[ تعرٌف على ] ألومنيوم

تم النشر اليوم 16-12-2025 | [ تعرٌف على ] ألومنيوم
تم النشر اليوم [dadate] | ألومنيوم

هوامش

. إنّ جميع هاليدات الألومنيوم الثلاثية معروفة؛ ولكن في فلوريد الألومنيوم AlF3، وعلى العكس من بنى ثلاثيات الهاليد الأثقل، يكون الألومنيوم سداسي التناسق، الأمر الذي يشرح عدم تطايره وعدم انحلاليته، بالإضافة إلى ارتفاع قيمة الحرارة القياسية للتكوين. ينصهر AlF3 عند 1290 °س، ويُحضَّر من تفاعل أكسيد الألومنيوم مع فلوريد الهيدروجين عند حوالي 700 °س.[111] تُحضَّر الهاليدات الأثقل للألومنيوم من تفاعل الفلز مع الهالوجين الموافق؛ ويكون فيها العدد التناسقي للألومنيوم رباعياً، وتكون بنيتها ثنائية أو متعدّدة الوحدات. فلمركّب كلوريد الألومنيوم AlCl3 بنية بوليميرية ذات طبقات عندما يكون دون نقطة انصهاره 192.4 °س؛ أمّا عند درجات حرارة أعلى تصبح البنية على هيئة جزيئات منفردة من AlCl3 ذات بنية مستوية ثلاثية شبيهة ببنية ثلاثي كلوريد البورون BCl3؛ في حين يوجد كلّ من بروميد الألومنيوم ويوديد الألومنيوم على الشكل الثنائي Al2X6 في الأطوار الثلاثة للمادّة، ولا يظهر تحوّل في خواص البنية عند تغيّر الطور.[111] تتميّز هاليدات الألومنيوم بأنّها من أحماض لويس، وهي قادرة على تشكيل نواتج إضافة، لذلك يكثر استخدامها على شكل حفّازات في تفاعلات صناعية مهمّة مثل تفاعل فريدل-كرافتس وغيره من تفاعلات التحضير الصناعية.[111] للألومنيوم أكسيد واحد مستقرّ Al2O3، وهو يعرف بالاسم الشائع «ألومينا».[113] ومن الكالكوجينيدات المستقرّة له كلّ من كبريتيد الألومنيوم Al2S3 وسيلينيد الألومنيوم Al2Se3 وكذلك تيلوريد الألومنيوم Al2Te3؛ وتُحضّر هذه المركّبات الأخيرة من تفاعل العناصر المكوّنة الموافقة عند درجات حرارة تتجاوز 1000 °س. أمّا مع عناصر مجموعة النتروجين فيُشكّل الألومنيوم كلّ من نتريد الألومنيوم AlN وفوسفيد الألومنيوم AlP وزرنيخيد الألومنيوم AlAs، بالإضافة إلى إثميد الألومنيوم AlSb؛ وهي مركّبات معروفة وتتميّز بخواصّها شبه الموصلة؛ وهي تتشكّل أيضاً من تفاعل العناصر الموافقة عند درجات حرارة مرتفعة.[114] هناك أيضاً مركّب هيدريد الألومنيوم، وهو مركّب ذو بنية بوليميرية AlH3)n؛[115] ولا توجد له تطبيقات كثيرة؛ وذلك على العكس من مركّب هيدريد ألومنيوم الليثيوم LiAlH4، والذي يصنّف ضمن الكواشف الكيميائية المهمّة، حيث أنّه من المختزلات الجيّدة في الكيمياء العضوية؛ وهو يُحضَّر من تفاعل هيدريد الليثيوم مع كلوريد الألومنيوم.