فيديو السؤال: مميزات الألومنيوم مقارنة بالصلب في صناعة أجزاء المركبات الكيمياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

تصنع أجزاء المركبات أحيانًا من الألومنيوم بدلًا من الصلب لتقليل احتمالية تعرضها للتأكسد. لماذا يكون الألومنيوم أقل عرضة للتأكسد من الصلب؟ الألومنيوم أقل تفاعلًا من الصلب. يرتبط الألومنيوم بالماء ارتباطًا أضعف من الصلب. الألومنيوم محمي بطبقة كربونات غير متفاعلة. الألومنيوم أقل عرضة للتشقق من الصلب. الألومنيوم محمي بطبقة أكسيد غير متفاعلة.

في البداية، دعونا نراجع ما نعرفه عن تأكسد المعادن. لنتخيل أننا نصنع أحد أجزاء مركبة من معدن ما، ونتركه مكشوفًا للهواء والرطوبة. فما الذي سيحدث للمعدن؟ تدريجيًّا، سيبدأ السطح المكشوف للهواء، الذي يحتوي على الرطوبة، في التأكسد. وإذا كان المعدن هو الحديد، فيعرف ذلك بالصدأ ويتحول المعدن إلى اللون الأحمر الخاص بأكسيد الحديد. وتستمر هذه العملية تدريجيًّا مع مرور الوقت. فيتآكل المزيد والمزيد من المعدن. ومع تأكسد المزيد من المعدن، يمكن أن يصبح هذا الجزء من المركبة هشًّا، وقد ينهار.

يطلب منا هذا السؤال مقارنة تأكسد الألومنيوم بتأكسد الصلب. عرفنا بالفعل من السؤال أن الألومنيوم أقل عرضة للتأكسد من الصلب. لكن ما نحتاج إلى تحديده هو السبب في ذلك. إن كون الألومنيوم أقل عرضة للتأكسد يعني أن أجزاء المركبة المصنوعة منه ستدوم لفترة أطول، وهذا بالتأكيد أمر جيد. لدينا خمس إجابات محتملة. ومن المنطقي مراجعة كل إجابة أولًا لمعرفة إذا ما كان السبب الوارد فيها سيجعل الألومنيوم أقل عرضة للتأكسد. بعد ذلك، يمكننا تحديد إذا ما كانت العبارة صحيحة بالنسبة إلى الألومنيوم.

لنبدأ بالإجابة الأولى. الألومنيوم أقل تفاعلًا من الصلب. إذا كانت هذه العبارة صحيحة، فكون الألومنيوم أقل تفاعلًا سيجعله بالتأكيد أقل عرضة للتأكسد. إذن ربما تكون هذه إجابة صحيحة. دعونا نلق نظرة على الإجابة التالية. يرتبط الألومنيوم بالماء ارتباطًا أضعف من الصلب. لكي يحدث التأكسد، يجب أن يكون المعدن مكشوفًا لكل من الهواء والرطوبة على مدى فترة طويلة من الزمن.

ليس من المعروف في الواقع عن المعادن قدرتها على الارتباط بجزيئات الماء. وإنما تفاعل ذرات المعدن على السطح مع كل من الرطوبة والأكسجين الموجودين في الهواء هو الذي يسبب هذا التأكسد. لذلك، فإن الارتباط بالماء لا يشكل في الواقع جزءًا مهمًّا من عملية التأكسد. ومن ثم، إذا كان الألومنيوم يرتبط بالماء ارتباطًا أضعف من الصلب، فهذا ليس مفيدًا في تحديد إذا ما كان أكثر أو أقل عرضة للتأكسد. إذن هذه الإجابة ليست صحيحة.

دعونا ننتقل إلى الإجابة التالية. الألومنيوم محمي بطبقة كربونات غير متفاعلة. إذا كانت هذه العبارة صحيحة، فإن كون الألومنيوم محميًّا بطبقة من شيء ما غير متفاعل سيحميه بالفعل من التأكسد، ما يجعله أقل عرضة لعملية التأكسد. ومن ثم فهذا مفيد. في الواقع، تتعلق آخر إجابة مقترحة أيضًا بكون الألومنيوم محميًّا بطبقة غير متفاعلة، ولكنها هذه المرة طبقة أكسيد. ومجددًا، إذا كان ذلك صحيحًا، فسيكون ذلك مفيدًا بالفعل في حمايته من التأكسد.

