В 1880 г. в колледж маленького амери­канского городка Оберлин близ Клив­ленда (штат Огайо) поступил Чарлз Мартин Холл (1863—1914). В том же го­лу профессором химии и минералогии этого колледжа стал 36-летний Фрэнк Фаннинг Джуэтт. Встреча первокурсни­ка и преподавателя оказалась решающей в истории алюминия. Джуэтт ранее ста­жировался в Германии, работал у знаме­нитого химика-органика Фридриха Вёлера, обсуждал с ним проблемы получения алюминия. С собой в Америку Джуэтт привёз и образец редкого металла.

Холл увлёкся химией ещё в детстве. Он нашёл старый учебник химии своего отца и усердно штудировал его, ставил опыты. Однажды мать даже устроила ему нагоняй за порчу обеденной ска­терти после самодельного фейерверка. А спустя десять лет Холл стал первым человеком, получившим алюминий электролизом. Впоследствии Джуэтт описал, как это произошло:

«Моим самым важным открытием было открытие человека. В 1880 году я обратил внимание на мальчика лет шестнадцати. Он регулярно заходил в химическую лабораторию, чтобы ку­пить на несколько центов стеклянные трубки, пробирки и тому подобное. Я ничего не знал об этом мальчике, но подумал, что когда-нибудь его имя ста­нет известным: ведь он уже проводит опыты, когда другие думают только об играх и развлечениях. Это был Чарлз М. Холл, который в возрасте 21 года от­крыл способ восстановления алюминия из руды и таким образом сделал алюми­ний тем замечательным металлом, ко­торым теперь широко пользуются во всём мире...».

Во многих популярных книгах по химии приводится легенда о том, что некий мастер, имя которого история не со­хранила, принёс римскому императору Тиберию (14—27 гг. н. э.) чашу из ме­талла, напоминающего серебро, но бо­лее лёгкого. Подарок стоил жизни изо­бретателю: Тиберий приказал казнить его, а мастерскую уничтожить, по­скольку боялся, что новый металл мо­жет обесценить серебро император­ской сокровищницы.

Эта легенда основана на рассказе Плиния Старшего, приведённом в «Естественной истории». Согласно Плинию, похожий на серебро металл был получен из «глинистой земли». Глинозём — это гидратированный оксид алюминия Аl₂О₃•nН₂О, а бе­лая глина (каолин) — алюмосиликат:

Al₂O₃•2SiO₂•2Н₂O.

Алюминий  называют металлом XX века. Когда его открыли в 1825 г., он стоил в 1500 раз дороже железа (сейчас — втрое). Лаже 30 лет спустя на его слиток, демонстрировавшийся на Всемирной выставке в Париже, смотрели как на драгоценность. И это неудивительно: для восстановления алюминия из его руд необходимо за­тратить очень большое количество энергии.

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.

При сплавлении оксида алюминия с порошками основных оксидов (например, магния, кальция, кобальта) образуются вещества, ко­торые долгое время рассматривали как соли «алюминиевой кис­лоты» HAlO₂ или метаформы гидроксида алюминия AlOOH. Ис­следование структуры этих соединений показало, что многие из них представляют собой сложные оксиды, в кристаллической решётке которых катионы двух металлов находятся в пустотах между ионами кислорода. Такое строение, в частности, имеет тенарова синь, об­разующаяся при прокаливании оксида алюминия с оксидом кобальта (II) при 1100 °С: СоО+Al₂O₃=CoAl₂O₄. Это вещество (t_пл=1960 °С) используется в качестве синей краски, например, в про­изводстве гжельской керамики.

Бор образует с азотом и водородом несколько интересных соединений, которые можно рассматривать как аналоги  углеводородов:  боразан

ВН3—NH3 (аналог этана); боразен BH2=NH2 (аналог этилена); боразин BHºNH (аналог ацетилена).

Подобно тому как из ацетилена может быть получен бензол, из боразина образуется боразол (неорга­нический бензол) — бесцветная горючая жидкость (tкип=55 °С) с ха­рактерным запахом:

Борную кислоту, а иногда и её натри­евую соль — буру — можно найти во многих домашних аптечках как в чистом виде, так и в составе мазей, спиртового раствора — «борного спирта», полосканий для горла и т. п. И если к буре отношение обычно не­сколько настороженное (всё-таки это вещество используют как яд для тараканов), то борную кислоту счи­тают вполне безобидной. В справоч­никах по лекарственным средствам, выпушенных миллионными тиража­ми, можно прочитать, что борную кислоту «применяют... как антисеп­тическое средство в виде водных рас­творов (2—4%) для полоскания по­лости рта, зева и для промывания глаз; назначают также в виде мази (5—10%) и в присыпках при заболе­ваниях кожи». Борную кислоту века­ми признавали абсолютно безопас­ным средством и без колебаний использовали как антисептик даже для новорождённых. До сих пор мно­гие мамы и бабушки по традиции применяют раствор борной кислоты, чтобы промыть ребёнку глаза, не ве­дая, что... травят его ядом!

