرّات الألومنيوم وفقنظام بلّوري مكعّبمركزي الوجه، وتكون مترابطة وفقرابطة فلزيةتؤمّنها الإلكترونات الخارجية.يلاحظ هذا التكوين البلّوري في العديد من الفلزّات الأخرى مثلالرصاصوالنحاس؛ ويناظر حجموحدة الخليةفي الألومنيوم ما يوجد في الفلزات الأخرى.تبلغ قيمةثابت الشبكة البلّوريةفي الألومنيوم مقدار 0.404نانومتر؛وذلك يعادل أربعوحدات صيغةفي كلوحدة خلية.تظهرعيوب فراغيةفي البنية البلورية عند ارتفاع درجات الحرارة إلى حوالي 500 °س؛ وهي تزداد عندمايروىالألومنيوم بشكلٍ مفاجئ.لا يشاطر الألومنيوم الخواص البنيوية مع باقي عناصر مجموعته؛ فطاقات التأيّن فيالبورونمرتفعة بالشكل الذي يحدّ من الفلزنة؛والثاليوملديه بنية سداسية ذاتتعبئة متراصّة؛ في حين أنّ بنيةالإنديوموالغاليوممختلفة عن سابقتيهما وغير متراصّة. يما أنّ الإلكترونات المتوفّرة للرابطة الفلزية قليلة، فإنّ فلز الألومنيوم طري ولديه نقطة انصهار منخفضة نسبياً ولديه مقاومة كهربائية منخفضة، وتلك ميّزات مشتركة فيالفلزات بعد الانتقالية.
الألومنيوم فلز خفيف الوزن وذو مظهر يتراوح بين الفضّي والرمادي الداكن بحسبخشونة السطح؛ وهو أحد المعادن القليلة التي تحافظ على انعكاسها الفضّي الكامل عندما تكون بشكل مسحوق دقيق، ممّا يجعله مكوّناً هامّاً جدّاً في الطلاءات الفضّية. كما يمكن لطبقة رقيقة من الألومنيوم أنتعكسجزءاً أعظمياً منالضوء المرئي؛وهي تعكس أكثر من 98% من طيفالأشعّة تحت الحمراءفي المجال المتوسّط والبعيد.بالإضافة إلى ذلك، فإنّ لمرآة الألومنيوم أعلى انعكاس من أيّ فلز عند أطوال موجات (200-400نانومتر) (في مجالالأشعّة فوق البنفسجية) وعند 3000- 10000 نانومتر (في مجالالأشعة تحت الحمراء)، في حين أنّالقصديروالفضّةفقط يتفوّقان عليه في انعكاس مجالالضوء المرئي400-700 نانومتر.الألومنيوم عاكس جيّدللإشعاع الشمسي، وخاصّةً عندما تتشكّلالطبقة الأكسيدية المخمّلةعلى سطحه.
إنّ الألومنيوم فلزٌقابل للسحب والطرق؛وهو سهلالتشغيلوالسبكوالبثقويمكن قولبته بشكل سهل نسبياً.تبلغكثافةالألومنيوم مقدار 2.70 غ/سم،وهي ثلث كثافةالفولاذ، وهي أخفّ بكثير من كثافة أغلب الفلزات المعروفة، كما أنّ الفلزات ذات الكثافة الأخفّ من الألومنيوم هي من مجموعةالفلزات القلويةوالفلزات القلوية الترابية، وتلك أغلبها ذات نشاط كيميائي كبير ممّا يصعّب التعامل بها.تسهّل كثافة الألومنيوم المنخفضة ومتانته من تمييز القطع المصنوعة منه عن غيرها لخفّتها؛كما أنّ تلك الميزات جعلت منه فلزاً مهمّاً في بناءالهياكل المعدنيةوفي العديد من الصناعات التطبيقية.الألومنيوم هو موصل جيّدللحرارةوالكهرباء، وموصليته حوالي 60% من موصليةالنحاس؛ إلّا أنّ لديه مجرّد 30% من كثافته.يمكن للألومنيوم أن يكونموصلاً فائقاً، مع درجة حرارة حرجة للتوصيل الفائق 1.2كلفن، ومجال مغناطيسي حرج حوالي 100غاوس.للألومنيوممغناطيسية مسايرة، أي أنّه لا يتأثّر بالحقول المغناطيسية الساكنة. لكنّ الموصلية الكهربائية المرتفعة له تجعله قابلاً للتأثّر بالحقول المغناطيسية المتغيّرة عبرحثّالتيّارات الدوّامية.
