อะลูมิเนียม

อะลูมิเนียม (อังกฤษ: aluminum) คือธาตุเคมีในตารางธาตุที่มีสัญลักษณ์ AI และมีเลขอะตอม 13 เป็นโลหะที่มันวาวและอ่อนดัดง่าย ในธรรมชาติอะลูมิเนียมพบในรูปแร่บอกไซต์เป็นหลัก และมีคุณสมบัติเด่น คือ ต่อต้านปฏิกิริยาออกซิเดชันได้ดี (อิงจากปรากฏการณ์ passivation) แข็งแรง และน้ำหนักเบา มีการใช้อะลูมิเนียมในอุตสาหกรรมหลายประเภท เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ มากมาย และอะลูมิเนียมสำคัญต่อเศรษฐกิจโลกอย่างมาก ชิ้นส่วนโครงสร้างที่ผลิตจากอะลูมิเนียมสำคัญต่ออุตสาหกรรมอากาศยาน และสำคัญในด้านอื่น ๆ ของการขนส่งและการสร้างอาคาร ซึ่งต้องการน้ำหนักเบา ความทนทาน และความแข็งแรง

อะลูมิเนียม แมกนีเซียม ← → ซิลิคอน B ↑ Al ↓ Ga
ทั่วไป
ชื่อ, สัญลักษณ์, เลขอะตอม	อะลูมิเนียม, Al, 13
อนุกรมเคมี	โลหะ
หมู่, คาบ, บล็อก	13, 3, p
ลักษณะ	มันวาว
มวลอะตอม	26.9815386 (8) กรัม/โมล
การจัดเรียงอิเล็กตรอน	[Ne] 3s2 3p1
อิเล็กตรอนต่อระดับพลังงาน	2, 8, 3 x
คุณสมบัติทางกายภาพ
สถานะ	ของแข็ง
ความหนาแน่น (ใกล้ r.t.)	2.70 ก./ซม.³
ความหนาแน่นของของเหลวที่m.p.	2.375 ก./ซม.³
จุดหลอมเหลว	933.47 K (660.32 °C)
จุดเดือด	2792 K(2519 °C)
ความร้อนของการหลอมเหลว	10.71 กิโลจูล/โมล
ความร้อนของการกลายเป็นไอ	294.0 กิโลจูล/โมล
ความร้อนจำเพาะ	(25 °C) 24.200 J/(mol·K)
ความดันไอ P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k ที่ T K 1482 1632 1817 2054 2364 2790
คุณสมบัติของอะตอม
โครงสร้างผลึก	cubic face centered
สถานะออกซิเดชัน	3 (amphoteric oxide)
อิเล็กโตรเนกาติวิตี	1.61 (พอลิงสเกล)
พลังงานไอออไนเซชัน (เพิ่มเติม)	ระดับที่ 1: 577.5 กิโลจูล/โมล
	ระดับที่ 2: 1816.7 กิโลจูล/โมล
	ระดับที่ 3: 2744.8 กิโลจูล/โมล
รัศมีอะตอม	125 pm
รัศมีอะตอม (คำนวณ)	118 pm
รัศมีโควาเลนต์	118 pm
อื่น ๆ
การจัดเรียงทางแม่เหล็ก	paramagnetic
ความต้านทานไฟฟ้า	(20 °C) 26.50 nΩ·m
การนำความร้อน	(300 K) 237 W/(m·K)
การขยายตัวจากความร้อน	(25 °C) 23.1 µm/(m·K)
อัตราเร็วของเสียง (แท่งบาง)	(r.t.) (rolled) 5000 m/s
มอดุลัสของยัง	70 GPa
โมดูลัสของแรงเฉือน	26 GPa
โมดูลัสของแรงบีบอัด	76 GPa
อัตราส่วนปัวซง	0.35
ความแข็งโมส	2.75
ความแข็งวิกเกอร์ส	167 MPa
ความแข็งบริเนล	245 MPa
เลขทะเบียน CAS	7429-90-5
ไอโซโทปเสถียรที่สุด
บทความหลัก: ไอโซโทปของaluminum iso NA ครึ่งชีวิต DM DE (MeV) DP 26Al syn 7.17×105y β+ 1.17 26Mg ε - 26Mg γ 1.8086 - 27Al 100% Al เสถียร โดยมี 14 นิวตรอน
แหล่งอ้างอิง

