אלומיניום מחבר: שילה קם

חזרה3

היסוד: אלומיניום (Al).

מידע כללי:

האלומיניום (Al), או בשמו בעברית – חמרן, הוא יסוד מתכתי רך וקל שסימולו Al כשתי האותיות הראשונות בשמו בלע"ז – Aluminum, מהמילה הלטינית Alumen שפירושה – מלח כימי. ניתן למצוא את האלומיניום בקרום כדה"א כבוקסיט, קורונדום וקריוליט. מפיקים אלומיניום בקנה מידה תעשייתי באמצעות שיטת "הול-הרול" (תהליך אלקטרוליטי). אלומיניום הוא אחד היסודות שיש לו סמל אלכימאי (אלכימיה היא מקצוע קדום שבו ניסו להפוך, בין השאר, מתכות שונות לזהב).

היסטוריה:

האלומיניום התגלה והופק בשנת 1825 בדנמרק ע"י הנס כריסטיאן אורסטד. אולם היוונים והרומאים הקדומים השתמשו באלומינום בתחום הרפואה בתור עוצר דימום. השם אלומיניום הוצע בשתי גרסאות דומות ע"י שני אנשים שונים עוד לפני שהתגלה: ע"י דה מור באו, בשנת 1761, שהציע את השם Alumine, כמו המילה Alum שפירושה מלח כימי, וע"י דבי, בשנת 1807, שהציע בהתחלה את השם Alumium, ואח"כ הסכים לשנותו ל- Aluminum, שם שהתקבל אחר כך ע"י התאחדות הכימיה העולמית, שאף אימצה את הסיומת "יום" לרוב היסודות. אולם האיש שלראשונה הצליח לבודד את האלומיניום היה הנס אורסטד בשנת 1825, אשר עשה זאת כאשר הגיב בין אלומיניום כלוריד לבין סגסוגת של כספית ואשלגן. אולם עד לשנת 1886 נכשלו המאמצים להפיק אלומיניום בכמויות גדולות בדרך זולה וכלכלית. בחודש פברואר 1886 הצליח צ'ארלס הול, כימאי אמריקאי, בן 22, להפיק את האלומיניום בדרך זולה ופשוטה. חודשיים אחריו פנה צעיר צרפתי ששמו היה פול ארו בבקשה לממשלת צרפת לרשום פטנט על אותה תגלית – איך להפיק אלומיניום בדרך זולה, שבה מפיקים גם כיום אלומיניום (ראה הרחבה).

האלומיניום בטבע:

האלומיניום תופס כ- 8% מקליפת כדה"א, והוא המתכת הנפוצה ביותר בעולמנו. ניתן למצוא את האלומיניום בתרכובות בסלעים ובקרקעות, אולם לא ניתן למצוא אלומיניום במצב חופשי בטבע. ספיר, אדום ואבני חן אחרות – כולן הן תרכובות המכילות אלומיניום. האלומיניום אינו נמצא בגופם של בע"ח, וכמויות קטנות ממנו נמצאות בצמחים.

דוגמאות לתרכובות האלומיניום:

• אלומינה (Al₂O₃) – תרכובת של אלומיניום עם חמצן, השכיחה בטבע כקורנדום, כבוקסיט וכספיר לבן. כתוצאה מחימום האלומינה נוצרים גרגרים נקבוביים בעלי שטח פנים גדול, פעילה, המשמשת לספיגת מים, לקטליזה וכמבודד בתנורים חשמליים.
• אלומיניום פלוארי (AlF₃) – מוצק גבישי לבן הנמס במעט מים אך לא ניתן להמיסו ברוב המימסים האורגניים. שימושו העיקרי – הוספתו לקריאוליט המשמש כמוליך זרם חשמלי בהפקת האלומיניום.
• אלומיניום אצטטי (Al(CH₃COO)₃) – מוצק לבן הנמס במים. מתקבל באמצעות המסת אלומיניום הידרוקסידי בחומצת חומץ. משמש כחומר צובע וכדבק במוצרי נייר וקרטון.