تعود قدرة الألومنيوم الممتازة على مقاومةالتآكلإلى الطبقة السطحية الرقيقة غير النفوذة والمتماسكة منأكسيد الألومنيومالتي تتشكّل عندما يتعرّض الفلز للهواء، ممّا يمنع استمرار عمليةالأكسدة. أقوىسبائك الألومنيومتكون أقل مقاومةً للتآكل بسبب التفاعلاتالجلفانيةمع سبائك النحاس.وهذه المقاومة للتآكل عادةً ماتنخفض انخفاضاً كبيراً عندما يوجد عدّة محاليل ملحية، لا سيّما بوجود معادن مختلفة. إنّ الألومنيوم النقي طري نسبياً، لذلك تستخدمسبائك الألومنيومعادةً في التطبيقات الصناعية بسبب ارتفاع قيم المتانة والجساءة والصلادة لديها.تبلغ قيمةمقاومة الشدّللألومنيوم 45 نيوتن/مم²، في حين أنّمعامل القصّيبلغ 25 كيلو نيوتن/مم²؛أمّامقاومة الخضوعللألومنيوم النقي فتبلغ مقدار 7-11ميغا باسكال، في حين أنّ قيمتها لسبائك الألومنيوم تتراوح من 200 إلى 600ميغاباسكال.
من السهل على الألومنيوم أن يشكّلسبائكمع العديد من الفلزات الأخرى، وأشهر تلك العناصر التي يُسبَك معها هيالنحاسوالزنكوالمنغنيزوالمغنيسيوموالسيليكون.ولذلك توجد عدد معتبر منسبائك الألومنيوم، إذ أن سبكه يحسّن بشكلٍ واضح من خواصّه الهندسية،خاصّةً بعدالمعالجة الحرارية. كما يشكّل الألومنيوم العديد منالمركّبات بين الفلزية.تسهّل المعالجة الآلية لسبائك الألومنيوم، حيث يمكن أن تخضعللدرفلةوالتطريق؛ كما يسهل قولبتها.ولذلك فإنّ أغلب تطبيقات الألومنيوم هي لسبائكه، مثلما هو الحال فيرقائق الألومنيوموعبوات المشروبات.من الأمثلة أيضاً على سبائك الألومنيوم كل مندورالومين؛ وكذلك السبائك التالية المذكورة وفق رموز عناصرها: AlCu و AlMn و AlMg و AlMgSi و AlCuMg و AlZnMg.
يجمع الألومنيوم بين خواص الفلزات قبل الانتقالية والفلزات بعد الانتقالية. وفقاً للبنية، يشبه الفلزات قبل الانتقالية من وجود عددٍ محدودٍ من الإلكترونات المتوفّرة من أجل تشكيلالرابطة الفلزية؛ ولكنّه مثل العناصر الأثقل فيمجموعتهفإنّ الخواص الفيزيائية تكون شبيهةً بالفلزّات بعد الانتقالية، بوجود مسافات بين ذرّية أطول من المتوقّع.يميل أيون الألومنيومAl إلى تشكيلروابط تساهمية؛وهذا السلوك يشبه ما لأيونالبيريليومBe، وذلك مثال واضح علىالعلاقة القطرية.
لا يحوي الألومنيوم على إلكترونات d داخلية على العكس من العناصر الأثقل في مجموعته، بالتاليتحجبالإلكترونات الداخليةإلكترونات التكافؤبشكلٍ شبه كاملٍ تقريباً؛ ولذلك فإنّ الألومنيوم هو العنصر الأكثر كهرجابية في مجموعة البورون.لا توجد صفات تشاركية كبيرة معالبورونفالأخيرشبه فلز، ولكن مركّبات AlX3متساوية إلكترونياًمع مركّبات BX3، وتشترك معها بأنهاأحماض لويسوتشكّلنواتج إضافةبسهولة.بالإضافة إلى ذلك، فإنّ ما يميّز كيمياء البورون هو تشكيله لبنىمتعدّدة السطوح، وتلك يشكّلها الألومنيوم أيضاً في سبائكهشبه البلورية، بما فيها صنف Al–Zn–Mg.
للألومنيومألفة كيميائيةمرتفعة تجاهالأكسجين، ممّا يجعل استخدامه ملائماً على شكلمختزلفي تفاعلالثرميت. يستطيع مسحوق ناعم من الألومنيوم أن يتفاعل بعنف عند التماس معالأكسجين السائل. في الأحوال العادية يشكّل الألومنيوم طبقةً منالأكسيدعلى السطح، تبلغ سماكتها حوالي 5 نانومتر عند درجة حرارة الغرفة؛وهي تقيه من حدوث تفاعلاتتآكللاحقة بسبب الأكسجين أو الماء أو الأحماض الممدّدة، وتدعى تلك الظاهرةبالتخميل.تمنح هاته الخاصة الألومنيوم العديد من الميّزات، مثل استخدام مساحيقه في الطلاءات فضّية اللون؛وفي صناعة حاويات الأحماض المخبرية الممدّدة.
يتفاعل الألومنيوم فيحمض الهيدروكلوريكالمركّز مع الماء، ممّا يؤدّي إلى انطلاق غازالهيدروجين؛ كما يتفاعل مع محاليلهيدروكسيد الصوديومأوهيدروكسيد البوتاسيومالمائية ليشكّلالألوميناتالموافقة.ينحلّ الألومنيوم فيالماء الملكي؛وهو يتآكل بسببالكلوريداتالمنحلّة؛وذلك وفق المعادلة:
ويحدث التآكل خاصّةً في المناطق التي تكون فيها طبقة الأكسيد متضرّرة، حيث يحفّز ذلك على ظهورتنقّرعلى السطح.