[115] العضوية بنية ثلاثي ميثيل الألومنيوم. يوجد للألومنيوم عددٌ من المركّبات العضوية؛ والتي يحمل منها الصيغة العامة AlR3 وكذلك Al2R3Cl3.[116] تعدّ مركّبات ثلاثي ألكيلات وثلاثي أريلات الألومنيوم من المركّبات المتطايرة وذات تفاعلية كيميائية كبيرة، بحيث من السهل عليها أن تحترق وأن تتفاعل مع الماء. عادةً ما تكون مركّبات الألومنيوم العضوية على شكل ثنائيات وحدات، مثل مركّب ثلاثي ميثيل الألومنيوم؛ في حين أنّ ثلاثي إيزوبوتيل الألومنيوم يوجد على هيئة مزيج متوازن كيميائياً بين أحادي (مونومير) وثنائي الوحدات (ديمير).[117][118] تعدّ مركّبات الألومنيوم العضوية من أحماض لويس القاسية، وهي قادرة على أن تشكّل نواتج إضافة بسهولة. لذلك تستخدم هذه المركّبات في الصناعة من أجل تفاعلات إقحام الألكين على هيئة حفاز تسيغلر-ناتا، والتي تُؤمّن تشكيل كحولات وألكينات أوّلية طويلة السلسلة وغير متفرعّة، وكذلك في بلمرة الإيثيلين والبروبيلين. توجد أيضاً مركّبات حلقية غير متجانسة للألومنيوم وكذلك معقّدات تناسقية عنقودية تتضمّن وجود روابط Al–N فيها.[117] التحليل الكيميائي توجد عدّة وسائل تحليلية تقليدية للكشف عن أملاح الألومنيوم، منها: عن طريق أزرق الكوبالت يمكن الكشف عن أملاح الألومنيوم بأسلوب تقليدي عن طريق تعريضها للهب مع محلول ممدّد من نترات الكوبالت الثنائي Co(NO3)2 على قضيب من أكسيد المغنيسيوم (المغنيسيا)؛ حيث يتشكّل حينها خضاب أزرق الكوبالت. عن طريق الكريوليت تفاعل الكشف عن الألومنيوم عن طريق صباغ المورين لإجراء الكشف وفق هذا الأسلوب يجعل محلول العيّنة الحاوية على الألومنيوم قلوياً، كي يترسّب هيدروكسيد الألومنيوم Al(OH)3. بعد ذلك يُرَشّح الراسب ثم تضاف عليه بضعة قطرات من الفينول فثالين، ثم يُغسَل بحيث لا تبقى أيّة آثار من اللون الأحمر التي سبّبها الفينول فثالين. عند إضافة مسحوق فلوريد الصوديوم NaF الصلب على الراسب، تُسبِّب أيونات الهيدروكسيد، التي تحرّرت جرّاء تشكّل الكريوليت [Na3[AlF6، ظهور اللون الأحمر مجدّداً. عن طريق المورين لإجراء الكشف وفق هذا الأسلوب يعالج محلول العيّنة الحاوية على الألومنيوم مع حمض الهيدروكلوريك؛ ثم تضاف كمّيات فائضة من هيدروكسيد البوتاسيوم بحيث يصبح الوسط قلوياً. تضاف بعد ذلك إلى كمّية من المحلول كمّية مكافئة من محلول صباغ المورين؛ ثم يُحمَّض الوسط بواسطة حمض الخليك المركّز، ممّا يؤدّي إلى ظهور خاصّة تفلور أخضر تحت الأشعّة فوق البنفسجية عند طول موجة 366 نانومتر. ويمكن التأكّد من عملية الكشف تلك لدى اختفاء ظاهرة التفلور عند إضافة حمض الهيدروكلوريك مجدّداً.[119]