لنرجع إلى الإجابة الرابعة، وهي: الألومنيوم أقل عرضة للتشقق من الصلب. نعلم أن التأكسد يتطلب أن تكون مساحة سطح المعدن مكشوفة لكل من الرطوبة والهواء. لذلك سواء كان المعدن أكثر أو أقل عرضة للتشقق لا يجعله في الواقع أكثر أو أقل عرضة للتأكسد. إذن، يمكننا استبعاد هذه الإجابة.

الآن نحتاج فقط إلى إلقاء نظرة على الإجابات الثلاث المحتملة التي تبقت لدينا ومعرفة أيها صحيح وأيها ليس كذلك. لنبدأ بعبارة «الألومنيوم أقل تفاعلًا من الصلب». إذا نظرت إلى سلسلة النشاط الكيميائي، فستلاحظ أن ترتيب الألومنيوم أعلى في هذه السلسلة، ما يعني أنه أكثر تفاعلية من الحديد الذي يعد المكون الرئيسي للصلب. والألومنيوم في الحقيقة شديد التفاعلية. إذن هذه الإجابة غير صحيحة.

في الواقع، الألومنيوم شديد التفاعلية لدرجة أنه يكون دائمًا مغطى بطبقة واقية، وهذا يأخذنا إلى آخر إجابتين محتملتين اللتين تذكر إحداهما أنه مغطى بطبقة أكسيد غير متفاعلة والأخرى أنه مغطى بطبقة كربونات غير متفاعلة. إذا فكرنا في ذلك تفكيرًا منطقيًّا، فسيمكننا معرفة أي إجابة هي الإجابة الصحيحة. عندما يكون سطح الألومنيوم النقي مكشوفًا للهواء، يتفاعل ويكون هذه الطبقة غير المتفاعلة. لكن فكر، ما الذي يتفاعل معه؟

من المرجح أنه يتفاعل مع الأكسجين الموجود في الهواء، منتجًا طبقة أكسيد غير متفاعلة. وطبقة الأكسيد هذه هي ‪Al₂O₃‬‏ أو أكسيد الألومنيوم. وتحمي هذه الطبقة الألومنيوم الموجود أسفلها من أي تأكسد آخر. ومن ثم، فإن السبب في كون الألومنيوم أقل عرضة للتأكسد من الصلب هو أنه محمي بطبقة من أكسيد الألومنيوم غير المتفاعلة.

أي من الآتي يعد ميزة أخرى لاستخدام الألومنيوم بدلًا من الصلب في صناعة أجزاء المركبات؟ الألومنيوم أكثر متانة من الصلب؛ ولذا فإنه أقل عرضة للتشوه. الألومنيوم أقل كثافة من الصلب. الألومنيوم أعلى صلادة من الصلب؛ ولذا فإنه أقل عرضة للخدش. درجة انصهار الألومنيوم أعلى من الصلب. الألومنيوم أقل تكلفة من الصلب.

دعونا نستخدم نفس الأسلوب الذي اتبعناه في السؤال السابق. سنحدد إذا ما كانت كل إجابة يمكن أن تكون ميزة لاستخدام الألومنيوم، ثم نتدبر أي منها ينطبق عليه. أول إجابة مقترحة هي أن الألومنيوم أكثر متانة من الصلب، ولذا فإنه أقل عرضة للتشوه. عند التفكير في استخدام معدن ما لتصنيع أجزاء المركبات، من المهم أن تكون هذه المادة متينة ولا تتشوه عند استخدام المركبة. لذلك، فإن هذا الاقتراح قد يكون مفيدًا.

