الوزن الجزيئي لأكسيد الألومنيوم

أكسيد الألومنيوم (الألومينا)، المستخرج من رواسب خام البوكسيت، هو معدن صناعي يشيع استخدامه كمادة خام لإنتاج معدن الألومنيوم وكذلك لتصنيع منتجات السيراميك المتقدمة.

يخدم ثلاثي هيدرات الألومينا غرضين رئيسيين في البوليمرات كمادة حشو ومثبط للهب/مثبط دخان. ويأتي تثبيطها المتأصل للهب من جزيئات الماء التي يتم إطلاقها عند درجات حرارة أعلى من 220 درجة مئوية، حيث تعمل كحاجز فعال للهب.

الوزن الجزيئي

يشير الوزن الجزيئي لأي مادة إلى كتلتها لكل مول من تلك المادة. ولحساب هذه الكمية لمركب ما، يجب أولاً تحديد صيغته الكيميائية، ثم البحث في الجدول الدوري عن كتلته الذرية، وضرب كتلة كل عنصر في عدد الذرات الموجودة داخل هذا العنصر للحصول على وزنه المولي - على سبيل المثال أكسيد الألومنيوم (Al2O3) يساوي 9 جم/مول ويستخدم على نطاق واسع في مختلف الصناعات، بدءاً من تصنيع الحراريات والسيراميك ومركبات التلميع وحتى أصباغ طلاء التيتانيا بالإضافة إلى وجوده في العديد من أنواع مرافق إنتاج الزجاج.

نقطة الانصهار

تُعد درجة انصهار الألومينا جزءًا لا يتجزأ من تطبيقاتها الحرارية. تضمن درجة الانصهار العالية بقاءها صلبة حتى تحت درجات الحرارة الشديدة، مما يجعلها المادة المثالية للاستخدام في الأفران وغيرها من المعدات وكذلك استخدامها في عجلات الطحن وورق الصنفرة لتشكيل المواد وتنعيمها.

أكسيد الألومنيوم هو مركب موجود بوفرة وبشكل طبيعي على الأرض، ويستخدم على نطاق واسع في العديد من الصناعات لصلابته ومقاومته لدرجات الحرارة العالية. يأتي أكسيد الألومنيوم في شكل نقي كمسحوق بلوري أبيض. وعند خلطه بعناصر أخرى يمكن أن يأخذ خصائص مختلفة؛ يمكن زيادة صلابته بإضافة جزيئات الزركونيا أو شعيرات كربيد السيليكون؛ بالإضافة إلى ذلك يمكن تحقيق تأثيرات شفافة بإضافة كميات صغيرة من المغنيسيا إلى مزيجه.

إن درجة انصهار الألومينا أعلى بكثير من الألومنيوم العادي وسبائكه، والتي تتطلب تحليلاً كهربائياً لفصل الألومنيوم عن الأكسجين. ويرجع ذلك على الأرجح إلى الروابط التساهمية القوية داخل مكوناته من الأكسجين التي تتطلب طاقة كبيرة لكسرها، مما يؤدي إلى ارتفاع درجات انصهاره وغليانه.

ينتج عن الجمع بين الألومينا ومواد أخرى لتشكيل السيراميك مواد شديدة الصلابة والمرونة ومقاومة للحرارة والتآكل والتآكل. علاوة على ذلك، تتفوق درجة انصهاره التي تبلغ 2,072 درجة مئوية على معظم الأكاسيد، مما يجعل الألومينا مادة مثالية للتطبيقات الحرارية.

كما هو الحال مع العديد من المركبات، تتميز الألومينا بتطاير منخفض ونقطة انصهار عالية مقارنةً بأكاسيد المعادن الأخرى، مما يجعلها أقل تفاعلية من معظمها. وعلاوة على ذلك، تسمح قابليتها للتشكيل بسهولة صبها أو تشكيلها دون تشوه أو التواء تحت ضغوط عالية.

إن نقطة انصهار الألومينا العالية تجعلها مثالية للاستخدام في سيراميك الأسنان، حيث يتم دمجها مع البورسلين في كثير من الأحيان. وتساعد متانة الألومينا وخصائصها المقاومة للحرارة على إنشاء ترميمات قوية تتحمل البلى الشديد، بينما يساعد محتواها المنخفض من المواد المتطايرة ونقطة انصهارها على منع تكون الغبار القابل للاستنشاق الذي يمكن أن يسبب مشاكل في الجهاز التنفسي.

الكثافة

الألومنيوم معدن ناعم وخفيف للغاية بالنسبة لحجمه، فضلاً عن كونه أحد أفضل موصلات الحرارة والكهرباء، مما يجعله أحد المواد الرئيسية المستخدمة في خطوط نقل الكهرباء ومحركات السيارات والأجهزة المنزلية. ونظراً لخصائص قوته ومتانته ومقاومته للتآكل، يُعاد تدوير الألومينا مراراً وتكراراً دون أن يفقد جودته أو يتشوه بمرور الوقت؛ بالإضافة إلى أنه يتميز بمقاومة الصدأ والتلطيخ والخدوش، كما أنه يتميز بانخفاض درجة انصهاره ويمكن تشكيله في أشكال أو أحجام مختلفة بسهولة.

وتعتمد كثافة مسحوق الألومينا على عدة متغيرات، بما في ذلك تركيبة المادة الخام ودرجة حرارة التكليس. فعلى سبيل المثال، تكون كثافة الألومينا المصنوعة من الجيبميت أكبر من نظيرتها المصنوعة من البوهيميت. وعلاوة على ذلك، يؤثر نوع السلائف ومعلمات برنامج التسخين والبذور جميعها على مستويات الكثافة بطرق مختلفة.