المخاطر

تتميّز أملاح الألومنيوم اللاعضوية بأنّها غير غير سامّة بشكل واضح، فعلى سبيل المثال تبلغ قيمة الجرعة المميتة الوسطية LD50 لمركّب كبريتات الألومنيوم مقدار 6207 مغ/كغ (فئران، فموي)، والتي تكافئ 435 غ لشخص وزنه 70 كغ.[64] لا يُصنَّف الألومنيوم ضمن الفلزات الثقيلة؛ كما لا تصنّفه وزارة الصحة والخدمات الإنسانية الأمريكية ضمن المسرطنات.[145] لا توجد دلائل كافية تُبَيّن أنّ التعرّض العادي للألومنيوم قد يمثّل خطراً على صحّة وسلامة الشخص البالغ؛[168] كما أنّ الدلائل المتوفّرة لا تظهر وجود تأثير سمّي للألومنيوم إذا لم تتجاوز الجرعة 40 مغ/اليوم لكلّ كيلوغرام من وزن جسم الإنسان.[145] تعدّ نسبة 10 ميكروغرام/الليتر من أيونات الألومنيوم في الدمّ من النسب المقبولة والتي لا تمثّل خطورة؛ أمّا عندما يكون تركيز تلك الأيونات حوالي 60 ميكروغرام/الليتر فذلك يمثّل خطورة على الجسم؛ في حين أنّ تركيز 200 ميكروغرام/الليتر يعدّ ذا تأثير سمّي.[169] إنّ أغلب الألومنيوم المستهلَك يغادر الجسم في البراز؛ وأغلب الجزء المتبقّي الذي يدخل مجرى الدم يُطرَح عن طريق البول.[170] يمكن للألومنيوم في حالات نادرة أن يسبّب تلين العظام المقاوم للفيتامين د، وكذلك فقر الدم صغير الكريات المقاوم للإريثروبويتين، وخاصّةً لدى المرضى الذين لهم قصور كلوي.[145] يمكن أن يؤدّي التناول المزمن لسيليكات الألومنيوم المميّهة (للتحكم بالحموضة المعدية المفرطة) إلى ارتباط الألومنيوم بمحتويات الأمعاء وأن ينافس عناصر غذائية معدنية أخرى ويزيد من طرحها، مثل الحديد والزنك؛ بحيث أنّ جرعات مرتفعة تزيد عن 50 غ/اليوم يمكن أن تسبّب فقر الدم.[145][171] هناك عددٌ من المخاطر المقترنة بارتفاع تركيز الألومنيوم في الدم؛ فهناك شكّ بوجود صلة وصل بين الألومنيوم وبين مرض آلزهايمر؛[172] ولكنّ الأبحاث المستمرّة على عدّة عقود لم تستطع إثبات وجود دليلٍ على علاقةٍ سببيّةٍ بينهما.[173][174] من جهةٍ أخرى، وُجِدَ أنّ الألومنيوم يزيد من التعبير الجيني المتعلّق بالإستروجين في خلايا سرطان الثدي البشرية المنمّاة مخبرياً.[175] كما يترافق وجود الألومنيوم بتراكيز مرتفعة جدّاً مع حدوث تغيّر وظيفي في أداء الحاجز الدموي الدماغي.[176] يؤدّي التعرّض المستمرّ إلى مسحوق الألومنيوم أو أبخرة لحام الألومنيوم إلى حدوث تليّف رئوي؛[177] بالإضافة إلى المخاطر التي يمكن أن يسبّبها مسحوق الألومنيوم الناعم من حيث سهولة الاحتراق والتسبّب بحدوث مخاطر مهنية.[178][179]