คุณสมบัติ

ชิ้นอะลูมิเนียมยาว 15 cm เทียบขนาดกับเหรียญเซ็นต์สหรัฐฯ

อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่อ่อนและเบาที่มีลักษณะไม่เป็นเงา เนื่องจากเกิดการออกซิเดชันชั้นบาง ๆ ที่เกิดขึ้นเร็วเมื่อสัมผัสกับอากาศ โลหะอะลูมิเนียมไม่เป็นสารพิษ ไม่เป็นแม่เหล็ก และไม่เกิดประกายไฟ อะลูมิเนียมบริสุทธิ์มีแรงต้านการดึงประมาณ 49 ล้านปาสกาล (MPa) และ 400 MPa ถ้าทำเป็นโลหะผสม อะลูมิเนียมมีความหนาแน่นเป็น 1/3 ของเหล็กกล้าและทองแดง อ่อน สามารถดัดได้ง่าย สามารถกลึงและหล่อแบบได้ง่าย และมีความสามารถต่อต้านการกร่อนและความทนเนื่องจากชั้นออกไซด์ที่ป้องกัน พื้นหน้ากระจกเงาที่เป็นอะลูมิเนียมมีการสะท้อนแสงมากกว่าโลหะอื่น ๆ ในช่วงความยาวคลื่น 200-400 nm (UV) และ 3000-10000 nm (IR ไกล) ส่วนในช่วงที่มองเห็นได้ คือ 400-700 nm โลหะเงินสะท้อนแสงได้ดีกว่าเล็กน้อย และในช่วง 700-3000 (IR ใกล้) โลหะเงิน ทองคำ และทองแดง สะท้อนแสงได้ดีกว่า อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่ดัดได้ง่ายเป็นอันดับ 2 (รองจากทองคำ) และอ่อนเป็นอันดับที่ 6 อะลูมิเนียมสามารถนำความร้อนได้ดี จึงเหมาะสมที่จะทำหม้อหุงต้มอาหาร

การประยุกต์

เมื่อวัดในทั้งปริมาณและมูลค่า การใช้อะลูมิเนียมมีมากกว่าโลหะอื่น ๆ ยกเว้นเหล็ก และมีความสำคัญในเศรษฐกิจโลกทุกด้าน

อะลูมิเนียมบริสุทธิ์มีแรงต้านการดึงต่ำ แต่สามารถนำไปผสมกับธาตุต่าง ๆ ได้ง่าย เช่น ทองแดง สังกะสี แมกนีเซียม แมงกานีส และซิลิกอน (เช่น duralumin) ในปัจจุบันวัสดุเกือบทั้งหมดที่เรียกว่าอะลูมิเนียมเป็นโลหะผสมของอะลูมิเนียม อะลูมิเนียมบริสุทธิ์พบเฉพาะเมื่อต้องการความทนต่อการกัดกร่อนมากกว่าความแข็งแรงและความแข็ง

เมื่อรวมกับกระบวนการทางความร้อนและกลการ (thermo-mechanical processing) โลหะผสมของอะลูมิเนียมมีคุณสมบัติทางกลศาสตร์ที่ดีขึ้น โลหะผสมอะลูมิเนียมเป็นส่วนสำคัญของเครื่องบินและจรวดเนื่องจากมีอัตราความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง

อะลูมิเนียมสามารถสะท้อนแสงที่มองเห็นได้ดีเยี่ยม (~99%) และสามารถสะท้อนแสงอินฟราเรดได้ดี (~95%) อะลูมิเนียมชั้นบาง ๆ สามารถสร้างบนพื้นผิวเรียบด้วยวิธีการควบแน่นของไอสารเคมี (chemical vapor deposition) หรือวิธีการทางเคมี เพื่อสร้างผิวเคลือบออปติคัล (optical coating) และกระจกเงา ผิวเคลือบเหล่านี้จะเกิดชั้นอะลูมิเนียมออกไซด์ที่บางยิ่งกว่า ที่ไม่สึกกร่อนเหมือนผิวเคลือบเงิน กระจกเงาเกือบทั้งหมดสร้างโดยใช้อะลูมิเนียมชั้นบางบนผิวหลังของแผ่นกระจกลอย (float glass). กระจกเงาในกล้องโทรทรรศน์สร้างด้วยอะลูมิเนียมเช่นกัน แต่เคลือบข้างหน้าเพื่อป้องกันการสะท้อนภายใน การหักเห และการสูญเสียจากความใส กระจกเหล่านี้เรียกว่า first surface mirrors และเกิดความเสียหายได้ง่ายกว่ากระจกเงาตามบ้านทั่วไปที่เคลือบข้างหลัง

