Alüminyum

0

Alüminyum oldukça reaktif bir metal, yani diğer elementler ve bileşiklerle kolayca kimyasal tepkimeye girerek farklı maddeler oluşturabiliyor. Sonuç olarak, Dünya‘da doğal olarak oluşan alüminyum atomlarının neredeyse tamamı, 270’ten fazla farklı mineralin moleküllerinde sıkışmış durumda. Bu mineraller arasında zümrüt ve yakut gibi değerli taşlar da var. Yani alüminyum, Dünya’nın kabuğunun %8,2’sini oluşturmasına ve Dünya‘daki en yaygın metal ve üçüncü en yaygın element (oksijen ve silisyumun ardından) olmasına rağmen, kimyasal düzeyde araştırma yapmadan onu bulamıyoruz.

1700’lü yılların ortalarında kimyagerler, bol bulunan “şap” adlı kimyasal bileşikler üzerinde deneyler yapmaya başladı. Potasyum alüminyum sülfat gibi şap bileşikleri iyi biliniyordu. Antik Yunanlar ve Romalılar bile yaraları kapatmak için kanama durdurucu olarak ve boyayı kumaşa bağlamak için mordan olarak şap kullanıyordu. Şap üzerinde yapılan ilk incelemeler, bileşiğin içinde bilinmeyen bir metal olduğunu gösteriyordu.

Ancak 18. yüzyıl kimyagerleri, bu gizemli elementi bileşikteki diğer atomlardan ayırmanın yolunu bulamadılar. 1825’te Danimarkalı kimyager Hans Christian Ørsted, sonunda o elementi çıkarabilecek bir kimyasal tepkime tasarladı ama tasarladığı süreçle çok küçük miktarlar elde edilebiliyordu. Bu da kapsamlı deneyler yapmayı zorlaştırıyordu. Ørsted’in keşfinden sonra Alman kimyager Friedrich Wöhler daha etkili bir süreç geliştirdi ve 1845’te, temel özelliklerini anlamaya yetecek kadar alüminyum üretmeyi başardı. Ama Wöhler’in bulduğu yöntem de geniş ölçekli üretim için hâlâ çok zahmetli ve yavaştı.

1854’te Fransız kimyager Henri Étienne Sainte-Claire Deville, süreci daha da geliştirerek alüminyum fiyatını kilogram başına 1.200 dolardan 40 dolara düşürdü. Bu çok büyük bir düşüş olmasına rağmen fiyat hâlâ yüksekti. Ama 1880’lerde iki önemli teknolojik gelişme sayesinde her şey değişti. 1886’da Amerikalı kimyager Charles Martin Hall ve Fransız kimyager Paul L. T. Héroult, birbirlerinden habersiz olarak alüminyum oksitten alüminyum elde eden bir süreç geliştirdiler. Hall-Héroult süreci elektrolize dayanıyor. Elektroliz, elektrik akımı kullanarak kimyasal bileşikleri parçalayıp elementlere ayırmanın bir yolu. Elektrolizin temelinde, elektriği sıvı veya erimiş madde aracılığıyla pozitif bir uçtan (anot) negatif bir uca (katot) iletmek yatıyor. Uçlar yüklü atomları (iyonları) çekiyor ve itiyor. Pozitif yüklü anot, negatif iyonları çekip pozitif iyonları itiyor. Katot ise bunun tam tersi.

Bilim insanları 1800ʻlerden beri elektroliz yoluyla alüminyum üretmeye çalışıyor ama başaramıyorlardı. Hall ve Héroult’nun buluşu, ilk olarak alüminyum oksidi erimiş kriyolit (sodyum alüminyum florür) içinde çözündürmekti. Bu malzemeye elektrik akımı uygulandığı zaman, pozitif alüminyum iyonları katoda çekiliyordu. Katot genellikle grafit kaplı demir bir kap oluyordu.