كما تتأثّر طبقة الأكسيد الواقية على الألومنيوم بالتماس معالزئبقحيث تتشكّلملغمة؛ وكذلك تتأثّر بأملاح بعض الفلزات الكهرجابية.لذلك فإنّ أقوى سبائك الألومنيوم هي أقلّ مقاومة لتفاعلاتالجلفنةعندما يكون مسبوكاً معالنحاس.يتفاعل الألومنيوم مع أغلباللافلزاتعند التسخين، مشكّلاً مركّبات مثلنتريد الألومنيومAlNوكبريتيد الألومنيومAl2S3وهاليدات الألومنيوم AlX3؛ كما يشكّل الألومنيوم طيفاً واسعاً منالمركّبات بين الفلزية.
في الأغلبية العظمى منمركّباته الكيميائيةيكون الألومنيوم فيحالة الأكسدة+3؛ أمّاالعدد التناسقيفهو متفاوت فيها، ولكن غالباً ما يكون الأيونAl إمّا سداسيَّ أو رباعيَّ التناسق. من ناحية أخرى، فإنّ أغلب مركّبات الألومنيوم الثلاثي هي عديمة اللون.هناك عددٌ قليلٌ من المركّبات الكيميائية التي يكون فيها الألومنيوم بحالة أكسدة +1، وهي غالباً هاليدات أحادية مثلأحادي فلوريد الألومنيومAlF،وأحادي كلوريد الألومنيومAlCl وكذلك أحادي البروميد AlBr وأحادي اليوديد AlI؛ وتلك المركّبات توجد فقط في الطور الغازي؛وهي غير مستقرّة.
يوجد أيون الألومنيومAl في المحاليل المائية على الشكل[Al(H2O)6]، والذي تبلغ قيمةثابت تفكّك الحمضpKaلديه مقدار 10تقريباً.تكون تلك المحاليل حمضية، لأنّ الكاتيون فيها يكون قادراً على أن يمنحبروتوناتوأنيتحلمهلاحقاً إلى أن يتشكّلراسبمنهيدروكسيد الألومنيومAl(OH)3. يكون هذا الأمر مفيداً فيأحواض الترسيبفي محطّاتمعالجة المياه، حيث تتجمّع نوى الرواسب على شكلمستعلق، ممّا يسهّل من إزالتها. عند زيادة قيمة pH الوسط فإنّ ذلك يؤدّي إلى انحلال الهيدروكسيد بسبب تشكّل أيونالألومينات[Al(H2O)2(OH)4].
لمركّب هيدروكسيد الألومنيوم Al(OH)3خواصمذبذبة(أمفوتيرية)، فهو قادر على أن ينحلّ في الأحماض والقواعد؛وتلك سمة للكاتيونات القاعدية الضعيفة القادرة على تشكيل هيدروكسيدات غير منحلّة، ويكونللأنواع الكيميائيةالمميّهةالقدرة على منح بروتوناتها. بالتالي، ووفق هذا السياق فإنّ أملاح الألومنيوم تعطي عند تفاعلها معالأحماض الضعيفةمركّب الهيدروكسيد المُميّه وهيدريد اللافلز الموافق، فعلى سبيل المثال يعطيكبريتيد الألومنيوممركّبكبريتيد الهيدروجين؛ كما أنّه لا يمكن الحصول على «كربونات الألومنيوم» على شكل ملح صلب مستقرّ؛ كما لا تحدث عمليةحلمهةكاملة لأملاح الألومنيوم مع الأحماض القوية. لذلك لا يمكن الحصول على الأملاحاللامائيةمن مجرّد تسخينالهيدراتالموافقة، فعلى سبيل المثال، فإنّكلوريد الألومنيومالمائي سداسي الهيدرات لا يوجد على الشكل النمطي AlCl3·6H2O، ولكن على الشكل Al(H2O)6]Cl3]، حيث تكون الروابط Al–O قوية لدرجة أنّ التسخين يكون غير كافياً لتكسير الروابط وإتاحة الفرصة لتشكيل روابط Al–Cl بدلاً عنها.
