Aluminium

Sifat

Aluminium adalah merupakan logam yang lembut dan ringan, dengan rupa keperakan pudar, oleh kerana kehadiran lapisan pengoksidaan yang nipis yang terbentuk apabila didedahkan kepada udara. Aluminium adalah tak bertoksik (dalam bentuk logam), tak bermagnet, dan tidak menghasilkan cucuh. Aluminium tulen mempunyai kekuatan tegangan sebanyak 49 megapascal (MPa) dan 700 MPa sekiranya dibentuk menjadi aloi. Aluminium mempunyai ketumpatan satu pertiga daripada ketumpatan keluli atau tembaga; adalah boleh tempa, mulur, dan mudah dimesin dan ditempa; dan mempunyai daya tahan kakisan serta ketahanan yang sangat baik oleh sebab lapisan pelindung oksidanya. Kemasan cermin aluminium mempunyai kepantulan yang tertinggi antara semua logam dalam rantau 200-400 nm (Ultaungu), dan 3000-10000 nm (Inframerah jauh), sementara dalam julat penglihatan iaitu 400-700 nm ia diatasi sedikit oleh perak, dan dalam julat 700-3000 (Inframerah dekat) diatasi oleh perak, emas dan tembaga. Ia merupakan logam kedua paling mudah tertempa (selepas emas) dan keenam paling mulur.

