hotchpotch/wikipedia-multilingual-ir-pairs huggingface dataset:
ألومنيوم
عادةً ما يشكّل الألومنيوم مركّباته الكيميائية في حالة الأكسدة +3؛ ولهذا الفلز ألفة كيميائية كبيرة تجاه الأكسجين، ممّا يؤدّي إلى تشكّل طبقةٍ من الأكسيد على سطحه تعمل على تخميله. أعلن هانز كريستيان أورستد اكتشاف الألومنيوم سنة 1825؛ في حين عمل هنري إتيان سانت كلير ديفيل على تأسيس الإنتاج الصناعي لهذا الفلز سنة 1856؛ بالمقابل ساهمت عملية هول-هيرو المُطوَّرَة سنة 1886 في تخفيض تكاليف الإنتاج. إنّ المصدر الرئيسي للألومنيوم هو خام البوكسيت؛ وأنتج منه عالمياً سنة 2016 حوالي 115 مليون طن؛ ومن جهةٍ أخرى، بلغ معدّل إعادة تدوير الألومنيوم عالمياً حوالي 40%.
يمتاز الألومنيوم بمقاومته للتآكل وبانخفاض كثافته؛ ممّا جعله محطّ اهتمامٍ في مجال صناعة الطائرات؛ كما للعناصر البنيوية والهياكل المصنوعة من الألومنيوم وسبائكه دورٌ فعّال في الصناعة الفضائية؛ وهي مهمّة جدّاً في مجالات أخرى مثل النقل والبناء؛ كما أنّ طبيعته التفاعلية جعلته مفيداً في مجال التحفيز الكيميائي. من جهةٍ أخرى، لا يوجد دورٌ حيويٌ معروفٌ للألومنيوم عند الكائنات الحيّة، ولكن لا يزال ذلك الأمر محطّ اهتمام وموضوع دراسات مستمرّة.
ألومنيوم التاريخ وأصل التسمية
كانت أملاح الشبّ هي أولى أملاح الألومنيوم التي جرى التعامل بها، على الرغم من أنّ تركيبها لم يكن معروفاً في البداية؛ حيث دوّنها هيرودوت في سجلّاته التي تعود إلى القرن الخامس قبل الميلاد. كانت أملاح الشب تستخدم في ترسيخ ألوان الصبغات، ووجدت لها أهميةً في الصناعات 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 ضمنهم باراسيلسوس، وأندرياس ليبافيوس؛ وفي سنة 1722 أعلن فريدريش هوفمان أنّ ملح الشب تربة متمايزة عن غيرها. في سنة 1754 اصطنع أندرياس سيغيسموند مارغراف الألومينا (أكسيد الألومنيوم) من غلي الصلصال (الغضار) في حمض الكبريتيك ثمّ بإضافة البوتاس لاحقاً.
ألومنيوم التاريخ وأصل التسمية
تعود المحاولات الأولى للحصول على فلز الألومنيوم إلى حوالي سنة 1760؛ إلّا أنّ أوّل محاولةٍ ناجحة في عزل هذا الفلز كانت من إنجاز الكيميائي هانز أورستد، والذي فاعل كلوريد الألومنيوم اللامائي مع ملغمة البوتاسيوم، ممّا أدّى إلى الحصول على كتلة من فلز يشبه القصدير. في العام التالي نشر أورستد نتائجه وعرض عينةً من الفلز الجديد على العموم. كرّر فريدرش فولر سنة 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 من الذهب.
ألومنيوم التاريخ وأصل التسمية
ظهرت محاولات لإنتاج الألومنيوم سنة 1856 بجهود من هنري إتيان سانت كلير ديفيل وزملائه؛ حيث اكتشف كيف يمكن اختزال ثلاثي كلوريد الألومنيوم باستخدام الصوديوم الأوفر 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 من بول هيرو وتشارلز هول، وبشكلٍ مستقلٍٍّ ومنفصل، من تطوير عملية إنتاج هذا الفلز، والتي تعرف اليوم باسم عملية هول-هيرو. تعتمد هذه العملية على اختزال الألومينا (أكسيد الألومنيوم). تمكّن الكيميائي كارل يوزف باير بعد ذلك في سنة 1889 من اكتشاف أسلوب لتنقية البوكسيت للحصول على الألومينا، وتعرف العملية باسم عملية باير. يعتمد الإنتاج الحديث للألومنيوم على هاتين العمليّتين.