إنّ جميعهاليداتالألومنيوم الثلاثية معروفة؛ ولكن فيفلوريد الألومنيومAlF3، وعلى العكس من بنى ثلاثيات الهاليد الأثقل، يكون الألومنيوم سداسي التناسق، الأمر الذي يشرح عدم تطايره وعدم انحلاليته، بالإضافة إلى ارتفاع قيمةالحرارة القياسية للتكوين. ينصهر AlF3عند 1290 °س، ويُحضَّر من تفاعلأكسيد الألومنيوممعفلوريد الهيدروجينعند حوالي 700 °س.تُحضَّر الهاليدات الأثقل للألومنيوم من تفاعل الفلز مع الهالوجين الموافق؛ ويكون فيها العدد التناسقي للألومنيوم رباعياً، وتكون بنيتهاثنائيةأومتعدّدة الوحدات. فلمركّبكلوريد الألومنيومAlCl3بنية بوليميرية ذات طبقات عندما يكون دون نقطة انصهاره 192.4 °س؛ أمّا عند درجات حرارة أعلى تصبح البنية على هيئة جزيئات منفردة من AlCl3ذات بنيةمستوية ثلاثيةشبيهة ببنيةثلاثي كلوريد البورونBCl3؛ في حين يوجد كلّ منبروميد الألومنيومويوديد الألومنيومعلى الشكل الثنائي Al2X6في الأطوار الثلاثة للمادّة، ولا يظهر تحوّل في خواص البنية عند تغيّرالطور.تتميّز هاليدات الألومنيوم بأنّها منأحماض لويس، وهي قادرة على تشكيلنواتج إضافة، لذلك يكثر استخدامها على شكلحفّازاتفي تفاعلات صناعية مهمّة مثلتفاعل فريدل-كرافتسوغيره من تفاعلات التحضير الصناعية.
للألومنيومأكسيدواحد مستقرّ Al2O3، وهو يعرف بالاسم الشائع «ألومينا».ومنالكالكوجينيداتالمستقرّة له كلّ منكبريتيد الألومنيومAl2S3وسيلينيد الألومنيومAl2Se3وكذلكتيلوريد الألومنيومAl2Te3؛ وتُحضّر هذه المركّبات الأخيرة من تفاعل العناصر المكوّنة الموافقة عند درجات حرارة تتجاوز 1000 °س. أمّا مع عناصر مجموعة النتروجين فيُشكّل الألومنيوم كلّ مننتريد الألومنيومAlNوفوسفيد الألومنيومAlPوزرنيخيد الألومنيومAlAs، بالإضافة إلىإثميد الألومنيومAlSb؛ وهي مركّبات معروفة وتتميّز بخواصّهاشبه الموصلة؛ وهي تتشكّل أيضاً من تفاعل العناصر الموافقة عند درجات حرارة مرتفعة.
هناك أيضاً مركّبهيدريد الألومنيوم، وهو مركّب ذو بنية بوليميرية AlH3)n؛ولا توجد له تطبيقات كثيرة؛ وذلك على العكس من مركّبهيدريد ألومنيوم الليثيومLiAlH4، والذي يصنّف ضمن الكواشف الكيميائية المهمّة، حيث أنّه منالمختزلاتالجيّدة في الكيمياء العضوية؛ وهو يُحضَّر من تفاعلهيدريد الليثيوممعكلوريد الألومنيوم.
يوجد للألومنيوم عددٌ منالمركّبات العضوية؛ والتي يحمل منها الصيغة العامة AlR3وكذلك Al2R3Cl3.تعدّ مركّبات ثلاثي ألكيلات وثلاثي أريلات الألومنيوم من المركّباتالمتطايرةوذات تفاعلية كيميائية كبيرة، بحيث من السهل عليها أن تحترق وأن تتفاعل مع الماء. عادةً ما تكون مركّبات الألومنيوم العضوية على شكل ثنائيات وحدات، مثل مركّبثلاثي ميثيل الألومنيوم؛ في حين أنّثلاثي إيزوبوتيل الألومنيوميوجد على هيئة مزيجمتوازن كيميائياًبين أحادي (مونومير) وثنائي الوحدات (ديمير).تعدّ مركّبات الألومنيوم العضوية منأحماض لويس القاسية، وهي قادرة على أن تشكّلنواتج إضافةبسهولة. لذلك تستخدم هذه المركّبات في الصناعة من أجل تفاعلات إقحامالألكينعلى هيئةحفاز تسيغلر-ناتا، والتي تُؤمّن تشكيل كحولات وألكينات أوّلية طويلة السلسلة وغير متفرعّة، وكذلك فيبلمرةالإيثيلينوالبروبيلين. توجد أيضاًمركّبات حلقية غير متجانسةللألومنيوم وكذلكمعقّدات تناسقيةعنقوديةتتضمّن وجود روابط Al–N فيها.
توجد عدّة وسائلتحليليةتقليدية للكشف عن أملاح الألومنيوم، منها:
يمكن الكشف عن أملاح الألومنيوم بأسلوب تقليدي عن طريق تعريضها للهب مع محلول ممدّد مننترات الكوبالت الثنائيCo(NO3)2على قضيب منأكسيد المغنيسيوم(المغنيسيا)؛ حيث يتشكّل حينهاخضابأزرق الكوبالت.
