Алюминий прочно вошёл в нашу жизнь: каждому с детства знакомы алюминиевая фольга, посуда, проволока.

Изделия из алюминия. 

А ведь когда-то изделия из алюми­ния считались роскошью. Например, в 1852 г. килограмм металла стоил 1200 долларов — дороже золота! По­чему же со временем цена на алюми­ний так упала? Ответ прост: алюминий широко распространён в земной ко­ре (8%), уступая в этом лишь кислоро­ду и кремнию. «Достаточно указать на то, что он входит в состав глины, чтоб ясно было всеобщее распро­странение алюминия в коре земной. «...Алюминий, или металл квасцов (alumen), потому и называется иначе глинием, что находится в глине», — писал Д. И. Менделеев. Белая глина, или као­лин Аl₂О₃•2SiO₂•2Н₂О, рождается при выветривании алюмосилика­тов, например полевого шпата орто­клаза К₂О•Аl₂О₃•6SiO₂, слюды К₂О•3Аl₂О₃•6SiO₂•2Н₂О, нефелина (Na, К)₂О•Аl₂О₃•2SiO₂. Одновременно с глиной при этом образуются кварце­вый песок SiO₂, бокситы Аl₂О₃•2Н₂О и корунд Аl₂О₃. Окрашенные кристаллы корунда — это широко известные драгоценные камни рубин и сапфир. Наименование самого металла происходит от латинского названия квасцов (alumen — «горькая соль») KAl(SO₄)₂•12Н₂О. Издревле квасцы использовались в качестве протравы

при крашении тканей; об этом упо­минает ещё греческий историк Геро­дот. В 1754 г. немецкий химик Андреас Cuгизмунд Маргграф, действуя на раствор квасцов щёлочью, получил осадок гидратированного оксида алюминия, названный им квасцовой землёй. Позднее эту землю стали име­новать алюминон (alumina) или гли­нозёмом. Выделить из глинозёма металл с помощью электролиза безус­пешно пытался Г. Дэви: вещество прак­тически не растворялось в воде. Уда­ча улыбнулась датскому физику Хансу Кристиану Эрстеду (1777—1851): в 1825 г. путём нагревания безводного хлорида алюминия с амальгамой ка­лия он впервые получил алюминий. Хлорид алюминия учёный синтезиро­вал, пропуская хлор над нагретой смесью корунда с сажей: Аl₂О₃+3С+3Сl₂=2АlСl₃+3СО.

Икосаэдр В₁₂ — фрагмент кристаллической структуры бора.

Если смешать горячие концентрированные растворы сульфатов алюминия и калия, а полученный раствор охладить, то из него начнут кристаллизоваться квасцы — двойной сульфат калия и алюминия 2KAl(SO₄)₂•12Н₂О. С ростом температуры их растворимость в воде существенно возрастает (5,9 г на 100 г воды при 20 °С, 109 г — при 90 °С в пересчёте на безводную соль). При хранении на воздухе квасцы выветриваются. При температуре 92,5 °С квасцы плавятся в своей кристаллизационной воде, а при нагревании до 120 °С обезвоживаются, переходя в жжёные квасцы, которые разлагаются лишь при температуре выше 700 °С. Молекулы воды, входящие в состав квасцов, связаны химической связью с ионами калия и алюминия, поэтому формулу квасцов правильнее записывать в виде комплексной соли [K(H₂O)₆][Al(H₂O)₆](SO₄)₂.

   

 

Если в пробирку из термостойкого стекла поместить несколько миллилитров брома и аккуратно опустить в него кусочек алюминиевой фольги, то через некоторое время (необходимое для того, чтобы бром проник через оксидную плёнку) начнётся бурная реакция. От выделяющегося тепла алюминий плавится и в виде маленького огненного шарика катается по поверхности брома (плотность жидкого алюминия меньше плотности брома), быстро уменьшаясь в размерах. Пробирка наполняется парами брома и белым дымом, состоящим из мельчайших кристаллов бромида алюминия: 2Al+3Вr₂=2AlВr₃.