Kegunaan kejuruteraan

Aloi aluminium mempunyai bermacam-macam sifat dan adalah digunakan dalam struktur kejuruteraan. Sistem aloi dikelaskan menggunakan sistem nombor (ANSI) atau menggunakan nama untuk menunjukkan juzuk pengaloian utama (DIN dan ISO). Memilih aloi yang sesuai untuk aplikasi yang diberikan melibatkan pertimbangan antara lainnya, kekuatan, kemuluran, kebolehbentukan, kebolehkimpalan dan rintangan kakisan.
Penggunaan aluminium yang kurang sesuai boleh mengakibatkan masalah, terutamanya berbanding dengan besi atau keluli, yang pada luarnya tampak lebih baik dari segi sifat, yang dianggap oleh pereka gerak hati, mekanik dan juruteknik. Pengurangan sebanyak dua pertiga berat bagi sebuah alat aluminium berbanding dengan alat besi dan keluli dengan saiz yang sama nampak agak menarik, akan tetapi ia haruslah mengambil kira pengurangan dua pertiga dari segi kekukuhan alat tersebut. Oleh itu, walaupun penggantian terus alat daripada besi atau keluli dengan pendua daripada aluminium mungkin masih dapat membekalkan kekuatan yang boleh diterima untuk menahan bebanan puncak, namun kebolehlenturan yang juga meningkat akan menyebabkan tiga kali lebih pemesongan pada alat tersebut.
Sekiranya kegagalan bukan menjadi masalah tetapi kelenturan berlebihan tidak dikehendaki kerana keperluan dalam kejituan kedudukan atau kecekapan dalam penghantaran kuasa, penggantian ringkas tiub atau saluran keluli menggunakan saluran aluminium sama saiz akan mengakibatkan darjah kelenturan yang tidak dikehendaki; sebagai contoh, kelenturan yang meningkat oleh bebanan kendalian yang diakibatkan oleh penggantian kerangka tiub keluli pada basikal dengan tiub aluminium berdimensi sama akan menyebabkan salah jajaran pada rangkaian kuasa dan juga penyerapan daya pengendalian. Jika ketegaran ditingkatkan melalui penebalan dinding tiub, ini akan meningkatkan berat pada kadar terus, dan ini akan menghilangkan kelebihan dalam keringanan alat apabila ketegaran dipulihkan semula.
Aluminium paling baik digunakan dengan mereka semula alat supaya sifat-sifat disesuaikan dengan penggunaan; sebagai contoh membuat basikal menggunakan tiub aluminium dengan diameter (ukur lilit) berukuran lebih besar, bukan dengan menebalkan dindingnya. Dengan cara ini, ketegaran boleh dipulihkan atau juga diperbaiki tanpa meningkatkan berat. Had proses ini ialah peningkatan dalam kerentanan kegagalan secara lengkok, di mana sisihan daya dari mana-mana arah selain daripada arah menerusi paksi tiub menyebabkan perlipatan dinding tiub.
Model terbaru kereta Corvette, antara lainnya, adalah contoh baik dalam perekaan semula alat untuk memanfaatkan kelebihan sifat aluminium. Anggota casis dan alat-alat ampaian buatan aluminium dalam kereta mempunyai dimensi keseluruhan yang besar untuk mencapai ketegaran tetapi diringankan dengan mengurangkan keluasan keratan rentas dan mengeluarkan logam-logam yang tidak diperlukan; dan hasilnya, ia bukan sahaja sama atau lebih tahan lama dan tegar daripada alat buatan keluli, malahan ia memiliki ciri-ciri bergaya yang disukai ramai. Sedemikian juga, kerangka basikal aluminium boleh direka secara optimum untuk membekalkan ketegaran apabila diperlukan, tetapi juga mempunyai kelenturan dari segi menyerap kejutan akibat hentakan pada jalan dan tidak menyampainya pada penunggang.
Kekuatan dan ketahanan aluminium berubah-ubah, bukan sahaja kerana komponen aloi-aloi tertentu, tetapi juga kerana proses pembuatan yang tertentu; dan disebabkan ini, ia dari semasa ke semasa telah memperolehi reputasi yang buruk. Misalnya, kekerapan tinggi kegagalan dalam kebanyakan kerangka basikal aluminium pada tahun 1970-an telah memburukkan reputasinya; tetapi jika direnung kembali, penggunaan komponen aluminium yang meluas dalam industri aeroangkasa dan kereta berprestasi tinggi, di mana tegasan tinggi ditempuhi dengan kadar kegagalan yang amat rendah, membuktikan bahawa komponen basikal buatan aluminium yang didirikan secara sempurna adalah sepatutnya amat baik.
Demikian juga, penggunaan aluminium dalam kereta, khususnya bahagian enjin yang perlu menahan keadaan yang lampau, telah menjadi semakin maju dengan masa. Seorang jurutera Audi mengulas mengenai enjin V12, yang menghasilkan lebih daripada 500 kuasa kuda (370 kW) dalam perlumbaan kereta Auto Union pada tahun 1930-an yang baru-baru ini dibina kembali oleh kilang Audi, bahawa aloi aluminium yang digunakan untuk membina enjin tersebut pada hari ini hanya digunakan untuk perabot halaman rumah dan alat-alat sedemikian. Malah kepala silinder dan kotak engkol Corvair, yang dibina seawal tahun 1960-an, telah memperoleh reputasi kegagalan dan penanggalan ulir pada lubang, malah sebesar lubang palam pencucuh, yang pada masa kini tidak lagi dikesani pada kepala silinder buatan aluminium.
Selalunya, kepekaan aluminium terhadap haba juga harus diambil kira. Malahan tatacara bengkel melibatkan pemanasan yang secara relatifnya agak rutin pun adalah disulitkan dengan kenyataan bahawa aluminium akan melebur tanpa bertukar menjadi merah terlebih dahulu, berbeza daripada keluli. Oleh itu, pengendalian pembentukan di mana penunu hembus digunakan akan memerlukan kepakaran kerana tidak terdapatnya tanda-tanda yang boleh dilihat yang akan memberi petunjuk bahawa bahan akan melebur. Aluminium juga akan mengumpul tegasan dan keterikan dalaman dalam keadaan lampau panas; walaupun tidaklah terus-menerus menjadi nyata, kecenderungan logam untuk merayap pada tegasan yang berkekalan mengakibatkan herotan pada tempoh berpanjangan. Contohnya peledingan atau peretakan yang biasa dilihat pada kepala silinder kereta buatan aluminium setelah enjin terlebih panas, kadang-kala setelah bertahun-tahun kemudian, ataupun kecenderungan kerangka aluminium basikal yang dikimpal untuk terpiuh keluar daripada jajaran oleh sebab tegasan yang terkumpul semasa proses kimpalan. Oleh sebab itu, kebanyakan penggunaan aluminium dalam industri aeroangkasa akan mengelakkan haba secara seluruhnya, iaitu dengan menggabungkan anggota menggunakan pelekat; ini juga digunakan dalam kebanyakan kerangka basikal aluminium pada tahun 1970-an, dengan akibat buruk apabila tiub aluminium terkakis sedikit, lalu melonggarkan ikatan pelekat, menjurus kepada kegagalan kerangka. Tegasan akibat pemanasan berlebihan aluminium boleh dipulihkan dengan mengolah haba pada anggota-anggota, dalam ketuhar dan perlahan-lahan menyejukannya, kesannya ialah penyepuhlindapan tegasan tersebut; tetapi boleh juga mengakibatkan sebahagian anggota menjadi terherot akibat tegasan-tegasan ini, dan oleh itu pengolahan haba kerangka basikal terkimpal, akan menyebabkan kebanyakkan bahagian tersalah jajar. Jika salah jajaran menjadi terlalu teruk, ia bolehlah dibentuk semula mengikut jajaran setelah disejukkan tanpa apa-apa kesan buruk.