لإجراء الكشف وفق هذا الأسلوب يجعل محلول العيّنة الحاوية على الألومنيوم قلوياً، كييترسّبهيدروكسيد الألومنيومAl(OH)3. بعد ذلك يُرَشّح الراسب ثم تضاف عليه بضعة قطرات منالفينول فثالين، ثم يُغسَل بحيث لا تبقى أيّة آثار من اللون الأحمر التي سبّبها الفينول فثالين. عند إضافة مسحوقفلوريد الصوديومNaF الصلب على الراسب، تُسبِّب أيوناتالهيدروكسيد، التي تحرّرت جرّاء تشكّلالكريوليت[Na3[AlF6، ظهور اللون الأحمر مجدّداً.
لإجراء الكشف وفق هذا الأسلوب يعالج محلول العيّنة الحاوية على الألومنيوم معحمض الهيدروكلوريك؛ ثم تضاف كمّيات فائضة منهيدروكسيد البوتاسيومبحيث يصبح الوسط قلوياً. تضاف بعد ذلك إلى كمّية من المحلول كمّية مكافئة من محلولصباغ المورين؛ ثم يُحمَّض الوسط بواسطةحمض الخليكالمركّز، ممّا يؤدّي إلى ظهور خاصّةتفلورأخضر تحتالأشعّة فوق البنفسجيةعندطول موجة366 نانومتر. ويمكن التأكّد من عملية الكشف تلك لدى اختفاء ظاهرة التفلور عند إضافة حمض الهيدروكلوريك مجدّداً.
على الرغم من الانتشار الواسع للألومنيوم في القشرة الأرضية؛ إلّا أنّه لا يعرف له أيّ دورٍ حيوي.عند قيمةpHتتراوح بين 6–9، وهي قيمة pH توافق أغلب المياه الطبيعية، فإنّ الألومنيوم يوجد على شكلهيدروكسيد، وهو راسبغير منحلّ، لذلك فإنّه لا يكون متوفّراً، وتلك سمة تشترك بها أغلب العناصر التي لا يكون لها دورٌ حيوي.
يوجد في جسم الإنسان وسطياً حوالي 50-150 مغ من الألومنيوم؛والكمّية موزّعة بشكلٍ منتظم؛ وهو لا يُصنَّف بالنسبة للإنسان ضمنالعناصر الشحيحةالأساسية للوظائف الحيوية فيه.يَطرَح جسم الإنسان القسم الأعظمي من الألومنيوم الذي قد يكون موجوداً في الغذاء، ولا يُمتَصّ في الجهاز الهضمي إلّا بنسبةٍ تتراوح بين 1-3 بالألف؛ ومنه يتوزّع إلى الأنسجة بشكل رئيسي عبر بروتيناتالترانسفرين.يمكن أن يُنقَل الألومنيوم مثلاً على شكل أيون مشحون على شكل معقّد معالفوسفات؛وتبلغ قيمة عمر النصف لأيونات الألومنيوم في الدمّ حوالي 8 ساعات.
يصل الألومنيوم إلى النباتات عادةً عن طريقالرشحمن تربة القشرة الأرضية بفعل الأمطار؛ويزداد ذلك الأمر خاصّةً بتأثيرالمطر الحمضي.تعدّ ظاهرةتَحَمُّض التربةمن العوامل المساعدة على ازدياد رشح الألومنيوم، إذ عندما تصبح قيمةpHالوسط أقلّ من 5 يمتصّ الألومنيوم منجذورالنباتات على هيئة أيوناتAl؛ وهو أمرٌ يؤذي نموّ الجذور الدقيقة، خاصّةً عندما لا يكون للنبات القدرة على تحمّل الألومنيوم فإنّه يقع تحت إجهاد،وذلك يؤثّر سلباً على نموّ الجذر ودوره الوظيفي.من جهةٍ أخرى، توجد بعض الأنواع النباتيةالمعدّلة وراثياًمثلرشاد الصخروالسورغموالقادرة على تحمّل ارتفاع نسبة الألومنيوم في التربة.
توجد آثار زهيدة من الألومنيوم في الغذاء، وهي تتفاوت حسب المنشأ،وتصل كمّيتها في المأكولات الطازجة بأقلّ من 5 ميليغرام لكلّ كيلوغرام (مغ/كغ).بالمقابل قد يصل محتوى الألومنيوم في أوراق الشاي الأسود إلى 1042 مغ/كغ.
قد يؤدّي طهي الأغذية أو حفظها في أوعية من الألومنيوم أورقائقهإلى زيادة أعظمية من امتصاص الألومنيوم تصل إلى 3.5 مغ/اليوم/الشخص؛ وهي قد تزداد في الأغذية الحمضية، مثلالملفوف المخمّر، وذلك وفق تقديرات المعهد الألماني لتقييم المخاطر؛ولذلك يوصي بعدم استخدام الأوعية المصنوعة من الألومنيوم في طهي أو حفظ الأغذية الحمضية.