الإجابة التالية هي أن الألومنيوم أقل كثافة من الصلب. إذا صنعت نفس الجزء من المركبة من معدنين مختلفين، فالمعدن الأقل كثافة سيكون الأقل وزنًا. ومن ثم، سيكون الجزء أخف وزنًا. إذا كان الألومنيوم أقل كثافة من الصلب، فصنع أحد الأجزاء من الألومنيوم يعني أنه سيكون أقل وزنًا. سيكون أخف. وهذا يعني أن المركبة سيمكنها على الأرجح السير بشكل أسرع لأنها لا تحمل الكثير من الوزن. لذا، فهذا قد يكون مفيدًا جدًّا.

الإجابة التالية هي أن الألومنيوم أعلى صلادة من الصلب، ولذا فإنه أقل عرضة للخدش. قد لا يكون ذلك مفيدًا مثل الميزة المذكورة في العبارة الأولى. فثمة فائدة بسيطة في أن يكون الألومنيوم أعلى صلادة من الصلب. فخدش أحد أجزاء المركبة ليس بنفس أهمية خدش طلائها مثلًا. سنضع أمام هذه الإجابة علامة صواب صغيرة في عمود الإجابات المفيدة لأنها لا تفيد كثيرًا إذا كانت صحيحة.

الإجابة التالية هي أن درجة انصهار الألومنيوم أعلى من الصلب. من المستبعد أن تتعرض السيارات إلى درجات حرارة عالية جدًّا. ربما تصل الأجزاء الداخلية لمحرك السيارة مثلًا إلى درجات حرارة معقولة. لكن من المستبعد أن تكون عالية بما يكفي لانصهار معدن مثل الألومنيوم أو الصلب. لذا مجددًا، سنضع علامة صواب صغيرة جدًّا أمام هذه الإجابة لأنها لا تفيد كثيرًا. وأخيرًا، الألومنيوم أقل تكلفة من الصلب. إذا كانت هذه العبارة صحيحة، فهذه بالطبع ميزة كبيرة.

الآن دعونا نحلل كل إجابة مجددًا ونفكر فيما إذا كانت تنطبق على الألومنيوم أو لا. أولًا، سنفكر فيما إذا كان الألومنيوم أكثر متانة من الصلب. بالطبع، هناك العديد من الأنواع المختلفة من الصلب، ولكنه يصنع بشكل أساسي من الحديد مع إضافة بعض المكونات الأخرى. لكن بوجه عام، جميع أشكال الصلب أكثر متانة بكثير من الألومنيوم. يمكنك التحقق من ذلك من خلال البحث عن مقاومة الشد لكل من الألومنيوم والصلب. لذا، فهذه الإجابة الأولى ليست صحيحة. وبالمثل، لا يمكن أن يكون الألومنيوم أعلى صلادة من الصلب، وهي الإجابة الثالثة. يمكننا إذن استبعادها أيضًا.

الإجابة التالية تتعلق بكثافة الألومنيوم مقابل كثافة الصلب. يمكننا أن نبحث عن قيم كثافة كل من هذين المعدنين. وسنرى أن الصلب أكثر كثافة بكثير من الألومنيوم. هذا يجعل هذه الإجابة صحيحة. الألومنيوم أقل كثافة من الصلب، ما يجعله مفيدًا في صنع أجزاء المركبات؛ لأنه عند صنعها منه تكون أخف بكثير. هذه إذن إجابة صحيحة محتملة.

إذا نظرنا إلى درجات انصهار كل من الصلب والألومنيوم، فسنرى أن درجة انصهار الألومنيوم أقل بكثير من الصلب. لذلك، فإن هذه العبارة ليست صحيحة. وبذلك نأتي إلى الإجابة الأخيرة المحتملة. الألومنيوم أقل تكلفة من الصلب. الألومنيوم في الواقع أكثر تكلفة بكثير من الصلب؛ إذ تصل تكلفته ثلاثة أضعاف الصلب. لذلك، فهذه ليست الإجابة الصحيحة.

إذن الميزة الأخرى لاستخدام الألومنيوم بدلًا من الصلب في صناعة أجزاء المركبات هي أن الألومنيوم أقل كثافة من الصلب. هذه هي الإجابة النهائية.