Sejarah

Tamadun Yunani kuno dan Rom kuno menggunakan garam logam ini sebagai pencelup mordan dan astringen untuk pengubatan cedera, dan alum digunakan sebagai stiptik. Joseph Needham mecadangkan daripada penggalian pada tahun 1974 bahawa Tamadun Cina kuno telah menggunakan aluminium (lihat "nota" di bawah). Pada tahun 1761, Guyton de Morveau memberi cadangan untuk memanggil bes alum sebagai 'alumine'. Pada tahun 1808, Humphry Davy mengenalpasti kewujudan bes logam alum, di mana dia namakan sebagai (lihat bahagian Ejaan).
Secara amnya, Friedrich Wöhler merupakan orang yang diberi penghargaan kerana mengasingkan aluminium (Latin alumen, alum) pada tahun 1827 dengan mencampurkan aluminium klorida kontang dengan kalium. Akan tetapi, logam ini telah dihasilkan julung kali dua tahun sebelumnya daripada bentuk tak tulen oleh ahli fizik dan kimia Denmark Hans Christian Ørsted. Oleh itu, almanak dan laman kimia biasanya menyenaraikan Øersted sebagai penemu aluminium. Seterusnya P. Berthier adalah orang pertama yang telah menjumpai alunimium dalam bijih bauksit dan berjaya menyarinya. Orang Perancis Henri Saint-Claire Deville memperbaiki cara Wöhler's pada tahun 1846 dan menerangkan cara pembaharuannya dalam bukunya pada tahun 1859, terutamanya pembaharuan dari segi penggunaan natrium sebagai ganti kepada kalium yang lebih mahal.
Orang Amerika Charles Martin Hall daripada Oberlin, OH telah memohon paten (400655) pada tahun 1886 untuk satu proses elektrolisis menyari aluminium menggunakan teknik yang serupa dengan teknik yang dihasilkan secara berasingan oleh orang Peranics Paul Héroult di Eropah. Penciptaan Proses Hall-Héroult pada tahun 1886 membolehkan penyarian aluminium daripada mineral menjadi lebih murah, dan merupakan cara utama yang digunakan secara umum di seluruh dunia pada masa kini. Setelah memperolehi kebenaran untuk patennya pada tahun 1889, Hall, dengan bantuan kewangan Alfred E. Hunt dari Pittsburgh, PA, memulakan Syarikat Pittsburgh Reduction Company, dan dinamakan semula sebagai Aluminum Company of America pada tahun 1907, yang kemudiannya disingkatkan kepada Alcoa.
Aluminium dipilih sebagai bahan untuk mercu Washington Monument, di kala satu auns aluminium berharga dua kali ganda upah seharian buruh biasa dalam projek tersebut. 
Jerman menjadi pengeluar dunia utama aluminium sejurus selepas Adolf Hitler memperoleh kuasa. Akan tetapi, menjelang 1942, projek baru kuasa hidroelektrik seperti Grand Coulee Dam telah memberikan Amerika Syarikat sesuatu yang Nazi Jerman tidak akan dapat bersaing, iaitu kemampuan untuk menghasilkan aluminium secukupnya untuk menghasilkan enam puluh ribu kapal perang dalam jangka masa empat tahun.