ألومنيوم التاريخ وأصل التسمية
ساهم تطوّر الإنتاج الصناعي من فلز الألومنيوم في تخفيض أسعاره في السوق، وفي دخوله في عديدٍ من التطبيقات، وخاصّةً في إمكانية تشكيله للسبائك ذات الخواص المميّزة. مع اندلاع الحربَين العالَميّتين الأولى والثانية ازدادت أهميّة الألومنيوم نظراً لإمكانية استخدامه في صناعة الطائرات.
في أواسط القرن العشرين وجد الألومنيوم تطبيقات في إنتاج معدّات الحياة اليومية، مثل الرقائق والعبوات، حتّى تفوّق في ذلك على تطبيقات كانت نمطيّةً للنحاس؛ ممّا جعله أكثر الفلزات اللاحديدية إنتاجاً، حيث دخل الألومنيوم بشكلٍ تدريجي في مجال الإنشاءات الهندسية؛ وفي مجال صناعات المركبات. مع بداية عصر الفضاء دخل الألومنيوم في تركيب الأقمار الاصطناعية. ازداد إنتاج الألومنيوم في القرن العشرين بشكل متسارع؛ حتى دخل في سبعينيات القرن العشرين بورصة لندن للمعادن سلعةً للتداول، وصل الإنتاج العالمي من هذا الفلز 50 مليون طن متري سنة 2013.
ألومنيوم التاريخ وأصل التسمية
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 متقادمة للألومينا «alumina» (وهو أكسيد الألومنيوم). إنّ كلمة «alumine» هي كلمة مستعارة من اللغة الفرنسية، وهي بدورها مشتقّة من «alumen»، وهي تسمية لاتينية كلاسيكية تشير إلى «alum» (وهي تعني بالعربية ملح الشب)، 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 الكيميائي همفري ديفي، والذي أجرى العديد من التجارب لعزله على شكل فلز حر. ففي سنة 1808 اقترح ديفي في بحثٍ نشره في المداولات الفلسفية للجمعية الملكية اسم 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 أن التصريف يظهر النسبة إلى الجذر اللاتيني نفسه.
نشر الكيميائي يونس ياكوب بيرسيليوس لاحقاً سنة 1811 بحثاً باللغة الفرنسية  استخدم فيه اسم «aluminium» للإشارة إلى هذا الفلز؛ وظهرت تلك التسمية أيضاً في ملخّص لإحدى محاضرات ديفي في الجمعية الملكية سنة 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 اعتمدت الجمعية الكيميائية الأمريكية تسمية «ألومنوم aluminum»؛ أمّا تسمية «ألومنيوم aluminium» الشائعة فاعتمدها الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (أيوباك ) سنة 1990؛ وفي سنة 1993 اعترف الأيوباك بتسمية ألومنوم بديلاً مقبولاً.
ألومنيوم الوفرة الطبيعية
يأتي الألومنيوم في المرتبة الثانية عشرة من حيث ترتيب العناصر في المجموعة الشمسية؛ وهو الثالث من بين العناصر ذات عددٍ ذرّي فردي بعد الهيدروجين والنتروجين. يعدّ ألومنيوم-27 27Al النظير الوحيد والمستقرّ للألومنيوم، وهو النظير الثامن عشر من حيث وفرة النويدات في الكون، وهو ينشأ بشكل شبه كامل من اندماج الكربون في النجوم العملاقة والتي ستصبح لاحقاً مستعر أعظم من النوع الثاني. يولّد ذلك الاندماج نوى مغنيسيوم-26 26Mg، والتي تلتقط البروتونات والنيوترونات الحرّة لتصبح نوى ألومنيوم. تُنتَج كمّيّات أصغر من 27Al في محيط تفاعلات الانصهار النجمي للنجوم الوليدة، حيث يمكن لنوى المغنيسيوم 26Mg أن تلتقط بروتونات حرّة أيضاً.
