அலுமினியம் (Al) - விரைவு திருத்தல் வழிகாட்டி

அறிமுகம்: அலுமினியம் ஏன் முக்கியமானது

அலுமினியம் (Al) பூமியின் மேலோட்டில் மிகவும் அதிக அளவில் காணப்படும் உலோகத் தனிமமாகும் (ஆக்சிஜன் மற்றும் சிலிக்கானுக்குப் பிறகு மூன்றாவது). அதன் குறைந்த அடர்த்தி, அதிக வலிமை-எடை விகிதம் (குறிப்பாக உலோகக் கலவைகளில்), சிறந்த அரிப்பு எதிர்ப்பு (மந்தமாதல் காரணமாக), மற்றும் அதிக மின் மற்றும் வெப்ப கடத்துத்திறன் ஆகியவை விண்வெளி, கட்டுமானம் முதல் பேக்கேஜிங் மற்றும் மின் கடத்துதல் வரையிலான பல பயன்பாடுகளில் இதை இன்றியமையாததாக ஆக்குகின்றன.

CBSE/JEE விரைவு திருத்தல் குறிப்புகள்

• சின்னம்: Al
• அணு எண் (Z): 13
• அணு நிறை: 26.98 g/mol (தோராயமாக 27)
• எலக்ட்ரான் அமைப்பு: [Ne] 3s² 3p¹
• தொகுதி: 13 (போரான் குடும்பம், p-தொகுதி தனிமம்)
• வரிசை: 3
• தொகுதி: p-block
• இணைதிறன்/ஆக்சிஜனேற்ற நிலை: முதன்மையாக +3; குறைவான நிலைப்புத்தன்மை கொண்ட +1 நிலை அதிக வெப்பநிலைகளில் உருவாகலாம்.
• இயல்பு: வெள்ளி-வெள்ளை நிறம், பளபளப்பானது, தகடாக அடிக்கக்கூடிய, கம்பியாக நீட்டக்கூடிய உலோகம்.
• அடர்த்தி: குறைவு (2.7 g/cm³), இது எடை குறைவாக இருக்க காரணமாகிறது.
• உருகுநிலை: 660.3 °C
• கொதிநிலை: 2519 °C
• எலக்ட்ரான் கவர் ஆற்றல் (பாலிங்): 1.61
• முக்கிய பண்பு: ஈரியல்பு தன்மை (அமிலங்கள் மற்றும் காரங்கள் இரண்டோடும் வினைபுரியும்) மற்றும் ஒரு பாதுகாப்புக் ஆக்சைடு அடுக்கை உருவாக்குகிறது (மந்தமாதல்).

எலக்ட்ரான் அமைப்பு மற்றும் பிணைப்பு நடத்தை

• எலக்ட்ரான் அமைப்பு:
  • அடிப்படை நிலை: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹
  • மந்த வாயு அமைப்பு: [Ne] 3s² 3p¹
• இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்: 3 (இரண்டு 3s எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் ஒரு 3p எலக்ட்ரான்).
• ஆக்சிஜனேற்ற நிலை: அலுமினியம் அதன் மூன்று இணைதிறன் எலக்ட்ரான்களை இழப்பதன் மூலம் முதன்மையாக +3 ஆக்சிஜனேற்ற நிலையை உருவாக்குகிறது. இந்த எலக்ட்ரான்களை அகற்ற குறைந்த ஆற்றல் தேவைப்படுவதாலும், Al³⁺ அயனியில் (நியானுடன் ஐசோ எலக்ட்ரானிக்) ஒரு நிலைத்த எண்கோணத்தை உருவாக்குவதாலும் இது நிகழ்கிறது.
• பிணைப்பு:
  • Al³⁺ ஒரு சிறிய, அதிக மின்னூட்டப்பட்ட நேர் அயனியாக இருந்தாலும், அதன் அதிக மின்னூட்ட அடர்த்தி காரணமாக பல சேர்மங்களில் பொதுவாக தூய அயனிப் பிணைப்புகளை உருவாக்குவதில்லை, இது குறிப்பிடத்தக்க சகப் பிணைப்பு பண்புகளுக்கு வழிவகுக்கிறது (எ.கா., AlCl₃ பெரும்பாலும் சகப் பிணைப்பு கொண்டது, வாயு நிலையில் ஒரு இருபகுதியாக, Al₂Cl₆, உள்ளது).
  • இது ஃபுளோரின் போன்ற அதிக எலக்ட்ரான் கவர் ஆற்றல் கொண்ட தனிமங்களுடன் பெரும்பாலும் அயனிப் பிணைப்புகளை உருவாக்குகிறது (எ.கா., AlF₃).
  • நீர்க்கரைசல்களில், Al³⁺ ஒரு நீரேற்றப்பட்ட அயனியாக, பொதுவாக [Al(H₂O)₆]³⁺, காணப்படுகிறது, இது நீராற்பகுப்பு காரணமாக அமிலத்தன்மை கொண்டது.
  • அலுமினிய சேர்மங்கள், குறிப்பாக AlCl₃, ஒரு காலியான p-ஆர்பிட்டால் இருப்பதால் வலுவான லூயிஸ் அமிலங்களாக (எலக்ட்ரான்-ஜோடி ஏற்பிகள்) செயல்படுகின்றன.