Isotop

Aluminium mempunyai sembilan isotop, yang mana nombor jisimnya adalah antara 23 ke 30. Hanya ²⁷Al (isotop stabil) dan ²⁶Al (isotop radioaktif, t1/2 = 7.2 × 10⁵ thn) wujud secara semulajadi, walau bagaimanapun ²⁷Al mempnyai kelimpahan semulajadi 100%. ²⁶Al dihasilkan daripada argon dalam atmosfera melalui perkecaian yang disebabkan oleh proton sinar kosmik. Isotop aluminium mempunyai penggunaan amali dalam pentarikhan endapan laut, nodul mangan, ais glasier, kuartza dalam pendedahan batuan, dan meteorit. Nisbah ²⁶Al kepada ¹⁰Be telah digunakan dalam kajian peranan pengangkutan, pemendapan, simpanan endapan, tempoh timbusan, dan hakisan pada skala masa 10⁵ hingga 10⁶ tahun.
Penggunaan amali ²⁶Al kosmogenik pertama adalah dalam kajian Bulan dan meteorit. Cebisan meteorit, selepas pelepasan daripada jasad induk, adalah didedahkan kepada pembedilan sinar kosmik beramatan semasa perjalanannya merentasi ruang angkasa, menyebabkan penghasilan ²⁶Al yang banyak. Setelah jatuh ke Bumi, pemerisaian atmosfera melindung cebisan meteorit daripada penghasilan lanjut ²⁶Al, dan reputannya boleh digunakan untuk menentukan usia daratan meteorit. Kajian meteorit juga telah menunjukkan bahawa ²⁶Al adalah secara relatifnya agak berlimpah ketika pembentukan sistem planet kita. Kemungkinan juga, tenaga yang dibebaskan oleh reputan ²⁶Al adalah berperanan dalam peleburan semula dan pembezaan sesetengah asteroid selepas pembentukannya 4.6 bilion tahun yang lalu.

Gugusan

Jurnal Science pada 14 Januari 2005 melaporkan tentang penghasilan gugusan 13 atom aluminium (Al₁₃) dan ia didapati berkelakuan seperti atom iodin; dan juga atom aluminium 14 (Al₁₄) berkelakuan seperti atom Alkali Bumi. Pengkaji juga telah mengikat 12 atom iodin kepada gugusan Al₁₃ untuk menghasilkan kelas baru poliiodida. Penemuan ini dilaporkan akan menimbulkan kemungkinan untuk penyifatan terbaru dalam jadual berkala: superatom. Kumpulan penyelidik ini diketuai oleh Shiv N. Khanna (Virginia Commonwealth University) dan A. Welford Castleman Jr (Penn State University).

Langkah pengawasan

Aluminium adalah merupakan salah satu daripada unsur yang paling berlimpah yang nampaknya tidak mempunyai fungsi berguna untuk sel-sel hidupan, akan tetapi beberapa peratus orang adalah alah terhadapmya — mereka mengalami dermatitis sentuhan daripada apa-apa bentuk aluminium: radang yang gatal akibat penggunaan stiptik atau barangan antipeluh, gangguan pencernaan dan ketidakmampuan untuk menyerap nutrien daripada makanan yang dimasak pada periuk aluminium, dan muntah serta lain-lain gejala keracunan akibat pengunyahan produk seperti Rolaids, Amphojel, dan Maalox (antasid). Dalam sebilangan manusia pula, aluminium tidaklah setoksik logam-logam berat, tetapi terdapatnya bukti sedikit ketoksikan sekiranya dimakan pada jumlah yang banyak, walaupun secara amnya belum lagi terdapat bukti yang menunjukkan bahawa penggunaan perkakas-perkakas dapur aluminium membawa kepada keracunan aluminium. Penggunaan berlebihan antasid yang mengandungi sebatian aluminium dan penggunaan secara berlebihan bahan antipeluh yang mengandungi aluminium adalah lebih berkemungkinan menjadi penyebab keracunan pada manusia. Ia pernah dicadangkan bahawa aluminium mempunyai hubung kait dengan penyakit Alzheimer, walaupun baru-baru ini kajian tersebut telah disangkal; iaitu pengumpulan aluminium adalah mungkin merupakan akibat kerosakan daripada penyakit Alzheimer, bukanlah penyebabnya. Dalam apa-apa kejadian sekalipun, jika terdapatnya ketoksikan aluminium, ia semestinya adalah melalui mekanisme yang sangat tertentu, kerana jumlah pendedahan manusia kepada unsur ini dalam bentuk tanah liat semulajadi dalam tanah dan habuk amatlah banyak sepanjang jangka hayat manusia.
Langkah pengawasan haruslah dijalankan untuk mengelakkan aluminium daripada terkena sesetengah bahan kimia yang boleh menyebabkannya untuk terhakis dengan cepat. Contohnya, hanya sedikit kandungan raksa yang disapu pada permukaan sekeping aluminium boleh memecahkan lapisan aluminium oksida yang pada kebiasaannya hadir. Dalam masa beberapa jam sahaja, alang binaan berat boleh dilemahkan dengan ketara sekali. Oleh sebab inilah, termometer raksa tidak dibenarkan dibawa masuk oleh kebanyakan syarikat penerbangan, kerana aluminium merupakan komponen binaan yang biasa dalam sesebuat pesawat terbang.