ألومنيوم الوفرة الطبيعية
كان النظير ألومنيوم-26 26Al موجوداً في المجموعة الشمسية بوفرة مقدارها 0.005% بالنسبة إلى النظير 27Al، إلّا أنّ قصر عمر النصف النسبي (728,000 سنة) بالنسبة لعمر الكون حال دون بقائها موجودة، لذلك يعدّ النظير ألومنيوم-26 26Al نويدة مشعّة منقرضة. على العكس من 27Al فإنّ تفاعلات الانصهار النجمي (حرق الهيدروجين) هي المصدر الرئيسي للنظير 26Al عندما يلتقط النظير 25Mg بروتوناً حرّاً؛ وعندما يتشكّل على هيئة نظيرٍ مشعٍّ نادر فإنّه يصدر أشعّة غاما في الوسط بين النجمي.
ألومنيوم الوفرة الطبيعية
يدخل الألومنيوم في تركيب كوكب الأرض بنسبة 1.59% كتلةً (السابع بالوفرة من حيث الكتلة)؛ لكنّ الألومنيوم يتركّز في القشرة الأرضية، فهو من أكثر العناصر وفرةً في القشرة الأرضية بعد الأكسجين والسيليكون، وهو بذلك أكثر الفلزات انتشاراً في القشرة الأرضية، بنسبة مقدارها 8.23% كتلةً. بالمقابل فإنّ الألومنيوم يوجد في وشاح الأرض بنسبة 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 في ماء البحر بنسبة 2 ميكروغرام/كيلوغرام. يمكن لمعدن الألومنيوم أن يوجد كحالة ثانوية في البيئات منخفضة الأكسجين، مثل داخل بعض البراكين.
ألومنيوم الوفرة الطبيعية
يوجد الألومنيوم في العديد من المعادن مثل معادن الأكاسيد أو السيليكات؛ وهو يدخل في تركيب الفلسبار، وهي أكثر مجموعات المعادن شيوعاً في القشرة الأرضية، على شكل ألومينوسيليكات. تدخل الألومينوسيليكات في تركيب الصلصال (الغضار) وصخور النايس والغرانيت. يوجد الألومنيوم على سبيل المثال في معادن البيريل والكريوليت والغارنيت والإسبينل والفيروز. يوجد أكسيد الألومنيوم Al2O3 (الألومينا) طبيعياً على شكل معادن معروفة، مثل السامور (أو القرند)، وهو من المعادن الصلبة مرتفعة درجة الانصهار. عندما يكون القرند مشوباً بآثار من فلزات انتقالية مثل الكروم أو الحديد يتشكّل حينها الياقوت الأحمر والأزرق، على الترتيب. توجد أيضاً أكسيدات هيدروكسيدية للألومنيوم (AlO(OH، والمعدنان الرئيسيان الحاويان على تلك الصيغة هما البوميت والدياسبور؛ أمّا أشهر معادن الهيدروكسيدات الثلاثية الرئيسية فهو الجبسيت، والذي يوجد على أشكال 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 خام البوكسيت AlOx(OH)3-2x. يوجد البوكسيت نتيجة تجوية أديم الأرض التي تحتوي على نسبة قليلة من الحديد والسيليكا في ظروف مناخية مدارية. وتوجد كمّيّات كبيرة من البوكسيت في أستراليا، والبرازيل، وغينيا، وجامايكا ولكنّ مناجم المعدن الخام الرئيسية هي في غانا، واندونيسيا، وجامايكا، وروسيا، وسورينام. ويصهر المعدن الخام أساساً في أستراليا والبرازيل وكندا والنرويج وروسيا والولايات المتحدة.