முக்கிய வேதி வினைகள்

1. காற்று/ஆக்சிஜனுடன் வினை (மந்தமாதல்): அலுமினியம் வளிமண்டல ஆக்சிஜனுடன் விரைவாக வினைபுரிந்து அலுமினியம் ஆக்சைடின், Al₂O₃, மெல்லிய, கடினமான மற்றும் வெளிப்படையான அடுக்கை உருவாக்குகிறது. இந்த அடுக்கு மேலும் ஆக்சிஜனேற்றத்தைத் தடுப்பதன் மூலம் அலுமினியத்தை அரிப்பை எதிர்க்கும் தன்மையுடையதாக ஆக்குகிறது. 4Al(s) + 3O₂(g) → 2Al₂O₃(s)

2. நீர் (நீராவி) உடன் வினை: பாதுகாப்புக் ஆக்சைடு அடுக்கு காரணமாக அலுமினியம் குளிர்ந்த அல்லது கொதிக்கும் நீருடன் வினைபுரிவதில்லை. இருப்பினும், இது அதிக வெப்பநிலையில் நீராவிடன் வினைபுரிகிறது. 2Al(s) + 6H₂O(g) → 2Al(OH)₃(s) + 3H₂(g) (மாற்றாக, மிக அதிக வெப்பநிலையில், இது Al₂O₃ ஐ உருவாக்கலாம்): 2Al(s) + 3H₂O(g) → Al₂O₃(s) + 3H₂(g)

3. அமிலங்களுடன் வினை (ஈரியல்பு தன்மை):

   • நீர்த்த ஆக்சிஜனேற்றமற்ற அமிலங்களுடன் (எ.கா., HCl, H₂SO₄): 2Al(s) + 6HCl(aq) → 2AlCl₃(aq) + 3H₂(g) 2Al(s) + 3H₂SO₄(aq) → Al₂(SO₄)₃(aq) + 3H₂(g)
   • செறிவூட்டப்பட்ட நைட்ரிக் அமிலத்துடன் (HNO₃): செறிவூட்டப்பட்ட HNO₃ உடன் அலுமினியம் மந்தமாகிறது, ஏனெனில் ஒரு ஊடுருவ முடியாத ஆக்சைடு அடுக்கு உருவாகிறது, இது மேலும் வினையைத் தடுக்கிறது. இதனால்தான் Al கொள்கலன்கள் செறிவூட்டப்பட்ட HNO₃ ஐ கொண்டு செல்ல பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

4. காரங்களுடன் வினை (ஈரியல்பு தன்மை): அலுமினியம் வலுவான காரங்களுடன் (NaOH போன்றவை) வினைபுரிந்து அலுமினேட்டுகளை உருவாக்கி, ஹைட்ரஜன் வாயுவை வெளியிடுகிறது. 2Al(s) + 2NaOH(aq) + 6H₂O(l) → 2Na[Al(OH)₄](aq) + 3H₂(g) (சோடியம் டெட்ராஹைட்ராக்ஸோஅலுமினேட்(III) அல்லது சோடியம் அலுமினேட்) (பெரும்பாலும் எளிமைப்படுத்தப்பட்டது): 2Al(s) + 2NaOH(aq) + 2H₂O(l) → 2NaAlO₂(aq) + 3H₂(g)

5. தெர்மைட் வினை: அலுமினியம் ஒரு வலுவான ஒடுக்கும் காரணி ஆகும். இது குறைந்த வினைத்திறன் கொண்ட உலோகங்களின் ஆக்சைடுகளை (இரும்பு ஆக்சைடு போன்றவை) அதிக வெப்பநிலையில் ஒடுக்குகிறது. இந்த அதிக வெப்ப உமிழ்வு வினை வெல்டிங்கில் (எ.கா., ரயில்வே தண்டவாளங்கள்) பயன்படுத்தப்படுகிறது. 2Al(s) + Fe₂O₃(s) → Al₂O₃(s) + 2Fe(l) + Heat

6. ஹேலைடுகள் உருவாக்கம் (எ.கா., அலுமினியம் குளோரைடு): நீரற்ற அலுமினியம் குளோரைடு (AlCl₃) ஒரு முக்கியமான லூயிஸ் அமிலம். 2Al(s) + 3Cl₂(g) → 2AlCl₃(s)