الدور الحيوي

توجد هنالك خمسة أشكال رئيسية من الألومنيوم ممتصّة في جسم الإنسان: (أ) على شكل كاتيون حرّ (أيون موجب) ثلاثي الشحنة ومُمَيّه (Al3+aq)؛ (ب) معقّد منحلّ معتدل منخفض الوزن الجزيئي (LMW-Al0aq)؛ (ج) على شكل معقّد منحلّ معتدل مرتفع الوزن الجزيئي (HMW-Al0aq)؛ (د) على شكل معقّد منحلّ مشحون منخفض الوزن الجزيئي (LMW-Al(L)n+/−aq)؛ (هـ) على شكل جسيمات دقيقة نانوية ومكروئية (Al(L)n(s)؛ تُنقَل هذه الجسيمات عبر الغشاء الخلوي أو البطانة الغشائية وفق خمسة مسارات رئيسية: (1) عبر مسار خارجي للخلايا؛ (2) عبر مسار عابر للخلايا؛ (3) عبر بالنقل النشط؛ (4) عبر القنوات الناقلة؛ (5) عبر إدخال خلوي عن طريق الامتزاز أو المستقبلات.[120] على الرغم من الانتشار الواسع للألومنيوم في القشرة الأرضية؛ إلّا أنّه لا يعرف له أيّ دورٍ حيوي.[64][ar 3] عند قيمة pH تتراوح بين 6–9، وهي قيمة pH توافق أغلب المياه الطبيعية، فإنّ الألومنيوم يوجد على شكل هيدروكسيد، وهو راسب غير منحلّ، لذلك فإنّه لا يكون متوفّراً، وتلك سمة تشترك بها أغلب العناصر التي لا يكون لها دورٌ حيوي.[121] في جسم الإنسان يوجد في جسم الإنسان وسطياً حوالي 50-150 مغ من الألومنيوم؛[122] والكمّية موزّعة بشكلٍ منتظم؛ وهو لا يُصنَّف بالنسبة للإنسان ضمن العناصر الشحيحة الأساسية للوظائف الحيوية فيه.[123] يَطرَح جسم الإنسان القسم الأعظمي من الألومنيوم الذي قد يكون موجوداً في الغذاء، ولا يُمتَصّ في الجهاز الهضمي إلّا بنسبةٍ تتراوح بين 1-3 بالألف؛ ومنه يتوزّع إلى الأنسجة بشكل رئيسي عبر بروتينات الترانسفرين.[124] يمكن أن يُنقَل الألومنيوم مثلاً على شكل أيون مشحون على شكل معقّد مع الفوسفات؛[125] وتبلغ قيمة عمر النصف لأيونات الألومنيوم في الدمّ حوالي 8 ساعات.[61] في النباتات يصل الألومنيوم إلى النباتات عادةً عن طريق الرشح من تربة القشرة الأرضية بفعل الأمطار؛[ar 4] ويزداد ذلك الأمر خاصّةً بتأثير المطر الحمضي.[126] تعدّ ظاهرة تَحَمُّض التربة من العوامل المساعدة على ازدياد رشح الألومنيوم، إذ عندما تصبح قيمة pH الوسط أقلّ من 5 يمتصّ الألومنيوم من جذور النباتات على هيئة أيونات 3+Al؛ وهو أمرٌ يؤذي نموّ الجذور الدقيقة، خاصّةً عندما لا يكون للنبات القدرة على تحمّل الألومنيوم فإنّه يقع تحت إجهاد،[127] وذلك يؤثّر سلباً على نموّ الجذر ودوره الوظيفي.[128][129][130] من جهةٍ أخرى، توجد بعض الأنواع النباتية المعدّلة وراثياً مثل رشاد الصخر والسورغم والقادرة على تحمّل ارتفاع نسبة الألومنيوم في التربة.[131][132][133][134] محتوى الألومنيوم في بعض أنواع الغذاء الغذاء المحتوى[135][136]مغ/كغ شاي (مجفّف) 385 ورق الزعتر البري 212 الكاكاو والشوكولاتة 100 ورقيّات السلطة 28.5 البقليات 22.5 الحبوب 13.7 في الغذاء توجد آثار زهيدة من الألومنيوم في الغذاء، وهي تتفاوت حسب المنشأ،[136] وتصل كمّيتها في المأكولات الطازجة بأقلّ من 5 ميليغرام لكلّ كيلوغرام (مغ/كغ).[137] بالمقابل قد يصل محتوى الألومنيوم في أوراق الشاي الأسود إلى 1042 مغ/كغ.[138] قد يؤدّي طهي الأغذية أو حفظها في أوعية من الألومنيوم أو رقائقه إلى زيادة أعظمية من امتصاص الألومنيوم تصل إلى 3.5 مغ/اليوم/الشخص؛ وهي قد تزداد في الأغذية الحمضية، مثل الملفوف المخمّر، وذلك وفق تقديرات المعهد الألماني لتقييم المخاطر؛[ملاحظة 5][139] ولذلك يوصي بعدم استخدام الأوعية المصنوعة من الألومنيوم في طهي أو حفظ الأغذية الحمضية.[140] من جهةٍ أخرى، فإنّ المشروبات تحوي نسبة أعظمية من الألومنيوم تتراوح بين 0.2-0.4 مغ/ل؛ وهي بذلك لا تعدّ مصدراً للألومنيوم غذائياً.[137][139] عينت الهيئة الأوروبية لسلامة الأغذية مقدار 1 مغ لكل كغ من وزن الجسم بأنّه الحدّ الأسبوعي المسموح من الألومنيوم في الغذاء.[136] [137] بالمقابل، فإنّ الألومنيوم قد يستخدم في بعض الأحيان ضمن الإضافات الغذائية، وهو يملك رقم إي E173، ولكن ذلك محصور في مجال تزيين الحلويات.[141]

شرح مبسط

الألومنيوم[2] هو عنصر كيميائي رمزه Al وعدده الذرّي 13؛ وهو يقع ضمن عناصر الدورة الثالثة وفي المرتبة الثانية في المجموعة الثالثة عشرة (المجموعة الثالثة وفق ترقيم المجموعات الرئيسية) في الجدول الدوري. الألومنيوم فلز خفيف ذو لون أبيض فضي، ويتميّز بانخفاض كثافته؛ وهو قابل للسحب والطرق. وهو أكثر الفلزات انتشاراً في القشرة الأرضية، فترتيبه الثالث من بين أكثر العناصر الكيميائية وفرةً فيها بعد الأكسجين والسيليكون؛ حيث يشكّل الألومنيوم حوالي 8% من كتلة سطح الأرض الصلب. لهذا الفلز نظيرٌ مستقرّ وحيد، وهو النظير ألومنيوم-27 27Al.