אלומיניום או אלומיניום הוא יסוד מתכתי טהור בעל המספר האטומי 13. הוא ידוע בחוזקו ובתכונות קלות המשקל שלו, מה שהופך אותו לחומר מבוקש מאוד בתקופה המודרנית.
בפוסט זה נסקור:
מהם השימושים העיקריים של אלומיניום?
לאלומיניום מגוון רחב של שימושים, כולל:
- בנייה: אלומיניום נפוץ בענף הבנייה בשל חוזקו ועמידותו.
- כוח חשמלי: אלומיניום משמש בכבלי חשמל ובחוטי חשמל בשל המוליכות הגבוהה שלו.
- כלים ומיכלי מטבח: אלומיניום נפוץ בייצור כלי מטבח, מיכלים ופחיות בשל עמידותו בפני קורוזיה.
- ייצור סוללות ומצתים: האלומיניום מהווה מרכיב מרכזי בייצור סוללות ומצתים בשל תכונותיו הקלות.
כמה אלומיניום מיוצר?
אלומיניום הוא חומר מיוצר מאוד, עם מיליוני טונות המיוצרים מדי שנה על ידי חברות ברחבי העולם.
באילו צורות מגיע האלומיניום?
אלומיניום מגיע במגוון צורות, כולל יריעות, צלחות, סורגים וצינורות. ניתן למצוא אותו גם בצורות מיוחדות כמו שחול ופרופים.
איזה תפקיד משחק האלומיניום בסביבה?
לאלומיניום השפעה נמוכה יותר על הסביבה בהשוואה למתכות אחרות, שכן ניתן למחזר אותו ולעשות בו שימוש חוזר. זה הופך אותו לחומר נפוץ בטווחי מוצרים חדשים שמטרתם להפחית פסולת ולקדם קיימות.
הופכים פיזיים עם אלומיניום
- האלומיניום היא מתכת כחלחלה-כסופה היציבה ביותר בשל המבנה האטומי שלה.
- יש לו מספר אטומי של 13 והוא אחד היסודות העיקריים הקיימים על פני כדור הארץ.
- התצורה האטומית של האלומיניום היא 2, 8, 3, כלומר יש לו שני אלקטרונים ברמת האנרגיה הראשונה, שמונה ברמת האנרגיה השנייה ושלושה ברמת האנרגיה החיצונית ביותר.
- האלקטרונים החיצוניים ביותר של האלומיניום משותפים בין האטומים, מה שתורם לקשר המתכתי שלו והופך אותו למוליך מאוד.
- לאלומיניום מבנה גבישי מעוקב ורדיוס של כ-143 pm.
- יש לו נקודת התכה של 660.32 מעלות צלזיוס ונקודת רתיחה של 2519 מעלות צלזיוס, מה שהופך אותו לעמיד בטמפרטורות גבוהות.
- צפיפות האלומיניום נמוכה, נעה בין 2.63 ל-2.80 גרם/ס"מ³, תלוי בסגסוגת המסוימת.
- האלומיניום הוא גמיש כמעט כמו זהב והוא המתכת השנייה הכי ניתנת לגייסה, אחרי כסף.
- הוא גם רקיע מאוד, כלומר ניתן למשוך אותו לתוך חוטים דקים מבלי להישבר.
- בהשוואה למתכות אחרות, לאלומיניום משקל נמוך יחסית, עם טווח משקל של כ-26.98 עד 28.08 גרם/מול, תלוי באיזוטופ.
מאפיינים פיסיים
- אלומיניום הוא יסוד נפוץ המצוי בקרום כדור הארץ, שם הוא קיים בדרך כלל בצורה של בוקסיט.
- הוא מיוצר על ידי שילוב של בוקסיט עם נתרן הידרוקסיד ולאחר מכן אלקטרוליזה של התערובת המתקבלת.
- אלומיניום טהור היא מתכת לבנה-כחלחלה מעט מלוטשת ובעלת ברק קל.
- האלומיניום עמיד מאוד בפני קורוזיה, מה שהופך אותו מתאים למגוון יישומים בהם הוא יהיה חשוף לפגעי מזג האוויר.
- יש לו מוליכות תרמית גבוהה, כלומר הוא יכול להעביר חום במהירות וביעילות.
- האלומיניום הוא גם לא רעיל, לא מגנטי ולא מעורר, מה שהופך אותו לחומר רב תכליתי.