ألومنيوم الإنتاج
يُستَحصل الألومنيوم صناعياً من أكسيده، حيث يُختَزل إلى الفلز عند درجات حرارة مرتفعة. تعدّ عملية إنتاج الألومنيوم عمليةً مستهلكةً جدّاً للطاقة الكهربائية؛ لذلك يعمد المنتجون إلى انتقاء مواقع الصهر بحيث تكون مصادر الطاقة وفيرة وزهيدة الثمن نسبياً، مثل القرب من مصادر النفط والغاز الطبيعي. وفق بيانات سنة 2019 تتصدّر الصين الدول المنتجة للألومنيوم، تليها الهند وروسيا وكندا والإمارات العربية المتحدة.
حسب تقييمات دولية فإنّ الاستهلاك العالمي من الألومنيوم يٌقدَّر بحوالي 80 كغ بالنسبة لكل 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).
ألومنيوم الإنتاج
تتضمّن عملية باير تحويل البوكسيت إلى الألومينا (أكسيد الألومنيوم)؛ حيث يُجانس ويطحن، ثم تُمزَج الردغة (الروبة) الناتجة مع محلول ساخن من هيدروكسيد الصوديوم؛ ثم يُترَك المزيج الناتج ليتفاعل تحت الضغط والحرارة، ممّا يؤدّي إلى حَلّ هيدروكسيد الألومنيوم في البوكسيت، ليُستَحصل على محلولٍ تركيبه بشكل أساسي من [−Al(OH)4]؛ في حين أنّ الشوائب المتبقيّة تُفصَل على شكل مركّبات راسبة غير منحلّة.
بعد التفاعل تُترَك الروبة الناتجة، لتَبرُد ويُخَفّف عنها الضغط وتُفصَل الرواسب ثمّ تُطرَح؛ ثم تُضاف كمّيّات صغيرة من نوى بلّورات هيدروكسيد الألومنيوم إلى 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.
ألومنيوم الإنتاج
تتضمّن عملية هول-هيرو تحويل الألومينا المستحصلة وفق عملية باير إلى فلز الألومنيوم؛ حيث تذاب في مزيج من مصهور الكريوليت Na3AlF6 مع فلوريد الكالسيوم عند درجات حرارة تتراوح بين 950-980°س؛ ثم يخضع المزيج إلى عملية تحليل كهربائي. نتيجةً لسلسلة الخطوات تلك يترسّب مصهور الألومنيوم إلى القعر، حيث يزال ويُصبّ في قوالب على شكل كتل من الألومنيوم الخام، غالباً على شكل قضبان، من أجل المعالجات اللاحقة. تكون المصاعد (الأنودات) في خلايا التحليل الكهربائي مصنوعةً من الغرافيت النقي، وهي بذلك مقاومة للتآكل الذي تسبّبه الفلوريدات، كما تخضع تلك المصاعد غالباً إلى معالجة حرارية قبل الاستخدام؛ أمّا المهابط (الكاثودات) فهي مصنوعة من الأنثراسيت. ينبغي أن تُستبدَل الأقطاب الكهربائية عند استهلاكها، وعادةً ما يبلغ العمر الافتراضي للخلايا بين 2-6 سنوات.
ألومنيوم الإنتاج
يكون الألومنيوم الناتج وفق عملية هول-هيرو مرتفع النقاوة (أكثر من 99%)؛ ورغم ذلك يمكن أن تُجرَى عمليات تنقية كهربائية لاحقة وفق عملية هوبس ، والتي تتضمّن التحليل الكهربائي لمصهور الألومنيوم مع كهرل من 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 17.7 كيلوواط ساعي من 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 عمليات إعادة 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 شكل عبوات المشروبات الغازية، ارتفعت دراية ووعي أهمية إعادة التدوير لدى العامّة. تتضمّن عمليات إعادة تدوير الألومنيوم إجراء صهر للخردة، 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 يدعى الحثالة (أو الكدارة)؛ ولكن يمكن التقليل من تلك النفايات الناتجة إلى نسبة دون 1% باستخدام مصهر مكدّس . تستخدم نفايات الألومنيوم تلك على شكل مادّة مالئة في الأسفلت والخرسانة.