من جهةٍ أخرى، فإنّ المشروبات تحوي نسبة أعظمية من الألومنيوم تتراوح بين 0.2-0.4 مغ/ل؛ وهي بذلك لا تعدّ مصدراً للألومنيوم غذائياً.عينتالهيئة الأوروبية لسلامة الأغذيةمقدار 1 مغ لكل كغ من وزن الجسم بأنّه الحدّ الأسبوعي المسموح من الألومنيوم في الغذاء.بالمقابل، فإنّ الألومنيوم قد يستخدم في بعض الأحيان ضمنالإضافات الغذائية، وهو يملكرقم إيE173، ولكن ذلك محصور في مجال تزيين الحلويات.
من الآثار البيئية المترتّبة من إنتاج الألومنيوم هو ظهور مساحات كبيرة بعد استخراجالبوكسيت، والتي تحتاج إلىإعادة إنباتبعد ذلك؛ إذ لإنتاج طنٍّ واحد من الألومنيوم يلزم حوالي 4 أطنان من البوكسيت؛ وحفره يعطي عشرة أطنان منالغطاء الفوقي.تؤدّيعملية بايرإلى تراكممخلفات خام البوكسيتالقلوية، والتي تعرف أيضاً باسم «الطمي الأحمر».تأتي الإشكالية أنّه من الصعب الاستفادة من تلك المُخَلّفات، وهي تسبّب مشاكل بيئية بحدّ ذاتها. من جهةٍ أخرى، تعدّ عملية إنتاج الألومنيوم من العمليّاتالمستهلكة جدّاً للطاقة؛ إذ تتطلّب عملية التحليل الكهربائي لإنتاج كيلوغرام واحد من الألومنيوم استهلاك حوالي 12.9-17.7 كيلوواط ساعي.كما تنتج العملية حوالي 10 كغ من غازثنائي أكسيد الكربونCO2. تساعد عمليّاتإعادة تدوير الألومنيومعلى التخفيف من أثر مخلّفات هذا الفلز، وهي في ازدياد مستمرّ؛ كما يساعد استخدام تركيبات خفيفة من الألومنيوم، على شكلرغوةعلى سبيل المثال، في التخفيف من الانبعاثات الصادرة من استهلاك المواد والطاقة.
يمكن أن يرتفع مستوى الألومنيوم بالقرب من مواقع التعدين بسبب عمليات الإنتاج؛ كما يمكن أن تتسرّب كمّيّات صغيرة من الألومنيوم إلى البيئة عند مواقع توليد الطاقة العاملة على الفحم أو بالقرب منمرمّدات النفايات.عادةً ما يُغسَل الألومنيوم العالق في الهواء بالمطر أو أن يترسّب إلى الأرض، ولكن هناك احتمالية أن تبقى بعض الجسيمات معلّقة في الهواء لفترة طويلة.
يعدّالهطولالحمضي العامل الرئيسي الطبيعي الذي يحرّك الألومنيوم من مصادره الطبيعية،وهو كذلك أيضاً المسبّب الرئيسي للآثار البيئية للألومنيوم؛على الرغم من ذلك، فإنّ المسبّب الرئيسي لوجود الألومنيوم في المياه العذبة والمالحة هو العمليات الصناعية التي تحرّر الألومنيوم إلى الهواء.يكون لوجود الألومنيوم في الماء أثراً سامّاً علىالسمك، عندما يكون الماء حمضياً، إذ يمكن للألومنيوم أن يترسّب علىالخياشيم؛الأمر الذي يسبّب خللاً فيالتنظيم الأسموزي(التناضحي) لديها.من الممكن نظرياً أن تُخِلّ معقّدات الألومنيوم العضويةباستقلابالحيوانات والطيور لدى امتصاصها؛ إلّا أنّ هذا الأمر من النادر حدوثه عملياً.
لا يؤثّر وجود الألومنيوم في التربة المعتدلة على نموّ النباتات؛ إلّا أنّ ارتفاع تركيز أيونات الألومنيومAl في التربة الحمضية يعدّ سامّاً ومن العوامل الرئيسية التي تحدّ من نموّ النبات، حيث يؤثّر على نموّ الجذر ودوره الوظيفي.من التبعات البيئية الأخرى المتعلّقة بإنتاج الألومنيوم ارتفاع انبعاثاتالغازات الدفيئةإلى المحيط الحيوي؛وأخطر تلك الغازات هيالفلوروكربوناتالمنبعثة من عملياتالصهر؛كما يساعد غازثنائي أكسيد الكبريتعلى تشكّلالمطر الحمضي.
بلغ الإنتاج العالمي من الألومنيوم 58.8 مليون طن متري في سنة 2016، وهو بذلك يأتي في المرتبة الثانية من الفلزات المعدنية بعدالحديدمن حيث كمّيّة الإنتاج (1.231 مليون طن متري).يتراوح سعر الألومنيوم في السوق العالمي منذ أوائل ثمانينيات القرن العشرين حوالي 2000دولار أمريكيلكلّطن(لنقاوةٍ مقدارها 99.7%)؛ ولكنّه عرضةٌللتقلّبوالتفاوت، كما حدث سنة 2016 عندما هبط سعره إلى حوالي 1500 دولار أمريكي، قبل أن يعود السعر إلى عتبة 2000 دولار أمريكي السابقة.في سنة 2020 فرضتالولايات المتحدةضريبة استيراد مقدارها 10% على الألومنيوم المستورد منكندامن أجل حماية إنتاجها المحلي.