- בהתאם לסגסוגת, אלומיניום יכול לנוע בין רך וניתן לגמישות ועד קשה וחזק.
- אלומיניום מתאים מאוד ליציקה, עיבוד שבבי ופיפוס, מה שהופך אותו לבחירה פופולרית עבור מגוון רחב של יישומים.
- עם השנים הפך האלומיניום לחומר יותר ויותר חשוב בשל תכונותיו הפיזיקליות והקלות שבה ניתן לייצרו ולשכללו.
- על פי הטבלה המחזורית, אלומיניום הוא יסוד בגודל בינוני, והוא יציב מאוד בשל תצורת האלקטרונים ותכונות ההתקשרות שלו.
- אנרגיות היינון של האלומיניום הן גבוהות יחסית, כלומר נדרשת כמות משמעותית של אנרגיה כדי להסיר אלקטרון מאטום אלומיניום או יון.
- אלומיניום מסוגל ליצור מגוון רחב של איזוטופים, החל מ-21Al עד 43Al, עם אנרגיות הנעות בין 0.05 MeV ל-9.6 MeV.
- התכונות הפיזיקליות של האלומיניום הופכות אותו לחומר רב תכליתי המתאים למגוון רחב של יישומים, החל מבנייה והובלה ועד אלקטרוניקה ואריזה.
אלומיניום: הכימיה מאחורי המתכת
- האלומיניום התגלה בשנת 1825 על ידי הכימאי הדני הנס כריסטיאן אורסטד.
- זוהי מתכת לאחר מעבר עם הסמל Al ומספר אטומי 13.
- אלומיניום הוא מוצק בטמפרטורת החדר ובעל ערכיות של שלוש.
- יש לו רדיוס אטומי קטן ומאוד אלקטרושלילי, מה שהופך אותו לשילוב חזק עם יסודות אחרים ליצירת תרכובות.
- תכונות האלומיניום כוללות את היותו מוליך טוב של חשמל וחום, בעל צפיפות נמוכה ועמיד בפני קורוזיה.
- הוא חיוני לחיים המודרניים ויש לו מגוון רחב של שימושים בבנייה, הובלה ואריזה.
ייצור ושכלול אלומיניום
- האלומיניום מיוצר בתהליך Hall-Héroult, הכולל אלקטרוליזה של אלומינה (Al2O3) בקריוליט מותך (Na3AlF6).
- תהליך זה הוא עתיר אנרגיה ויקר, אך האלומיניום זמין באופן נרחב ונוח לשימוש.
- היכולת לייצר אלומיניום בכמויות גדולות ובעלות נמוכה יחסית הפכה אותו למתכת נפוצה בחברה המודרנית.
- תהליך הזיקוק כולל הוספת מתכות אחרות כגון מגנזיום כדי לייצר סגסוגות בעלות תכונות ספציפיות.
אלומיניום בטבע והכימיה המימית שלו
- אלומיניום היא המתכת הנפוצה ביותר בקרום כדור הארץ, אך היא אינה מצויה בצורתה הטהורה.
- הוא נמצא בדרך כלל במינרלים כמו בוקסיט וחימר.
- אלומיניום הידרוקסיד (Al(OH)3) הוא תרכובת נפוצה שנוצרת כאשר אלומיניום מגיב עם תמיסות מימיות כגון אשלגן הידרוקסיד (KOH).
- בנוכחות מים, האלומיניום יוצר שכבה דקה של תחמוצת על פניו, המגנה עליו מפני קורוזיה נוספת.
שימוש ויישומים של אלומיניום
- לאלומיניום יש מגוון עצום של שימושים בשל תכונותיו, כולל היותו קל משקל, חזק וקל לעבודה.
- הוא נפוץ בשימוש בבניין ובנייה, הובלה, אריזה ואלקטרוניקה.
- אלומיניום מתאים לייצור חתיכות דקות, כמו נייר כסף, וחתיכות גדולות, כמו מסגרות לבנייה.
- היכולת לערבב אלומיניום עם מתכות אחרות מאפשרת ייצור של סגסוגות בעלות תכונות ספציפיות, כמו חוזק ועמידות בפני קורוזיה.
- מוטות אלומיניום נמצאים בשימוש נפוץ בחיווט חשמלי בשל מוליכותם הטובה.
מקורות האלומיניום: איך הוא מתרחש באופן טבעי
- האלומיניום הוא היסוד השלישי בשכיחותו בקרום כדור הארץ, המהווה כ-8% ממשקלו.