ألومنيوم النظائر
يوجد هنالك نظيرٌ واحد مستقرّ للألومنيوم عملياً، وهو النظير ألومنيوم-27 27Al، والذي يشكّل حوالي 99% من الوفرة الطبيعية لهذا العنصر في الطبيعة؛ بالتالي يمكن اعتبار الألومنيوم بأنه عنصر أحادي النويدة. لنظير الألومنيوم 27Al فائدة كبيرة في تقنية الرنين المغناطيسي النووي (NMR)، إذ يمتلك حساسيةً مرتفعة.
يوجد هنالك نظير طبيعي مشعّ للألومنيوم، وهو ألومنيوم-26 26Al والذي لديه عمر نصف مقداره 7.2 × 105 سنة، ولكنه نادر الوجود في الأرض، لأنه اضمحلّ إشعاعياً قبل تشكّل المجموعة الشمسية. يمكن أن تتشكّل كمّيّات ضئيلة من النظير 26Al انطلاقاً من الآرغون في غلاف الأرض الجوّي من التشظّي الذي تسبّبه بروتونات الأشعّة الكونية. تفيد النسبة بين 26Al إلى نظير البيريليوم 10Be في التأريخ الإشعاعي للعمليّات الجيولوجية، التي تقع فتراتها الزمنية في مجال يتراوح بين 105 إلى 106 سنة، وخاصّةً في عمليات النقل والترسب والطمر والتعرية. يَظنُّ الكثير من الباحثين في مجال الأحجار النيزكية أنّ الطاقة المتحرّرة من اضمحلال 26Al كانت مسؤولةً عن انصهار وتباين بعض الكويكبات بعد تشكّلها قبل 4.5 بليون سنة خلت.
ألومنيوم النظائر
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 وثلاثون نظيراً معروفاً؛ تتراوح أعدادها الكتلة من 22Al إلى 43Al، مع وجود أربعة متصاوغات نووية.
ألومنيوم الخواص الفيزيائية
يوجد في ذرّة الألومنيوم 13 إلكترون، وهي موزّعة على الشكل Ne] 3s2 3p1]؛ مع وجود ثلاثة إلكترونات تكافؤ في الغلاف السطحي. وفقاً لذلك، فإنّ مجموع طاقات التأيّن الثلاث 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 قيمة كهرسلبية الألومنيوم 1.61 على مقياس باولنغ. يبلغ نصف القطر الذرّي للألومنيوم 143 بيكومتر؛ وعند نزع إلكترونات التكافؤ يكون الحديث عن نصف القطر الأيوني، والذي يبلغ مقدار 39 بيكومتر بالنسبة لذرّة رباعية التناسق، و53.5 بيكومتر بالنسبة لذرّة سداسية التناسق.
ألومنيوم الخواص الفيزيائية
عند ظروف قياسية من الضغط ودرجة الحرارة تترتّب ذرّات الألومنيوم وفق نظام بلّوري مكعّب مركزي الوجه، وتكون مترابطة وفق رابطة فلزية تؤمّنها الإلكترونات الخارجية. يلاحظ هذا التكوين البلّوري في العديد من الفلزّات الأخرى مثل الرصاص والنحاس؛ ويناظر حجم وحدة الخلية في الألومنيوم ما يوجد في الفلزات الأخرى. تبلغ قيمة ثابت الشبكة البلّورية في الألومنيوم مقدار 0.404 نانومتر؛ وذلك يعادل أربع وحدات صيغة في كل وحدة خلية. تظهر عيوب فراغية في البنية البلورية عند ارتفاع درجات الحرارة إلى حوالي 500 °س؛ وهي تزداد عندما يروى الألومنيوم بشكلٍ مفاجئ. لا يشاطر الألومنيوم الخواص البنيوية مع باقي عناصر مجموعته؛ فطاقات التأيّن في البورون مرتفعة بالشكل الذي يحدّ من الفلزنة؛ والثاليوم لديه بنية سداسية ذات تعبئة متراصّة؛ في حين أنّ بنية الإنديوم والغاليوم مختلفة 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 في الفلزات بعد الانتقالية.