تعدّ صناعة الألومنيوم في المنطقة العربية من الصناعات الهامّة؛ وتنتشر مصانع الألومنيوم في عددٍ من الدول العربية، مثلدوبالفيالإمارات العربية المتحدة،وصحار للألومنيومفيسلطنة عمان،وألومنيوم قطروألومنيوم البحرين؛ بالإضافة إلىمصر للألومنيوموألومنيوم المغرب.
تشمل التطبيقات الرئيسية للألومنيوم كلّ من صناعة وسائل النقل المختلفة على أنواعها من الطائرات والمركبات والسيّارات والدرّاجات إلى غير ذلك؛ بالإضافة إلىصناعة العبواتوالرقائقللصناعات الغذائية؛وكذلك في الإنشاءات المعدنية لصناعة النوافذ والأبواب؛ وفي الصناعات الهندسية والإلكترونية.
للألومنيومصلابة بنيويةنوعية مرتفعة، بالمقارنة معالفولاذفإنّ الأجزاء الصناعية المصنوعة من الألومنيوم والتي لها نفس الصلابة تكون أقلّ وزناً بحوالي النصف، ولكنّها ذات حجم أكبر، لأنّ كثافتها أخفض.لذلك السبب يكثر استخدام الألومنيوم وسبائكه في صناعة الهياكل المعدنية المستخدمة في وسائل النقل، وخاصّةًصناعة الطائراتوالمركبات الفضائية؛ وكذلك في صناعة هياكل السيارات والدرّاجات الهوائية. شَكّل قطاع صناعة المركبات ووسائل النقل سنة 2010 حوالي 35% من الاستخدام العالمي للألومنيوم.
يُستخدَم الألومنيوم وسبائكه بشكل كبير في صناعة قطع السيارات، ذلك بسبب خواصّها الحرارية والهندسية (مثلقابلية السبك) الجيّدة. يدخل الألومنيوم في تركيب هيكل السيارة ومكوّناته مثلالأجنحة(الرفرف)وغطاء المحرك؛ وكذلك أيضاً في تركيبهيكل المحرّكوقطعه مثلالمكبسوالأسطواناتورأسها، بالإضافة إلى هياكلعلبة السرعة؛ وكذلك في تركيبمجموعة الحركةوالموجّهات العرضيةوغيرها.يُستخدَم الألومنيوم أيضاً في تركيبالمنصّات الذيلية الرافعةفيمركبات الخدمة التجارية.
يدخل الألومنيوم أيضاً في تركيبالمقطوراتعلى السكك الحديدية، ممّا ساعد على التخفيف من وزن المقطورات التي تُصنَع بشكل رئيسي من الصلب (الفولاذ)، خاصّةً مع تطوّر وسائل اللحام القوسي مثل لحامالغاز الخامل-تنغستنواللحام قوسي بالمعدن والغاز.
تستخدم أنواع مختلفة من سبائك الألومنيوم، مثلمغناليومودورالومين، في صناعةهياكل الطائرات، بحيث أنّ حوالي 60% من كتلة الطائرة يتركّب من الألومنيوم. وعادةً ما تُثبَّت القطع المصنوعة من الألومنيوم الداخلة في تركيب الطائرات بواسطة أساليب آلية (تثبيتبالبرشام)، ويُتجنَّب استخدام اللحام لذلك الغرض.
يُصنّف الألومنيوم ضمنالموصلات الكهربائيةالجيّدة، فهو يأتي في المرتبة الرابعة بعدالفضّةوالذهبوالنحاسمن حيث التوصيل الكهربائي. وهو غالباً ما يُستخدَم في التطبيقات التي يمثّل فيها الوزن الكبير مشكلة، مثلخطوط الجهد العاليوالمحطّات الفرعية.كما تُستخدَم الأسلاك المصنوعة منالألومنيوم المكسوّة بالنحاسفيالتمديدات الكهربائية؛من جهةٍ أخرى يُفضَّل النحاس على الألومنيوم في تركيبالأسلاك العلويةلأنّ قدرة التماس والانسحاب على السطح لدى النحاس أفضل.
للألومنيوم تطبيقات في الصناعات الإلكترونية نظراً للخواص الإلكترونية والحرارية الجيّدة. فهو يدخل في تركيبالدارات المتكاملةوالترانزستورات؛إلى جانبالمقاوميةالضعيفة للألومنيوم خواص مميّزة أخرى تشمل سهولة التصنيع باستخدامالتنميش الجافوكذلك الانتشار الضعيف للتيار في المواد العازلة. إلّا أنّ النحاس يُفضَّل على الألومنيوم أيضاً في مثل هذه التطبيقات.