- זהו יסוד מספר אטומי נמוך יחסית, עם הסמל Al ומספר אטומי 13.
- האלומיניום אינו נמצא בצורתו הטהורה בטבע, אלא בשילוב עם יסודות ותרכובות אחרות.
- זה מופיע במגוון רחב של מינרלים, כולל סיליקטים ותחמוצות, כמו גם בצורה של בוקסיט, תערובת של תחמוצות אלומיניום hydrated.
- באוקסיט הוא המקור העיקרי לאלומיניום, והוא נמצא בכמויות גדולות במדינות מסוימות, כולל אוסטרליה, גינאה וברזיל.
- אלומיניום מופיע גם בסלעי בקע כאלומינוסיליקטים בפלדספארי, פלדספאטואידים ונציצים, ובאדמה המופקת מהם כחימר.
- לאחר בליה נוספת, הוא מופיע כ-בוקסיט וברזל עשיר בברזל.
המדע מאחורי היווצרות האלומיניום
- אלומיניום נוצר בגרעין של כוכבים באמצעות תגובות היתוך, והוא נפלט לחלל כאשר כוכבים אלו מתפוצצים כסופרנובות.
- ניתן לייצר אותו גם בכמויות קטנות באמצעות שריפת חומרים מסוימים, כמו מגנזיום, בנוכחות חמצן.
- אלומיניום הוא יסוד יציב, ואינו מתפרק או נהרס בקלות על ידי תגובות כימיות.
- הוא חזק במיוחד וקל משקל, מה שהופך אותו לחומר בעל ערך עבור מגוון רחב של יישומים.
הצורות השונות של אלומיניום בטבע
- אלומיניום יכול להתקיים בצורות שונות בהתאם לתנאים בהם הוא נמצא.
- בצורתו המתכתית, אלומיניום הוא חומר חזק, רקיע וניתן לגימור המשמש בדרך כלל בייצור מגוון רחב של מוצרים.
- זה יכול להתקיים גם בצורה של תרכובות, כגון תחמוצת אלומיניום (Al2O3), המכונה בדרך כלל קורונדום או אודם.
- אלומיניום מקורי, שבו היסוד נמצא בצורתו הטהורה, נדיר ביותר ונמצא רק במקומות בודדים ברחבי העולם, כולל דרום אמריקה וגרינלנד.
- אלומיניום יכול להיות קשור גם עם יסודות אחרים, כגון מימן וחמצן, ליצירת תרכובות כמו אלומיניום הידרוקסיד (Al(OH)3) ותחמוצת אלומיניום (Al2O3).
מכרייה לייצור: המסע של ייצור האלומיניום
- בוקסיט הוא החומר העיקרי המשמש לייצור אלומיניום
- הוא נמצא בשפע באזורים טרופיים וסובטרופיים, במיוחד בדרום אמריקה, אפריקה ואוסטרליה
- באוקסיט הוא סלע משקע המורכב מתערובת של מינרלים, כולל אלומיניום הידרוקסיד, תחמוצת ברזל וסיליקה
- כדי להפיק בוקסיט, מומחים משתמשים בשיטה הנקראת פיצוץ, הכוללת שימוש בחומרי נפץ להסרת אדמה עליונה ואדמה כדי לגשת למרבצים העשירים שנמצאים מתחת.
- לאחר מכן מאחסנים את הבוקסיט הכרות ומועברים למתקן זיקוק
זיקוק באוקסיט להשגת אלומינה
- תהליך הזיקוק מתחיל בניקוי הבוקסיט כדי להסיר כל זיהומים, כגון חימר ושאריות של ברזל ומתכות כבדות אחרות
- לאחר מכן מרסקים את הבוקסיט המנוקה לחתיכות קטנות ומייבשים ליצירת אבקה יבשה
- אבקה זו מונחת במיכל גדול, שם מערבבים אותה עם סוג מסוים של סודה קאוסטית ומחממים אותה בלחץ
- התגובה הכימית המתקבלת מייצרת חומר הנקרא אלומינה, שהוא חומר לבן ואבקתי
- לאחר מכן אלומינה מאוחסנת ומועברת למעבד התכה להמשך עיבוד
התכה של אלומינה לייצור אלומיניום
- תהליך ההיתוך כולל הפיכת אלומינה למתכת אלומיניום
- השיטה הנוכחית הנהוגה ברוב המדינות כוללת את תהליך הול-הרולט, המורכב משני שלבים עיקריים: הפחתת אלומינה לתחמוצת אלומיניום ואלקטרוליזה של תחמוצת אלומיניום לייצור מתכת אלומיניום.