ألومنيوم الخواص الفيزيائية
الألومنيوم فلز خفيف الوزن وذو مظهر يتراوح بين الفضّي والرمادي الداكن بحسب خشونة 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 أن تعكس جزءاً أعظمياً من الضوء المرئي؛ وهي تعكس أكثر من 98% من طيف الأشعّة تحت الحمراء في المجال المتوسّط والبعيد. بالإضافة إلى ذلك، فإنّ لمرآة الألومنيوم أعلى انعكاس من أيّ فلز عند أطوال موجات (200-400 نانومتر) (في مجال الأشعّة فوق البنفسجية) وعند 3000- 10000 نانومتر (في مجال الأشعة تحت الحمراء)، في حين أنّ القصدير والفضّة فقط يتفوّقان عليه في انعكاس مجال الضوء المرئي 400-700 نانومتر. الألومنيوم عاكس جيّد للإشعاع الشمسي، وخاصّةً عندما تتشكّل الطبقة الأكسيدية المخمّلة على سطحه.
ألومنيوم الخواص الفيزيائية
إنّ الألومنيوم فلزٌ قابل للسحب والطرق؛ وهو سهل التشغيل والسبك والبثق ويمكن قولبته بشكل سهل نسبياً. تبلغ كثافة الألومنيوم مقدار 2.70 غ/سم3، وهي ثلث كثافة الفولاذ، وهي أخفّ بكثير من كثافة أغلب الفلزات المعروفة، كما أنّ الفلزات ذات الكثافة الأخفّ من الألومنيوم هي من مجموعة الفلزات القلوية والفلزات 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 بناء الهياكل المعدنية وفي العديد من الصناعات التطبيقية. الألومنيوم هو موصل جيّد للحرارة والكهرباء، وموصليته حوالي 60% من موصلية النحاس؛ إلّا أنّ لديه مجرّد 30% من كثافته. يمكن للألومنيوم أن يكون موصلاً فائقاً، مع درجة حرارة حرجة للتوصيل الفائق 1.2 كلفن، ومجال مغناطيسي حرج حوالي 100 غاوس. للألومنيوم مغناطيسية مسايرة، أي أنّه لا يتأثّر بالحقول المغناطيسية الساكنة. لكنّ الموصلية الكهربائية المرتفعة له تجعله قابلاً للتأثّر بالحقول المغناطيسية المتغيّرة عبر حثّ التيّارات الدوّامية.
ألومنيوم الخواص الفيزيائية
تعود قدرة الألومنيوم الممتازة على مقاومة التآكل إلى الطبقة السطحية الرقيقة غير النفوذة والمتماسكة من أكسيد الألومنيوم التي تتشكّل عندما يتعرّض الفلز للهواء، ممّا يمنع استمرار عملية الأكسدة. أقوى سبائك الألومنيوم تكون أقل مقاومةً للتآكل بسبب التفاعلات الجلفانية مع 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 تستخدم سبائك الألومنيوم عادةً في التطبيقات الصناعية بسبب ارتفاع قيم المتانة والجساءة والصلادة لديها. تبلغ قيمة مقاومة الشدّ للألومنيوم 45 نيوتن/مم²، في حين أنّ معامل القصّ يبلغ 25 كيلو نيوتن/مم²؛ أمّا مقاومة الخضوع للألومنيوم النقي فتبلغ مقدار 7-11 ميغا باسكال، في حين أنّ قيمتها لسبائك الألومنيوم تتراوح من 200 إلى 600 ميغاباسكال.