1888’de ise Avusturyalı kimyager Karl Josef Bayer, boksit cevherinden alüminyum oksit çıkarmanın bir yolunu buldu. Boksit, doğal olarak oluşan ve Dünya yüzeyinin hemen altındaki tabakalarda bol miktarda bulunan bir cevher. Jeologlar, boksit bulunması muhtemel bölgelerde sondaj yapıp çekirdek örneği alıyor; boksit bulununca üstündeki tabaka buldozerlerle temizleniyor. Günümüzde boksit madenciliğinin lideri olan Avustralya, toplam boksitin üçte birini üretiyor.

Bayer süreci ve daha uygun maliyetli Hall- Héroult süreci halen kullanılıyor. “Alüminyum Çağı”nı başlatan da bu süreçler oldu. Alüminyum metalinin özellikleri onu anında popüler hale getirdi. Alüminyum hafif (çeliğin ağırlığının yaklaşık üçte biri) olmasına rağmen sağlam. Aynı zamanda çok sünek, yani tel gibi uzatılabiliyor veya düz bir levha haline getirilebiliyor. Ayrıca dövülgen, yani dövülerek her şekle sokulması kolay.

Bunlara olağanüstü ısı ve elektrik iletimi de eklenince inanılmaz derecede çok yönlü bir metale sahip oluyorsunuz. Ancak alüminyumun belki de en önemli özelliği korozyona dayanıklı olması. Demir gibi, alüminyum da havadaki oksijenle hemen tepkimeye giriyor ama oksidasyon tepkimesinin sonucu çok farklı. Oksijenle demir tepkimeye girince pul pul bir pas tabakası oluşuyor, bu tabaka dökülünce demirin daha alt tabakası açığa çıkıyor, sonra o tabaka da oksitlenip daha çok pas oluşuyor. Oysa alüminyum oksijenle karşılaştığında yaşanan oksidasyon tepkimesi, son derece sert ve şeffaf bir oksit bileşiği üretiyor. Bu bileşik, alüminyumu oksijenden ve diğer elementlerden koruyan bir kalkanla kaplıyor. Üstelik bu koruyucu tabaka hasar görürse çok hızlı bir şekilde yenilenerek kalkanı yeniden oluşturuyor.

Aslında alüminyum ürünlerinin çoğu alaşımlarından (iki metalin birleşimi) yapılıyor. Bu kombinasyonlar belirli özellikleri güçlendiriyor. Örneğin, alüminyum-bakır alaşımı mukavemeti artırırken, alüminyum-manganez alaşımıysa korozyon direncini artırıyor. Çeşitli üretim süreçleriyle alüminyumu çok çeşitli ürünlere dönüştürebilirsiniz. Alüminyumu kalıba döküp soğumaya bırakarak istediğiniz şekle sokabilirsiniz. 0,15 mm inceliğinde, dövülebilir tabakalar oluşturabilirsiniz. Tavlayarak aşırı sağlam hale getirebilirsiniz. Makineyle işleyerek (keserek) vida, civata gibi hırdavat ürünleri üretebilirsiniz. Son olarak, onu bir pres kalıbına sokarak ince bir tel halinde dışarı çıkmasını sağlayabilirsiniz.

Alüminyumun çok önemli bir özelliği daha var: geri dönüşüm. Alüminyumdan yapılma kutular geri dönüştürülerek, sıfırdan üretim maliyetinin %30’u kadar maliyetle yeni kutular yapılabiliyor. Eski kutular parçalanıp fırında eritiliyor, külçe denilen dikdörtgen bloklar haline getiriliyor, sonra bu külçeler ezilerek ince tabakalar halinde açılıyor ve bu tabakalar kesilerek yeni kutular yapılıyor. Tüm bu süreç 60 günde tamamlanıyor. Eski otomobil parçaları da benzer bir süreçten geçirilebiliyor. Geri dönüşüm sayesinde, şimdiye kadar üretilen alüminyumun üçte ikisi bugün hâlâ kullanılıyor.

Kaynak: How It Works

Cevap bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.