- הפחתת אלומינה לתחמוצת אלומיניום כרוכה בחימום אלומינה באמצעות חומר מפחית, כגון פחמן, כדי להסיר את החמצן ולהפיק תחמוצת אלומיניום
- תחמוצת האלומיניום מומסת באלקטרוליט מותך ונתונה לזרם חשמלי לייצור מתכת אלומיניום
- תהליך ההיתוך דורש כמות משמעותית של חשמל והוא ממוקם בדרך כלל ליד מקורות חשמל זול, כגון תחנות כוח הידרואלקטריות
- התוצאה של תהליך ההיתוך היא מוצרי אלומיניום איכותיים המשמשים במגוון רחב של תעשיות, לרבות בנייה, הובלה ואריזה.
אלומיניום: המתכת הרב-תכליתית למגוון רחב של יישומים
אלומיניום היא מתכת בשימוש נרחב שיש לה מגוון של יישומים בתעשיות שונות. זהו חומר קל משקל, חזק ועמיד שקל לעבוד איתו, מה שהופך אותו לבחירה פופולרית עבור יישומים רבים. בחלק זה, נחקור את היישומים השונים של האלומיניום ואת התכונות שהופכות אותו לחומר כה רב-תכליתי.
יישומים בבניין ובניין
אלומיניום הוא בחירה פופולרית לבנייה ובנייה בשל תכונותיו הקלות והעמידות בפני קורוזיה. חלק מהיישומים העיקריים של אלומיניום בבניין ובנייה כוללים:
- קירוי, חיפוי וחזיתות
- חלונות, דלתות וחזיתות לחנויות
- חומרה אדריכלית ומעקה
- מערכות מרזבים וניקוז
- משטחי דריכה וריצוף תעשייתי
אלומיניום נמצא בשימוש נפוץ גם בבניית מתקני ספורט, כמו אצטדיונים ואצטדיונים, בשל תכונותיו הקלות והעמידות.
יישומים בתעשייה ובתעשייה
אלומיניום נמצא בשימוש נרחב במגזרי הייצור והתעשייה בשל תכונותיו המכניות והכימיות. חלק מהיישומים העיקריים של אלומיניום בייצור ובתעשייה כוללים:
- קווי הולכה ורכיבים חשמליים
- ייצור פחיות למשקאות ומזון
- כלים וציוד בישול
- רכיבים לתעשיית התחבורה, לרבות רכבות ומכוניות
- סגסוגות ליישומים תעשייתיים שונים, לרבות זרזים וחומרים עמידים בפני קורוזיה
האלומיניום נפוץ גם כרדיד לאריזה ובידוד בשל יכולתו להמיר חום ועמידותו בפני מים וייבוש.
סגסוגות אלומיניום ויישומיהן
סגסוגות אלומיניום מיוצרות על ידי סוכני סגסוג כמו נחושת, אבץ וסיליקון כדי לשפר את התכונות המכניות והכימיות של המתכת. חלק מסגסוגות האלומיניום הנפוצות ביותר והיישומים שלהן כוללים:
- סגסוגות מחושלות- משמשות לייצור רכיבים שונים בשל חוזקן הגבוה ויכולת הצורה הטובה שלהן
- סגסוגות יצוק - משמשות לייצור של רכיבים מורכבים בשל יכולתם להיות יציקה לצורות מורכבות
- Kynal- משפחת סגסוגות שפותחה על ידי British Imperial Chemical Industries הנמצאות בשימוש נרחב בייצור קווי תמסורת ורכיבים חשמליים
השוק העולמי לאלומיניום
אלומיניום היא אחת המתכות הנפוצות ביותר בעולם, עם מגוון יישומים בתעשיות שונות. השוק העולמי לאלומיניום הוא משמעותי, כאשר רוב ייצור האלומיניום מגיע מסין, ואחריה רוסיה וקנדה. הביקוש לאלומיניום צפוי להמשיך ולגדול, במיוחד בתעשיית הרכב והבנייה, ככל שהצורך בחומרים קלים ועמידים יגדל.
עבודה עם אלומיניום: טכניקות וטיפים
כשזה מגיע לעבודה עם אלומיניום, יש כמה טכניקות וטיפים שיכולים להפוך את התהליך לקל ויעיל יותר:
- חיתוך: ניתן לחתוך אלומיניום באמצעות מגוון כלים, כולל מסורים, מזמרה, ואפילו חותך קופסא פשוט. עם זאת, חשוב להשתמש בכלי המתאים לעבודה ולדאוג לא לפגוע בחומר בתהליך.