ตัวอย่างการนำเอาอะลูมิเนียมไปใช้งาน เช่น

• การขนส่ง (รถยนต์ เครื่องบิน รถบรรทุก ตู้รถไฟ เรือทะเล จักรยาน ฯลฯ)
• ภาชนะ (กระป๋อง, ฟอยล์ ฯลฯ)
• การบำบัดน้ำ
• การรักษาปรสิตของปลา เช่น Gyrodactylus salaris
• งานก่อสร้าง (หน้าต่าง ประตู รางข้าง ลวด ฯลฯ)
• การเคลือบสีอะลูมิเนียมที่มีขายในเมืองไทยตอนนี้ มี 3 แบบ ได้แก่ Anodized Aluminum, Powder Coated Aluminum และ Fluorocarbon Aluminum ค่ะ สำหรับงานอาคารสูงจะใช้ Powder Coated Aluminum เป็นมาตรฐาน
• สินค้าสำหรับผู้บริโภคที่มีความคงทน (เครื่องใช้ไฟฟ้า อุปกรณ์ครัว ฯลฯ)
• ไฟฟ้าไฟฟ้า (ชิ้นส่วนและลวดอะลูมิเนียมมีความหนาแน่นน้อยกว่าทองแดง และราคาถูกกว่าด้วย เก็บถาวร 2017-08-30 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน แต่มีความต้านทานไฟฟ้ามากกว่าด้วย มีหลายพื้นที่ ที่ห้ามใช้ลวดอะลูมิเนียมสำหรับสายไฟตามบ้าน เนื่องจากความหนาแน่นสูงกว่าและขยายในความร้อนมากกว่า)
• เครื่องจักรกล
• แม่เหล็กที่ทำจากเหล็กกล้าเอ็มเคเอ็ม (MKM steel) แอลไนโก (Alnico) แม้ว่าตัวอะลูมิเนียมเองจะใช้วัตถุแม่เหล็กก็ตาม
• อะลูมิเนียมความบริสุทธิ์สูง (SPA ย่อจาก Super purity aluminum, 99.980% to 99.999% Al) ใช้ในอิเล็กทรอนิกส์และซีดี.
• อะลูมิเนียมผง ใช้เป็นตัวเคลือบเงินในสี เกล็ดอะลูมิเนียมมีอยู่ในสีพื้น เช่น สีเคลือบเนื้อไม้ (primer) — เมื่อแห้ง เกล็ดจะซ้อนทับกันเป็นชั้นกันน้ำ
• อะลูมิเนียมแอโนไดส์ (anodized) คงทนต่อการออกแซิเดชั่นเพิ่มเติม และใช้ในการก่อสร้างในด้านต่าง ๆ รวมถึงการทำฮีตซิงก์ ด้วย
• อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ที่ต้องทำความเย็นของชิ้นส่วนภายใน (เช่น ทรานซิสเตอร์ ซีพียู - สารกึ่งตัวนำโดยทั่วไป) มีฮีตซิงก์ที่ทำจากอะลูมิเนียม เนื่องจากผลิตง่าย และนำความร้อนได้ดี ฮีตซิงก์ทองแดงเล็กกว่า แต่แพงกว่าและผลิตยากกว่าด้วย
• อะลูมิเนียมออกไซด์ หรือ อะลูมินา, พบในธรรมชาติในรูปของแร่กะรุน (ทับทิม และนิล), และใช้ในการผลิตกระจก ทับทิมและนิลสังเคราะห์ใช้ในเครื่องเลเซอร์ เพื่อผลิตแสงความถี่เดียว (coherent light)
• อะลูมิเนียมออกซิไดส์ด้วยพลังงานสูง ทำให้ใช้ในเชื้อเพลิงแข็งสำหรับจรวด เธอร์ไมต์ (thermite) และสารประกอบอื่น ๆ สำหรับทำดอกไม้ไฟ

นอกจากนี้ อะลูมิเนียมยังเป็นตัวนำยิ่งยวด ที่อุณหภูมิวิกฤต 1.2 เคลวิน จบ.

แหล่งข้อมูลอื่น

http://www.siamaluminum.org/ เก็บถาวร 2015-05-14 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน เวทีสาธารณะเพื่อการพัฒนาเทคโนโลยีอะลูมิเนียม http://www.aluminum.org/ Aluminum Association สมาคมอะลูมิเนียม ประเทศสหรัฐอเมริกา