هيدروكسيد وأكسيد الألومنيوم

أكسيد الألمونيوم

أكسيد الألمنيوم ذو الصيغة الكيميائية التالية Al2O3 وهو عبارة عن أكسيد مذبذب ويشار إليه عادة باسم الألومينا، يعكس الكوراندوم (وهو أكسيد ألفا-ألومنيوم) والصنفرة والياقوت والجمشت والتوباز، بالإضافة إلى العديد من الأسماء الأخرى انتشاره في الطبيعة والصناعة.

الكوراندوم هو الشكل البلوري الأكثر شيوعًا لأكسيد الألومنيوم، الياقوت والياقوت الأزرق هي عبارة عن أشكال من اكسيد الالمونيوم بجودة الأحجار الكريمة، والتي تدين بألوانها المميزة بسبب وجود الشوائب، كما يتم إعطاء الياقوت لونه الأحمر الغامق المميز وخصائص الليزر الخاصة به من خلال آثار الكروم، ويأتي الياقوت الأزرق بألوان مختلفة ناتجة عن العديد من الشوائب الأخرى مثل الحديد والتيتانيوم.

أكسيد الألمونيوم هو عبارة عن كاشف كيميائي غير عضوي بالاسم الكيميائي أكسيد الألومنيوم، كما ويسمى أيضًا باسم (Alpha-Alumina) أو (Alumina) أو (Alundum) أو (Aloxide).

يوجد أكسيد الالمونيوم بشكل طبيعي مثل الياقوت والياقوت الأزرق والزمرد وهو عبارة عن مادة مذبذبة تتفاعل مع كل من الأحماض والقواعد، كما وتظهر بشكل صلب وتظهر بيضاء اللون، وهي عبارة عن مادة عديمة الرائحة وغير قابلة للذوبان في الماء، إن من أكثر حالات حدوث هذا المركب شيوعًا هي في شكل بلوري يسمى أكسيد ألفا أو أكسيد الالمونيوم، ونظرًا لصلابته فإنه يستخدم على نطاق واسع ومناسب للاستخدام كمادة كاشطة وفي أدوات القطع.

استخدامات أكسيد الألومنيوم

• أكسيد الألومنيوم هو أحد المكونات الشائعة في الواقي من الشمس، وهو موجود أيضًا في مستحضرات التجميل مثل طلاء الأظافر وأحمر الخدود وأحمر الشفاه.

• يتم استخدامه في تركيبات الزجاج.

• يتم استخدامه كعامل مساعد.

• يتم استخدامه في تنقية المياه لإزالة المياه من مجاري الغاز.

• يتم استخدامه في ورق الصنفرة كمادة كاشطة.

• أكسيد الألومنيوم هو عازل كهربائي يستخدم كركيزة للدوائر المتكاملة.

• تستخدم في مصابيح بخار الصوديوم.

• إن من أهم استخداماته هو استخدامه من أجل إنتاج معدن الألمنيوم، بالإضافة إلى أنه يستخدم أيضًا كمادة كاشطة بسبب صلابته وأيضا يستخدم كمادة مقاومة للحرارة نظرًا لارتفاع نقطة انصهاره.

خصائص أكسيد الألومنيوم

• أكسيد الألومنيوم هو مادة عازلة كهربائيا ولكن تمتلك موصلية حرارية عالية نوعا ما (30Wm − 1K − 1) لمادة خزفية، وبالتالي فإنه يتم استخدامه كمادة عازلة في إلكترونيات الطاقة.

• أكسيد الألومنيوم هو عبارة المادة المسؤولة عن مقاومة معدن الألمونيوم للتأثيرات المحيطة مثل الهواء، ونظرًا لأن الألمونيوم المعدني هو معدن شديد التفاعل مع الأكسجين الجوي، فتتشكل طبقة تخميل رقيقة من الألومينا ويكون سمكها  أربعة نانومتر على أي سطح من الألمنيوم المكشوف، مما يؤدي إلى حماية المعدن من المزيد من الأكسدة، كما ويمكن تحسين سمك وخصائص طبقة الأكسيد هذه باستخدام عملية تسمى الأنودة.

إنتاج أكسيد الألومنيوم

يتم إنتاج أكسيد الألومنيوم بشكل أساسي من البوكسيت (خام الألمنيوم الرئيسي) وهو عبارة عن خليط من معادن مختلفة بما في ذلك جيبسيت (Al (OH) 3 ومعدن بوهميت (γ − AlO (OH)) ومعدن (α − AlO (OH) ))، بالإضافة إلى شوائب من أكاسيد الحديد والكوارتز والسيليكات.