من السهل على الألومنيوم أن يشكّل سبائك مع العديد من الفلزات الأخرى، وأشهر تلك العناصر التي يُسبَك معها هي النحاس والزنك والمنغنيز والمغنيسيوم والسيليكون. ولذلك توجد عدد معتبر من سبائك الألومنيوم، إذ أن سبكه يحسّن بشكلٍ واضح من خواصّه الهندسية، خاصّةً بعد المعالجة الحرارية. كما يشكّل الألومنيوم العديد من المركّبات بين الفلزية. تسهّل المعالجة الآلية لسبائك الألومنيوم، حيث يمكن أن تخضع للدرفلة والتطريق؛ كما يسهل قولبتها. ولذلك فإنّ أغلب تطبيقات الألومنيوم هي لسبائكه، مثلما هو الحال في رقائق الألومنيوم وعبوات المشروبات. من الأمثلة أيضاً على سبائك الألومنيوم كل من دورالومين؛ وكذلك السبائك التالية المذكورة وفق رموز عناصرها: AlCu و AlMn و AlMg و AlMgSi و AlCuMg و AlZnMg.
ألومنيوم الخواص الكيميائية
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 تشكيل الرابطة الفلزية؛ ولكنّه مثل العناصر الأثقل في مجموعته فإنّ الخواص الفيزيائية تكون شبيهةً بالفلزّات بعد الانتقالية، بوجود مسافات بين ذرّية أطول من المتوقّع. يميل أيون الألومنيوم 3+Al إلى تشكيل روابط تساهمية؛ وهذا السلوك يشبه ما لأيون البيريليوم 2+Be، وذلك مثال واضح على العلاقة القطرية.
ألومنيوم الخواص الكيميائية
لا يحوي الألومنيوم على إلكترونات d داخلية على العكس من العناصر الأثقل في مجموعته، بالتالي تحجب الإلكترونات الداخلية إلكترونات التكافؤ بشكلٍ شبه كاملٍ تقريباً؛ ولذلك فإنّ الألومنيوم هو العنصر الأكثر كهرجابية في مجموعة البورون. لا توجد صفات تشاركية كبيرة مع البورون فالأخير شبه فلز، ولكن مركّبات AlX3 متساوية إلكترونياً مع مركّبات BX3، وتشترك معها بأنها أحماض لويس وتشكّل نواتج إضافة بسهولة. بالإضافة إلى ذلك، فإنّ ما يميّز كيمياء البورون هو تشكيله لبنى متعدّدة السطوح، وتلك يشكّلها الألومنيوم أيضاً في سبائكه شبه البلورية، بما فيها صنف Al–Zn–Mg.
ألومنيوم الخواص الكيميائية
للألومنيوم ألفة كيميائية مرتفعة تجاه الأكسجين، ممّا يجعل استخدامه ملائماً على شكل مختزل في تفاعل الثرميت. يستطيع مسحوق ناعم من الألومنيوم أن يتفاعل بعنف عند التماس مع الأكسجين السائل. في الأحوال العادية يشكّل الألومنيوم طبقةً من الأكسيد على السطح، تبلغ سماكتها حوالي 5 نانومتر عند درجة حرارة الغرفة؛ وهي تقيه من حدوث تفاعلات تآكل لاحقة بسبب الأكسجين أو الماء أو الأحماض الممدّدة، وتدعى تلك الظاهرة بالتخميل. تمنح هاته الخاصة الألومنيوم العديد من الميّزات، مثل استخدام مساحيقه في الطلاءات فضّية اللون؛ وفي صناعة حاويات الأحماض المخبرية الممدّدة.