- כיפוף: אלומיניום היא מתכת רכה יחסית, מה שמקל על כיפוף ועיצוב לצורות שונות. עם זאת, חשוב להשתמש בטכניקה הנכונה כדי למנוע גרימת נזק או השארת סימנים מכוערים.
- חיבור: ניתן לחבר את האלומיניום במגוון שיטות, לרבות ריתוך, הלחמה והלחמה. לכל שיטה יתרונות וחסרונות משלה, בהתאם ליישום הספציפי.
- גימור: ניתן לסיים את האלומיניום במגוון דרכים, כולל ליטוש, אילגון וצביעה. לכל שיטה יש יתרונות ייחודיים משלה וניתן ליצור בעזרתה מגוון מראות וגימורים שונים.
יישומים
אלומיניום נמצא בשימוש נרחב במגוון יישומים, כולל:
- בנייה: אלומיניום הוא בחירה פופולרית לחומרי בניין בשל חוזק, עמידות ותכונות קלות המשקל שלו.
- בישול: אלומיניום משמש לרוב בכלי בישול בשל יכולתו להוביל חום במהירות ובאופן שווה.
- חיבורי מעגלים ובלוקים: אלומיניום נפוץ בייצור חיבורי מעגלים ובלוקים בשל יכולתו להוביל חשמל.
- אריזה: אלומיניום משמש לייצור מגוון חומרי אריזה שונים, כולל קופסאות שימורים, נייר כסף ואפילו קרטוני ביצים.
השפעה על הסביבה
בעוד שאלומיניום הוא חומר רב תכליתי ושימושי, חשוב לקחת בחשבון את ההשפעה הסביבתית שלו. ייצור האלומיניום דורש כוח רב ועלול לגרום נזק משמעותי לסביבה אם לא נעשה בצורה אחראית. עם זאת, יש מגוון של טכניקות ותהליכים שניתן להשתמש בהם כדי להפחית את ההשפעה הסביבתית של ייצור ושימוש באלומיניום.
ההשפעה הסביבתית של ייצור אלומיניום
אלומיניום הוא כימיקל רעיל שיכול להיות בעל השפעות מזיקות על מערכות אקולוגיות מימיות. כאשר הוא משוחרר לגופי מים, הוא עלול לגרום לאובדן של יוני פלזמה והמולימפה בדגים וחסרי חוליות, מה שמוביל לכשל בוויסות האוסמו. זה יכול לגרום לאובדן של מיני צמחים ובעלי חיים, מה שיוביל להפחתת המגוון הביולוגי. בנוסף, שחרור פליטות גופרית במהלך ייצור האלומיניום עלול להוביל לגשם חומצי, אשר פוגע עוד יותר במערכות אקולוגיות מימיות.
מערכות אקולוגיות יבשתיות
לייצור אלומיניום יש גם השפעה משמעותית על מערכות אקולוגיות יבשתיות. כריתת יערות נחוצה לעתים קרובות כדי לפנות מקום למפעלי ייצור אלומיניום, מה שמוביל לאובדן בתי גידול עבור מיני צמחים ובעלי חיים רבים. שחרור מזהמים לאוויר עלול לפגוע גם בבריאותם של קהילות וחיות בר סמוכות. זיהום קרקע הוא נושא נוסף, שכן הכימיקלים המשמשים בתהליך הייצור עלולים לחלחל לאדמה ולפגוע בחיי הצמחים.
סיכום
אז הנה לכם, השימושים הרבים באלומיניום ומדוע זה חומר שימושי כל כך. זוהי מתכת קלת משקל עם חוזק רב, מה שהופך אותה למושלמת לבנייה, הובלה ואריזה. בנוסף, הוא לא רעיל ולא מגנטי, כך שהוא בטוח לשימוש. אז אל תפחד להשתמש בו! אתה תמיד יכול למחזר אותו כשתסיים עם זה.
אני יוסט נוסלדר, המייסד של Tools Doctor, משווק תוכן ואבא. אני אוהב לנסות ציוד חדש, ויחד עם הצוות שלי אני יוצר מאמרי בלוג מעמיקים מאז 2016 כדי לעזור לקוראים הנאמנים עם כלים וטיפים ליצירה.