في مجال التعبئة والتغليف يوجد للألومنيوم العديد من التطبيقات، فهو يُستخدَم في صناعة عبواتالمشروباتوالأغذية المعلبة، بالإضافة إلى صناعةرقائق الألومنيوم؛ وهو مُفضّل لمثل تلك التطبيقات بسبب خفّة وزنه ومتانتهوسهولة تصفيحه، وبسبب قدرته على تشكيل حاجز آمن عن العوامل الخارجية مثل الهواء والضوء.يُستخدَم الألومنيوم أحياناً في صناعة الأواني والأوعية المختلفة، مثلإبريق الموكالتحضير القهوة. يُشكّل مجال التعبئة والتغليف حوالي 17% من استهلاك الألومنيوم في أوروبا سنة 2017.
يُستخدَم مسحوق ومعجون الألومنيوم في تصنيعالخرسانة خفيفة الوزن؛كما تُستخدَم مركّبات الألومنيوم اللاعضوية المختلفة مثل هيدروكسي كبريتات الألومنيوم، أو هيدروكسي فورميات الألومنيوم أو هيدروكسيد الألومنيوم اللابلوري من أجل تسريع تصلّب الخرسانة.
ينتشر استخدام الألومنيوم وسبائكه في الإنشاءات الهندسية، وذلك في هياكل النوافذ والأبواب؛ وكذلك بشكلٍ رئيسي فيواجهات المباني؛ ومن الأمثلة على ذلكمتحف الحرب الإمبراطوري الشماليفي منطقةمانشستر الكبرىفي إنجلترا.
تتميّز أملاح الألومنيوم اللاعضوية بأنّها غيرغير سامّةبشكل واضح، فعلى سبيل المثال تبلغ قيمةالجرعة المميتة الوسطيةLD50لمركّبكبريتات الألومنيوممقدار 6207 مغ/كغ (فئران، فموي)، والتي تكافئ 435 غ لشخص وزنه 70 كغ.لا يُصنَّف الألومنيوم ضمنالفلزات الثقيلة؛ كما لا تصنّفهوزارة الصحة والخدمات الإنسانية الأمريكيةضمنالمسرطنات.لا توجد دلائل كافية تُبَيّن أنّ التعرّض العادي للألومنيوم قد يمثّل خطراً على صحّة وسلامة الشخص البالغ؛كما أنّ الدلائل المتوفّرة لا تظهر وجودتأثير سمّيللألومنيوم إذا لم تتجاوز الجرعة 40 مغ/اليوم لكلّ كيلوغرام منوزن جسم الإنسان.تعدّ نسبة 10 ميكروغرام/اللِتر من أيونات الألومنيوم في الدمّ من النسب المقبولة والتي لا تمثّل خطورة؛ أمّا عندما يكون تركيز تلك الأيونات حوالي 60 ميكروغرام/اللِتر فذلك يمثّل خطورة على الجسم؛ في حين أنّ تركيز 200 ميكروغرام/اللِتر يعدّ ذا تأثير سمّي.إنّ أغلب الألومنيوم المستهلَك يغادر الجسم فيالبراز؛ وأغلب الجزء المتبقّي الذي يدخل مجرى الدم يُطرَح عن طريقالبول.
يمكن للألومنيوم في حالات نادرة أن يسبّبتلين العظامالمقاوم للفيتامين د، وكذلكفقر الدم صغير الكرياتالمقاومللإريثروبويتين، وخاصّةً لدى المرضى الذين لهمقصور كلوي.يمكن أن يؤدّي التناول المزمن لسيليكات الألومنيوم المميّهة (للتحكم بالحموضة المعدية المفرطة) إلى ارتباط الألومنيوم بمحتويات الأمعاء وأن ينافس عناصر غذائية معدنية أخرى ويزيد من طرحها، مثلالحديدوالزنك؛ بحيث أنّ جرعات مرتفعة تزيد عن 50 غ/اليوم يمكن أن تسبّبفقر الدم.هناك عددٌ من المخاطر المقترنة بارتفاع تركيز الألومنيوم في الدم؛ فهناك شكّ بوجود صلة وصل بين الألومنيوم وبينمرض آلزهايمر؛ولكنّ الأبحاث المستمرّة على عدّة عقود لم تستطع إثبات وجود دليلٍ على علاقةٍ سببيّةٍ بينهما.من جهةٍ أخرى، وُجِدَ أنّ الألومنيوم يزيد منالتعبير الجينيالمتعلّقبالإستروجينفي خلاياسرطان الثديالبشرية المنمّاة مخبرياً.كما يترافق وجود الألومنيوم بتراكيز مرتفعة جدّاً مع حدوث تغيّر وظيفي في أداءالحاجز الدموي الدماغي.
يؤدّي التعرّض المستمرّ إلى مسحوق الألومنيوم أو أبخرة لحام الألومنيوم إلى حدوثتليّف رئوي؛بالإضافة إلى المخاطر التي يمكن أن يسبّبها مسحوق الألومنيوم الناعم من حيث سهولة الاحتراق والتسبّب بحدوث مخاطر مهنية.