يتفاعل الألومنيوم في حمض الهيدروكلوريك المركّز مع الماء، ممّا يؤدّي إلى انطلاق غاز الهيدروجين؛ كما يتفاعل مع محاليل هيدروكسيد الصوديوم أو هيدروكسيد البوتاسيوم المائية ليشكّل الألومينات الموافقة. ينحلّ الألومنيوم في الماء الملكي؛ وهو يتآكل بسبب الكلوريدات المنحلّة؛ وذلك وفق المعادلة:
ويحدث التآكل خاصّةً في المناطق التي تكون فيها طبقة الأكسيد متضرّرة، حيث يحفّز ذلك على ظهور تنقّر على السطح.
ألومنيوم الخواص الكيميائية
كما تتأثّر طبقة الأكسيد الواقية على الألومنيوم بالتماس مع الزئبق حيث تتشكّل ملغمة؛ وكذلك تتأثّر بأملاح بعض الفلزات الكهرجابية. لذلك فإنّ أقوى سبائك الألومنيوم هي أقلّ مقاومة لتفاعلات الجلفنة عندما يكون مسبوكاً مع النحاس. يتفاعل الألومنيوم مع أغلب اللافلزات عند التسخين، مشكّلاً مركّبات مثل نتريد الألومنيوم AlN وكبريتيد الألومنيوم Al2S3 وهاليدات الألومنيوم AlX3؛ كما يشكّل الألومنيوم طيفاً واسعاً من المركّبات بين الفلزية.
في الأغلبية العظمى من مركّباته الكيميائية يكون الألومنيوم في حالة الأكسدة +3؛ أمّا العدد التناسقي فهو متفاوت فيها، ولكن غالباً ما يكون الأيون 3+Al 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 مثل أحادي فلوريد الألومنيوم AlF، وأحادي كلوريد الألومنيوم AlCl وكذلك أحادي البروميد AlBr وأحادي اليوديد AlI؛ وتلك المركّبات توجد فقط في الطور الغازي؛ وهي غير مستقرّة.
ألومنيوم الخواص الكيميائية
يوجد أيون الألومنيوم 3+Al في المحاليل المائية على الشكل 3+[Al(H2O)6]، والذي تبلغ قيمة ثابت تفكّك الحمض pKa لديه مقدار 10−5 تقريباً. تكون تلك المحاليل حمضية، لأنّ الكاتيون فيها يكون قادراً على أن يمنح بروتونات وأن يتحلمه لاحقاً إلى أن يتشكّل راسب من هيدروكسيد الألومنيوم Al(OH)3. يكون هذا الأمر مفيداً في أحواض الترسيب في محطّات معالجة المياه، حيث تتجمّع نوى الرواسب على شكل مستعلق، ممّا يسهّل من إزالتها. عند زيادة قيمة pH الوسط فإنّ ذلك يؤدّي إلى انحلال الهيدروكسيد بسبب تشكّل أيون الألومينات −[Al(H2O)2(OH)4].
ألومنيوم الخواص الكيميائية
لمركّب هيدروكسيد الألومنيوم Al(OH)3 خواص مذبذبة (أمفوتيرية)، فهو قادر على أن ينحلّ في الأحماض والقواعد؛ وتلك سمة للكاتيونات القاعدية الضعيفة القادرة على تشكيل هيدروكسيدات غير منحلّة، ويكون للأنواع الكيميائية المميّهة القدرة على منح بروتوناتها. بالتالي، ووفق هذا السياق فإنّ أملاح الألومنيوم تعطي عند تفاعلها مع الأحماض الضعيفة مركّب الهيدروكسيد المُميّه وهيدريد اللافلز الموافق، فعلى سبيل المثال يعطي كبريتيد الألومنيوم مركّب كبريتيد الهيدروجين؛ كما أنّه لا يمكن الحصول على «كربونات الألومنيوم» على شكل ملح صلب مستقرّ؛ كما لا تحدث عملية حلمهة كاملة لأملاح الألومنيوم مع الأحماض القوية. لذلك لا يمكن الحصول على الأملاح اللامائية من مجرّد تسخين الهيدرات الموافقة، فعلى سبيل المثال، فإنّ كلوريد الألومنيوم المائي 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.