Sejarah penamaan/Etimologi

Pada tahun 1808, Humphry Davy asalnya mencadangkan nama alumium ketika percubaannya untuk mengasingkan unsur baru secara elektrolisis daripada mineral alumina. Pada tahun 1812 dia mengantikan nama tersebut kepada aluminum untuk memadankan dengan asal-usul nama Latin. pada tahun yang sama, penyumbang tak bernama untuk Quarterly Review membangkang penamaan aluminum, dan mencadangkan nama aluminium.
Aluminium, for so we shall take the liberty of writing the word, in preference to aluminum, which has a less classical sound. (Q. Review VIII. 72, 1812)
Ini mempunyai kelebihan dalam pematuhan kes duluan yang ditetapkan oleh penemuan unsur-unsur baru pada zaman tersebut iaitu penggunaan imbuhan akhir -ium: kalium, natrium, magnesium, kalsium, dan strontium (kesemuanya telah diasingkan sendirinya oleh Davy). Akan tetapi, ejaan -um ialah untuk unsur yang sudah pun diketahui pada zaman tersebut: platinum, yang telah diketahui oleh orang Eropah semenjak kurun ke-16, molibdenum, yang ditemui pada tahun 1778, dan tantalum, yang ditemui pada tahun 1802, semuanya mempunyai ejaan yang diakhiri dengan -um.

Ejaan masa kini

Dalam bahagian dunia penutur Inggeris, ejaan (dan sebutan yang berkait) aluminium and aluminum kedua-duanya digunakan secara umum dalam konteks sains dan bukan sains. Di Amerika Syarikat, ejaan aluminium tidak diketahui ramai, dan ejaan aluminum adalah paling utama. Selain Amerika Syarikat, penggunaan ejaan aluminium lebih menonjol, dan ejaan aluminum jarang digunakan. Di Kanada, kedua-dua ejaan adalah biasa digunakan, kerana pengaruh berganda pada bahasanya oleh kedudukan berdekatan dengan Amerika Syarikat dan sejarah penjajahan British dan juga bilangan besar penutur Bahasa Perancis asli.
Selain Bahasa Inggeris, ejaan "ium" adalah lebih meluas: perkataan aluminium dalam Bahasa Perancis dan Bahasa Jerman, dan bentuk serupa digunakan dalam banyak bahasa-bahasa lain. Akibatnya, ia merupakan ejaan yang paling biasa digunakan dalam peringkat antarabangsa.
International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) menerima aluminium sebagai nama antarabangsa piawai untuk unsur ini pada tahun 1990, akan tetapi tiga tahun kemudian ia mengiktiraf aluminum sebagai kelainan ejaan yang diterima pakai. Oleh itu jadual berkala IUPAC menyenaraikan kedua-dua ejaan, tetapi meletakkan aluminium pertama . IUPAC secara rasminya lebih memilih menggunakan aluminium untuk penerbitan dalaman, walaupun beberapa penerbitan IUPAC menggunakan ejaan aluminum.