تُعتبر درجة انصهار الألومنيوم وغليانه من الخصائص الهندسية المهمة التي يحتاج إلى معرفتها المتخصصون، حيث يُعتبر الألومنيوم معدنًا خفيفًا وفضيًا، يتميز بسهولة التشكيل والطرق ليصبح صفائح سميكة تستخدم لأغراض متعددة، منها صناعة الدبابات المدرعة.
الألومنيوم النقي
- يُعتبر الألومنيوم النقي معدنًا مطيلًا ولديه صلابة محدودة، مما يدفع المنتجين عادةً إلى استخدام سبائك الألومنيوم.
- تتكوّن هذه السبائك من الألومنيوم مع إضافة كميات ضئيلة من النحاس والمغنيسيوم والزنك وعناصر أخرى.
- تسهم هذه العناصر في تعزيز خصائص الألومنيوم، مما يجعله مفيدًا للغاية في التطبيقات المختلفة.
- يُستخدم الألومنيوم بكميات تفوق أي معدن آخر في جميع أنحاء العالم.
درجة انصهار الألومنيوم وغليانه
- يُعد الألومنيوم أحد العناصر الأكثر تواجدًا في قشرة الأرض، حيث يحتل المرتبة الثالثة بعد الأكسجين والسليكون.
- تشكل نسبة الألومنيوم تقريبًا ٨٪ من القشرة الأرضية، على عكس بعض المعادن الأخرى مثل الذهب والفضة التي يصعب العثور عليها في حالتها النقية.
- لم يتمكن العلماء من تطوير طرق لفصل الألومنيوم حتى القرن التاسع عشر، ومنذ ذلك الحين، أصبح من الأيسر عليهم عزل الألومنيوم النقي.
- يُعتبر الألومنيوم عنصرًا في الجدول الدوري ويُرمز له بالرمز “Al”، وذلك بسبب وزنه الخفيف واستخدامه الواسع في صناعة الطائرات.
- يتوفر الألومنيوم بشكل وحيد في الأرض.
خامات الألومنيوم
- أهم خامات الألومنيوم تشمل الفلسبار والبوكسايت والجرافيت، حيث يُعتبر البوكسيت هو Al2O.
- هذا المعدن صلب وله بريق معدني، يتميز بدرجة انصهار مرتفعة، بالإضافة إلى كونه قابلاً للتشكيل، أي يمكن طرقه وسحبه، وهو موصل جيد للكهرباء والحرارة.
- يُستخدم الألومنيوم أيضًا في صناعة أدوات الطهي وأواني المطبخ، بالإضافة إلى ورق الفويل وكابلات الكهرباء.
خصائص الألومنيوم الفيزيائية
- يتميز المعدن بلونه الأبيض الفضي اللامع.
- الكثافة تصل إلى 7 جم/سم³.
- نقطة انصهاره تبلغ 658 درجة مئوية.
خصائص الألومنيوم الكيميائية
- يمتاز بكونه عاملًا قويًا لتقليل الأكسجين.
- له طبيعة حمضية إيجابية، حيث يتفاعل مع الأحماض مثل حمض الخليك.
- لا يتفاعل حمض الكبريتيك مع حمض النيتريك إلا عند تخفيفه أو تركيزه بسبب تكوين طبقة الألومينا.
- يتفاعل بشكل ملحوظ مع القواعد.
- يمكنه التفاعل مع الفلزات الأخرى.
درجة انصهار الألومنيوم
- درجة الانصهار تُعرّف على أنها الحرارة التي يحدث عندها تذويب المادة، حيث تتحول المادة من حالتها الصلبة إلى السائلة عند درجات حرارة محددة.
- يحدث الانصهار عندما يتم تسخين المادة الصلبة، مما يسمح للجزيئات بامتصاص الطاقة الكافية للتغلب على القوى التي تربطها ببعضها البعض، لتبدأ الجزيئات في الذوبان من الخارج أولًا.
أماكن استخراج الألومنيوم
- يُوجد الألومنيوم بشكل رئيسي في الصخور البركانية في مجموعة من معادن السيليكات مثل الفلسبار والميكا.
- كذلك يتواجد في خام البوكسيت، الذي يعتبر المصدر الرئيسي للألمنيوم، ويتكون من مزيج من أكاسيد الألومنيوم المائية.
- في عام 1825، تمكن الكيميائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد من استخراج الألومنيوم، حيث كانت قيمته أعلى من الذهب نظرًا لاستخداماته المتنوعة، بما في ذلك تعزيزه لبعض المعادن لتحسين خواصها.
- تجري صناعة الألومنيوم وسبائكه في عدة مجالات مثل صناعة الطائرات، مواد البناء، الأجهزة المنزلية، وأدوات المطبخ، وذلك نظرًا لكونه موصلًا جيدًا للكهرباء والحرارة.
معلومات هامة حول درجة انصهار الألومنيوم وغليانه
- تعتبر حساسية الألومنيوم لدرجات الحرارة من الاعتبارات المهمة، حيث أن عمليات التسخين يمكن أن تكون معقدة بسبب طبيعة الألومنيوم في الانصهار دون توهج أحمر.
- تتطلب عمليات تشكيل الألومنيوم خبرة فنية، لأن أي مؤشر مرئي قد يدل على اقتراب المادة من الذوبان.
- يمر الألومنيوم بتوترات داخلية بسبب درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله عرضة للزحف.
- يمكن تقليل الضغط في الألومنيوم الساخن من خلال المعالجة الحرارية والتبريد التدريجي.
- حتى مع هذه المعالجة، قد تتعرض القطع لبعض التشوه،حيث يمكن أن تتطلب العوامل مثل تصميم الإطار القوي بعض القوة للتغلب على الانحناء.
- على الرغم من عدم تحمل الألومنيوم لدرجات حرارة مرتفعة، إلا أنه يُستخدم في بعض التطبيقات مثل بناء غرف الاحتراق.
- تدخل الألومنيوم في صناعة تجهيزات المحرك في الفضاء، حيث يتم استخدامه في مكونات تناسب تلك الظروف. يعتبر موصلًا حراريًا عالي الكفاءة.
- تم إدخال الألومنيوم في توصيل الأسلاك الكهربائية في أمريكا الشمالية في الستينيات بالرغم من بعض التحديات التي واجهته بسبب معامل التمدد الحراري العالي.
- أدى ذلك إلى تصميم وصلات متخصصة لتخفيف الضغط وتجنب ارتفاع درجات الحرارة الناتج عن نقل الطاقة.
- طرق إضافية لضمان الكفاءة تشمل ثني أسلاك الألمنيوم وعمل التوصيلات بشكل آمن للحفاظ على قدرتها على التحكم في الحرارة.