في الواقع فإنه يتم تنقية معدن البوكسيت عن طريقة عملية تعرف باسم عملية باير وهي عبارة عن عملية التكرير الصناعية الرئيسية، وبما أن البوكسيت يحتوي فقط على 40 إلى 50٪ من الألومينا فقد تمت إزالة الباقي، علما أنه يتم تحقيق ذلك عن طريق غسل البوكسيت بهيدروكسيد الصوديوم الساخن الذي يذيب الألومينا عن طريق تحويله إلى هيدروكسيد الألومنيوم الذي يشكل محلولًا في قاعدة قوية:

-Al2O3+2OH−+3H2O→2[Al(OH)4]

لا تذوب المكونات الأخرى لمعدن البوكسيت ويتم ترشيحها عادة ما تشكل البقايا حمأة حمراء تمثل مشكلة التخلص منها حيث أنها تحتوي على سبيل المثال على الزرنيخ والكادميوم، وبعد ذلك يتم تبريد المحلول مما يتسبب في ترسيب مادة صلبة رقيق (هيدروكسيد الألومنيوم)، بعد ذلك يتم تسخين هيدروكسيد الألومنيوم إلى 10^50 درجة مئوية مما يؤدي إلى تحللها إلى أكسيد الألومنيوم والماء:

2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O

هيدروكسيد الألمنيوم

الصيغة الكيميائية لمركب هيدروكسيد الألومنيوم هي الصيغة الكيميائية التالية Al(OH)3، ويتكون الجزيء من كاتيون الألومنيوم Al +3 وثلاثة أنيون هيدروكسيد -OH، ويعتمد هيكل شعرية هيدروكسيد الألومنيوم على المعدن المستخرج منه؛ وذلك لأن الأيونات تظهر ترتيبات مختلفة، إن معظم الشبكة سداسية أو معينية.

هيدروكسيد الألومنيوم هو عبارة عن مادة أساسية غير عضوية تستخدم كمادة وسيطة في عمليات التخليق العضوي وكمضاف في الصناعات الدوائية والكيميائية الدقيقة، وهو يعد عبارة عن مادة مضاد للحموضة.

يستخدم هيدروكسيد الألومنيوم من أجل علاج حرقة المعدة واضطراب المعدة وحموضة المعدة وعسر الهضم الحمضي، كما  ويستخدم هيدروكسيد الألومنيوم أيضًا من أجل تقليل مستويات الفوسفات لدى الأشخاص المصابين بحالات معينة في الكلى.

يوجد هيدروكسيد الألومنيوم على غرار كربونات المعادن الأخرى والهيدروكسيدات والكبريتات في خامات المعادن من الجيبسيت والبايرتوت والدويليت والسترانديت.

تحضير هيدروكسيد الألومنيوم

على الرغم من وجود مركب هيدروكسيد الألومنيوم إلى حد كبير في العديد من النظم الجيولوجية في الطبيعة، إلا أنه يتم إنتاجه في الغالب بواسطة عمليات باير وعمليات التلبيد للحصول على الألومينا من معدن البوكسيت، وهكذا فإنه يتم الحصول على 97٪ من هيدروكسيد الألومنيوم في العالم من خلال معالجة البوكسيت بالصودا الكاوية التي تنتج ألومينات الصوديوم والتي تتحلل عن طريق التحريك للحصول على راسب هيدروكسيد الألومنيوم:

NaAl (OH) 4 → Al (OH) 3 + هيدروكسيد الصوديوم

أما العمليات الأخرى للحصول على هيدروكسيد الألومنيوم هي التقنية الحرارية المائية أو المستحلب الصغير أو هلام سول، حيث تتمتع هذه الطرق بميزة إنتاج مركب بمستوى أعلى من النقاء.

الخصائص الفيزيائية: هيدروكسيد الألومنيوم مادة صلبة غير متبلورة بيضاء عديمة الرائحة. كثافته 2.42 جم مل -1. درجة انصهار هيدروكسيد الألومنيوم 300 درجة مئوية. إنه غير قابل للذوبان في الماء والإيثانول، ولكنه قابل للذوبان في محاليل الأحماض والقلويات.

الخواص الكيميائية: هيدروكسيد الألومنيوم مركب مذبذب، مما يعني أن المادة تقدم خصائص أساسية أو حمضية. وبالتالي فإن هيدروكسيد الألومنيوم قابل للذوبان في كلا: محاليل الأحماض (التفاعل الأول) أو القلويات (التفاعل الثاني):

Al(OH)₃ + 3 H⁺ → Al⁺³ + H₂O (I)

Al(OH)₃ + OH^– → AlO₂^– + H₂O (II)

استخدامات هيدروكسيد الألومنيوم

يحتوي هيدروكسيد الألومنيوم على مجموعة كبيرة ومتنوعة من التطبيقات في الصناعة الكيميائية  وبعض هذه الاستخدامات مثل البلاستيك والمطاط والبوليمر وحشو راتنجات الايبوكسي ومثبطات اللهب والمواد المضافة للزجاج والورق.

في الصيدلية يستخدم كمضاد للحموضة لالتهاب المعدة وعلاج القرحة كما أنه مادة مضافة في بعض اللقاحات ويعمل كسواغ في إنتاج بعض الأدوية، ومع ذلك يستخدم هيدروكسيد الألومنيوم في الغالب كمادة خام في إنتاج الألومينا (أكسيد الألومنيوم) لإنتاج معدن الألمنيوم.

الآثار الصحية / مخاطر السلامة: يتسبب تركيز هيدروكسيد الألومنيوم المرتفع في أضرار جسيمة بالصحة، وقد يتسبب في تلف الرئتين، كما إنه غير قابل للاشتعال.

يستخدم هيدروكسيد الألومنيوم Al(OH)3 من أجل مقاومة الأقمشة ولإنتاج عدد من مركبات الألومنيوم الأخرى بما في ذلك الأملاح التي تسمى الألومينات التي تحتوي على مجموعة AlO 2، مع الهيدروجين يشكل الألومنيوم هيدريد الألومنيوم AlH3 مادة صلبة بوليمرية تُشتق منها رباعي هيدرو ألومينات (عوامل اختزال مهمة).