שימושי האלומיניום:

• ברכבים, מטוסים, רכבות, ספינות ואוטובוסים – בשל משקלו הקל של האלומיניום וסגסגותיו הוא נפוץ מאוד בתעשיית כלי תחבורה.
• בכלי בישול – בשל היותו מוליך חום מצוין והקלות שבה ניתן להחזיקו נקי ומבריק האלומיניום משמש כחומר לכלי בישול. אחד הכלים הראשונים שיוצרו מאלומיניום היה קנקן תה ומאז האלומיניום מאד שימושי במטבח.
• מיכלי שתיה (פחיות) – "פחיות שתייה" מיוצרות בימינו מאלומיניום. המכלים אינם מחלידים, משקלן זניח וקל מאד למעוך אותן.
• בבנייה – מסגרות לחלונות ורכיבים רבים נוספים הקשורים לבנייה ולבניין עשויים מאלומיניום.
• בתעשיית הזכוכית – אלומינה (Al₂O₃),הנמצאת בטבע כאבן אודם, כספיר ובצורות נוספות ומשמשת בעשיית זכוכית. אבני ספיר ואודם סינטטיות משמשות בתהליך הבנייה של הלייזר.
• לריתוך של ברזל או פלדה – כאשר מציתים תרמיט (שהיא תערובת של אבקת אלומיניום וברזל חמצני) עולה להבה עצומה, ומתקבלים חמצן, אלומיניום חמצני וברזל מותך, לכן ניתן להשתמש באלומיניום גם כמרתך.
• כחומר ציפוי למכלי דלק וחלב – מאחר והאלומיניום מחזיר את קרני השמש, הוא מונע את חימום המכלים ותכולתם. לכן מצפים מכליות דלק וחלב באלומיניום.
• כנייר עטיפה – נייר עטיפה, או "נייר כסף", הוא בעצם יריעות דקות של אלומיניום הניתנות לגלילה ולעטיפת מוצרי מזון.
• בקווי חשמל – האלומיניום משמש בקווי חשמל בגלל משקלו הקל ובגלל מחירו הזול יחסית.
• בסגסוגות – כאשר מערבבים אלומיניום עם מתכות אחרות מתקבלת סגסוגת, שהיא יותר חזקה מהאלומיניום עצמו. למשל: אם מוסיפים כמות קטנה של אלומיניום לא נקבל בועות גז כאשר הפלדה תתקשה, ובכך הפלדה תהיה יותר מוצקת.

שיטתו של צ'ארלס הול להפקה זולה של אלומיניום:

עד ל- 24 בפברואר 1886 לא היה ניתן להפיק אלומיניום בדרך זולה. אולם באותו יום גילה כימאי אמריקאי צעיר, צ'ארלס הול בן ה- 22, כיצד ניתן להפיק אלומיניום בדרך זולה. תהליך ההפקה כפי שגילה הול מתבצע בכמה שלבים.

בשלב הראשון יש להמיס אלומיניום בתוך קריאוליט מותך (קריאוליט הוא תרכובת של נתרן, אלומיניום ופלואור). תהליך זה דרוש בגלל שהאלומיניום החמצני ניתך בטמפ' גבוהה מאד, דבר שלא נכון לגבי הקריאוליט. את הקריאוליט ניתן למצוא כמחצב באי גרנלנד, או להפיקו ממחצב הקרוי פלואוריט. את האלומיניום החמצני (בוקסיט) ניתן למצוא כמחצב בארצות רבות, אולם יש לנקותו לפני שמשתמשים בו להפקת האלומיניום.

בשלב השני מכניסים את תערובת הקריאוליט והאלומיניום החמצני לתוך כור שצידו הפנימי מצופה בגרפיט.

בשלב השלישי מעבירים דרך הכור זרם חשמלי.

בשלב הבא (הרביעי), המתבצע לאחר כשעתיים, מקררים את הכור ואז יופיעו בתוכו טיפות של אלומיניום מתכתי.

גם הול ביצע תהליך זה, וכאשר הוא התפרץ למעבדה של מורהו, היו גם על ידיו הוא 12 טיפות קטנות של אלומיניום שצבען כסף.