يمكن تحديد الكثافة في الألومينا من خلال مساحة سطحه المحددة والتوصيل الحراري؛ وتشمل التأثيرات الأخرى انكماش السيراميك أثناء التكليس وكذلك بنية مسامه.

يمكن العثور على الألومينا في العديد من التطبيقات الصناعية، من الحراريات والمواد الكاشطة إلى دعامات المحفزات وأغشية بطاريات الليثيوم. ونظراً لقوته الميكانيكية الاستثنائية وثباته الحراري ومقاومته لدرجات الحرارة العالية ومقاومته للتآكل، فإنه يستخدم منذ فترة طويلة في الصناعة كمادة صناعية. وتشكل الألومينا مكونًا أساسيًا في العديد من المواد الحرارية؛ وعلاوة على ذلك فهي تستخدم على نطاق واسع في منتجات السيراميك عالية التقنية مثل بطاريات الليثيوم وشمعات الإشعال والأغشية الخزفية لشاشات العرض البلورية السائلة.

يمكن حساب الألومينا عن طريق مضاعفات كتلته الجزيئية، وهي مجموع جميع الذرات الموجودة في صيغته، مضروبة في وزنه الجزيئي من حيث الأكسجين الموجود في وحدة الحجم. ويمكنك أيضًا حساب كتلته المولية بقسمة صيغته الكيميائية على وزنه الجزيئي - عادةً ما توجد في الجداول الدورية - كطريقة لإيجاد عدده الذري وكتلة العناصر التي يتكون منها؛ ويمكن حساب الوزن الجزيئي للماء من خلال ذلك؛ حيث إن كتلته الجزيئية تساوي ذرتين هيدروجين زائد ذرة أكسجين واحدة، بينما تحتوي ذرة Al2O3 على ذرتين من الألومنيوم وذرة أكسجين واحدة فقط.

التوصيل الكهربائي

يقوم الألومنيوم بتوصيل الكهرباء بشكل جيد، مما يجعله مادة شائعة لخطوط الطاقة. وعلاوة على ذلك، فإن خفة وزنه بما يكفي للنقل تجعل الألومنيوم خيارًا جذابًا. وعلى الرغم من أنه ليس موصلاً للكهرباء مثل النحاس، إلا أن خواصه الكهربائية تعتمد بشكل كبير على كيفية استخدامه؛ فزيادة توصيليته عن طريق تقليل طبقات الأكسيد أو إضافة الشوائب يمكن أن تساعد في زيادة التوصيلية بشكل أكبر. وبالمثل، فإن المعالجات الحرارية المستخدمة أثناء الإنتاج لها تأثير كبير على خصائصه الكهربائية.

جميع المعادن السائبة موصّلات ممتازة بسبب التداخل بين نطاقات التوصيل والتكافؤ التي تمكّن الإلكترونات من التدفق دون عوائق. ويختلف الألومنيوم قليلاً في بنيته الذرية عن النحاس حيث تتعرض إلكتروناته الحرة لمزيد من التصادمات الفونية التي تعطل حركة الإلكترونات وبالتالي تقل التوصيلية مقارنة بالنحاس النقي الذي يتميز بمعدلات توصيلية أعلى من نظيره.

ويمكن دمج الألومينا مع الزركونيا أو الأنابيب النانوية الكربونية لزيادة التوصيلية، والعمل كركيزة للتعزيزات مثل الزركونيا أو الأنابيب النانوية التي تعمل على تقوية بنيتها البلورية وزيادة التوصيل الكهربائي. ونتيجة لذلك، يشكل ذلك مركبًا ذا خواص ميكانيكية محسّنة ومقاومة متزايدة للتآكل وموصلية كهربائية أعلى.

تُعد الألومينا عازلًا ممتازًا عندما تُترك مكشوفة؛ وعندما يتم طلاؤها تزداد موصلية الألومينا بشكل كبير. يمكن أن يتخذ الطلاء أشكالاً عديدة مثل الطلاء بالمسحوق أو الطلاء ويمكن أن يؤثر على مقدار توصيل الألومينا. وتؤثر عوامل مثل نوع الطلاء ودرجة حرارة الطلاء ونوع المعالجة الحرارية على مقدار توصيل الألومينا.

تُعد طبقات أكسيد الألومينا جزءًا لا يتجزأ من التوصيل الكهربائي لأنها تحمي الطبقات الموصلة التي يمكن أن تصبح مكشوفة إذا خدشتها أجسام غريبة مثل الأوساخ. وقد يؤدي عدم القيام بذلك إلى حدوث مشاكل كهربائية؛ وبالتالي من الضروري أن تظل الألومينا محمية.

الألومينا مادة قوية وصلبة ذات تفاوتات متقاربة الأبعاد تجعلها مثالية للاستخدام في الأجزاء التي تحتاج إلى مقاومة التآكل، مثل موجهات النسيج ومكابس المضخات وبطانات المزلقان وفتحات التفريغ. كما أن التصنيع الآلي يمكن أن يزيد من متانة الألومينا؛ وتستفيد أدوات القطع الصناعية أيضًا من استخدامه. ويزيد دمج جزيئات الزركونيا أو شعيرات كربيد السيليكون من الصلابة ومقاومة التآكل، بينما يعمل كدعم للمحفزات الصناعية مثل تلك الموجودة في عملية كلاوس لتحويل الغازات العادمة إلى كبريت عنصري وكذلك بلمرة زيغلر-ناتا.