தொழில்துறை மற்றும் உயிரியல் முக்கியத்துவம்

தொழில்துறை முக்கியத்துவம்

1. உலோகவியல்: அலுமினியம் முதன்மையாக அதன் தாதுவான பாக்சைட்டிலிருந்து (Al₂O₃.nH₂O), ஹால்-ஹெரூல்ட் செயல்முறை மூலம் பிரித்தெடுக்கப்படுகிறது. இது பேயர் செயல்முறை வழியாக பாக்சைட்டை அலுமினா (தூய Al₂O₃) ஆக சுத்திகரிப்பதையும், பின்னர் உருகிய கிரையோலைட்டில் (Na₃AlF₆) கரைக்கப்பட்ட அலுமினாவை தோராயமாக 950°C இல் மின்னாற்பகுப்பு ஒடுக்கம் செய்வதையும் உள்ளடக்கியது.
2. உலோகக் கலவைகள்: அலுமினியம் அதன் தூய வடிவில் அரிதாகவே பயன்படுத்தப்படுகிறது. அதன் உலோகக் கலவைகள் (எ.கா., டியூராலுமின் - Al, Cu, Mg, Mn; மாக்னேலியம் - Al, Mg) அவற்றின் குறைந்த அடர்த்தி மற்றும் அதிக வலிமை காரணமாக விமான, வாகன, கடல்சார் மற்றும் கட்டுமானத் தொழில்களில் இன்றியமையாதவை.
3. கட்டுமானம்: சாளர சட்டங்கள், கூரை, கட்டிடக்கலை கூறுகள் மற்றும் கட்டமைப்பு கூறுகள் ஆகியவற்றில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
4. பேக்கேஜிங்: அலுமினியத் தாள்கள் மற்றும் டப்பாக்கள் அவற்றின் எடை குறைவான, நச்சுத்தன்மையற்ற மற்றும் அரிப்பு-எதிர்ப்பு பண்புகள் காரணமாக உணவு மற்றும் பானப் பொதிதலுக்கு விரிவாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
5. மின்சாரத் தொழில்: அதிக மின்னழுத்த கடத்து கம்பிகளில் மின் கடத்திகளாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, ஏனெனில் அதன் நல்ல கடத்துத்திறன் மற்றும் தாமிரத்துடன் ஒப்பிடுகையில் குறைந்த விலை/எடை.
6. கடினமான பொருட்கள்: Al₂O₃ (அலுமினா) அதிக கடினத்தன்மை கொண்டது மற்றும் உலைகள், கொள்கலன்கள் மற்றும் மட்பாண்டங்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
7. அரிக்கும் பொருட்கள்: குருந்தம் (படிக Al₂O₃) மிகவும் கடினமானது மற்றும் ஒரு அரிக்கும் பொருளாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
8. வினைவேகமாற்றம்: அலுமினிய சேர்மங்கள், குறிப்பாக நீரற்ற AlCl₃, ஃபிரைடல்-கிராஃப்ட்ஸ் ஆல்கைலேஷன் மற்றும் அசைலேஷன் போன்ற கரிம வினைகளில் லூயிஸ் அமில வினைவேகமாற்றிகளாகப் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

உயிரியல் முக்கியத்துவம்

1. அத்தியாவசியமற்ற தனிமம்: அலுமினியம் மனிதர்கள், விலங்குகள் அல்லது தாவரங்களுக்கு அத்தியாவசியமான சுவடு தனிமமாக கருதப்படுவதில்லை.
2. நச்சுத்தன்மை: அதிக செறிவுகளில், அலுமினியம் நச்சுத்தன்மை வாய்ந்ததாக இருக்கலாம்.
   • நரம்பியல் விளைவுகள்: அல்சைமர் போன்ற நரம்பு மண்டலச் சிதைவு நோய்களுடன் தொடர்பு இருப்பதாக சந்தேகிக்கப்படுகிறது (ஆராய்ச்சி நடந்து கொண்டிருக்கிறது மற்றும் சிக்கலானது என்றாலும்).
   • எலும்பு கோளாறுகள்: குவிதல் எலும்பு கனிமமயமாக்கலைத் தடுக்கலாம்.
   • சிறுநீரக பிரச்சனைகள்: சிறுநீரக செயல்பாடு பாதிக்கப்பட்ட நபர்களில் குவியலாம்.
3. மருத்துவப் பயன்பாடு: அலுமினியம் ஹைட்ராக்சைடு, Al(OH)₃, அமில எதிர்ப்பிகளில் ஒரு பொதுவான செயல்படும் மூலப்பொருள் ஆகும், அங்கு அது வயிற்று அமிலத்தை நடுநிலையாக்குகிறது. இது சில தடுப்பூசிகளில் துணைப்பொருளாகவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.