 

 

Два года спустя данный метод усо­вершенствовал немецкий химик Фридрих Вёлер, заменив амальгаму калия на чистый калий: АlСl₃+3К=3КСl+Аl. Этого исследователя обыч­но и считают первооткрывателем алю­миния, так как именно он исследовал свойства нового металла. Способ, раз­работанный Вёлером, лёг в основу промышленного производства алюми­ния, с той лишь разницей, что вместо довольно опасного и дорогого калия стали использовать более дешёвый натрий (процесс, предложенный французским химиком Анри Сент

Клер Девилем в 1854 г.). Это позволи­ло к 1856 г. снизить цену на металл до 75 долларов за килограмм.

В 1855 г. большой слиток «сереб­ра из глины» (так назвали алюминий) был представлен на Всемирной вы­ставке в Париже. Новое падение це­ны на этот металл связано с внедре­нием электролитического метода, разработанного французским инже­нером Полем Эру (1863—1914) и американским инженером Чарлзом Мартином Холлом в 1886 г. Согласно этому методу, используемому и в на­стоящее время, расплаву подверга­ют не сам Al₂О₃ (t_пл=2045 °С), а его раствор в расплавленном криолите Na₃AlF₆. Процесс проводят в электри­ческих печах при температуре около 960 °С. В промышленных электроли­зёрах используют электроды, сделан­ные из графита.



Кислород, выделяющийся на аноде в процессе электролиза, вступает в ре­акцию с графитом (2С+О₂=2СО). Расплавленный металл, собирающий­ся на дне электролизёра, периодиче­ски выпускают.

Чистый алюминий — лёгкий сере­бристо-белый металл (t_пл=660 °С, t_кип=2467 °С), характеризующийся высокой пластичностью, тепло- и электропро­водностью. При 100—150 °С алюми­ний настолько пластичен, что из не­го удаётся получить фольгу толщиной менее 0,01 мм. Алюминиевая фольга применяется в производстве конден­саторов и как обёрточный материал. Алюминиевые провода намного легче медных, что компенсирует меньшую электропроводность алюминия. Одна­ко под действием тока места соедине­ния таких проводов сильно нагрева­ются, провода подплавляются, из-за этого нередко случаются короткие замыкания и пожары.

Сплавы на основе алюминия (на­пример, дуралюмин — 94% Аl, 4% Cu, 0,5% Mg, 0,5% Mn, 0,5% Fe и 0,5% Si) сочетают лёгкость с высокой прочно­стью. Они используются в машино­строении, авиационной промышлен­ности.

Помимо лёгкости алюминий име­ет ещё одно преимущество перед же­лезом — он не ржавеет. Это объясня­ется тем, что алюминий надёжно защищён с поверхности тончайшей плёнкой оксида, которая предохраня­ет металл от дальнейшего окисления.

В прочности такой плёнки нетрудно убедиться на опыте. Внесите в пламя кусок алюминиевой фольги, и вскоре он раскалится докрасна. Вы увидите, что металл плавится, но при этом не стекает, а удерживается тончай­шей, едва заметной плёнкой оксида, покрывающей его со всех сторон.

Мелко раздробленный металл — алюминиевая пудра (она служит ос­новой для серебряной краски) -при накаливании на воздухе сгорает ослепительно белым пламенем, вы­брасывая целый сноп искр.

Алюминий — химически актив­ный металл. Он взаимодействует с га­логенами (образуя тригалогениды), при нагревании — с серой (образуя Al₂S₃), а в раскалённом состоянии — с азотом и углеродом.

Алюминий энергично реагирует с разбавленными растворами кислот, однако инертен по отношению к кон­центрированным кислотам-окисли­телям — серной и азотной. Алюминий способен растворяться также в раство­рах щелочей: 2Аl+2NaOH+6Н₂О= 2Na[Al(OH)₄]+3H₂­.

Оседающие хлопья Аl(ОН)₃ увлекают с собой из воды различные примеси. Двойной сульфат калия и алюминия (квасцы), как и прежде, используется для протравы при окраске тканей, а также для дубления кож, проклейки бу­маги, в медицине (вяжущее средство). Особо стоит отметить применение алюминия в металлотермии (алюмотермии) — процессе восстановления металлов из их оксидов.