Борная кислота на самом деле яд; и хотя он слабый, но имеет весьма коварные свойства. Соедине­ния бора действуют не на отдельные виды микроорганизмов, как анти­биотики, а на все сразу, поскольку бор является так называемым общеклеточным ядом. А коварство его в том, что этот яд не имеет никаких противоядий и чрезвычайно медлен­но выводится из организма. Даже взрослый человек при абсолютно здоровых почках за неделю теряет примерно лишь пятую часть попавшего в организм бора. Бор поража­ет не только желудочно-кишечный тракт, но и кожу, почки, централь­ную нервную систему. Последнее сопровождается судорогами и мо­жет окончиться даже параличом. Недаром применение борной кисло­ты для приёма внутрь было повсеме­стно запрещено ещё в конце XIX в. А ведь до этого борная кислота применялась очень широко.

Нитрид бора BN по структуре подобен углероду: в обоих веществах (в рав­ных молярных количествах) содержится одинаковое число электронов. Как и углерод, нитрид бора существует в двух формах, построенных анало­гично алмазу и графиту. При взаимодействии оксида бора с аммиаком в присутствии сажи при температуре порядка 2000 °С образуется нитрид бора со структурой графита: В₂О₃+3С+2NH₃=2BN+3СО+3Н₂. При высоких давлениях он переходит в алмазоподобную модификацию — боразон.

На основе нитрида бора созданы огнеупорные материалы, в том чис­ле термостойкое волокно. Разные модификации нитрида бора использу­ют как смазку для подшипников и как сверхтвёрдый абразивный матери­ал — порошкообразное вещество, служащее для механической обработки металлов, сплавов, камней и т. п.

Обнаружить присутствие бора в веществе несложно: летучие соединения бора окрашивают пламя в зелёный цвет. В этом можно убедиться, внеся в пламя горелки несколько кристалликов борной кислоты.

Хотя элемент бор встречается в при­роде сравнительно редко (в земной коре его почти в 7 тыс. раз меньше, чем алюминия), главным образом в виде солей борной кислоты, бура — кристаллогидрат тетрабората натрия Na₇B₄O₇•10Н₂О — была известна уже в раннем Средневековье. В сочинени­ях арабских алхимиков говорится об использовании её в качестве плав­ня, а также для пайки драгоценных металлов. С Памира и с отрогов Ги­малаев буру доставляли караванами в Багдад.

Долгое время состав буры оставал­ся неизвестным. Лишь в 1702 г. ученик Роберта Бойля Вильгельм Гомберг (1662—1715), прокаливая буру с же­лезным купоросом, получил борную кислоту Н₃ВО₃, которую назвал успо­коительной солью (sal sedativum) no будто бы производимому ею дейст­вию. Это вещество нашло широкое применение в медицине того време­ни. Спустя полвека было доказано, что бура является солью борной кис­лоты: она образуется при взаимодей­ствии «успокоительной соли» с содой Na₂CO₃.

Цемент (от лат. caementum — «битый камень») — это порошкообразный материал, при смешивании с водой образующий пластичную массу (цемент­ное тесто), которая при затвердевании превращается в камневидную струк­туру. Обычный, так называемый портландцемент состоит из силикатов и алюмосиликатов кальция: Ca₃SiO₅, Ca₂SiO₄, Ca₃(AlO₃)₂ и др. Эти соедине­ния образуются при спекании известняка с кварцевым песком и глиной во вращающихся печах при температуре порядка 1500 °С:

3СаСО₃+SiO₂=Ca₃SiO₅+3СО₂

8СаСО₃+Al₂O₃ •2SiO₂•2Н₂О = Са₃(АlO₃)₂+Ca₂SiO₄+Ca₃SiO₅+2Н₂О+8СО₂.

Смешанный с водой цемент постепенно затвердевает (схватывается), что связано с протеканием процессов гидратации и гидролиза силикатов и алюминатов кальция:

Ca₃SiO₅+3Н₂О=Ca₂SiO₄•2Н₂О+Са(ОН)₂

Ca₂SiO₄+2Н₂О=Ca₂SiO₄•2Н₂О Са₃(АlO₃)₂+6Н₂О=Са₃(АlO₃)₂•6Н₂О.

Для полного затвердевания цементного теста требуется три-четыре недели. В строительстве широко используется бетон (от лат. bitumen — «гор­ная смола») — смесь цементного теста с песком и щебнем. Бетон закла­дывают в специальные деревянные формы, в которых он постепенно за­твердевает. Для увеличения прочности конструкций в формы помешают арматуру — стальной каркас. Такой материал называется железобетоном. Магнезиальный цемент получают смешением оксида магния с концен­трированным раствором хлорида магния. При затвердевании смеси об­разуется полимер состава HOMgO(—MgO—)_nMgCl, из которого обычно делают подоконники, ступени лестниц.

Гидроксиды кальция, стронция и ба­рия — щёлочи, хотя растворимость Са(ОН)₂ и Sr(OH)₂ при комнатной тем­пературе низкая. У гидроксида кальция она падает с ростом температуры: наибольшей концентрации удаётся до­стичь, насыщая Са(ОН)₂ ледяную воду (растворимость при О °С составляет 0,173 г на 100 г воды, при 20 °С — 0,166 г, а при 100 °С — 0,08 г). Насы­щенный раствор Са(ОН)₂ называется известковой водой.

Гидроксид бария растворяется зна­чительно лучше (4,3 г на 100 г воды при 20 °С), причём при повышении тем­пературы его растворимость резко возрастает (при 80 °С — 101,5 г на 100 г воды). Этим свойством пользуются для перекристаллизации вещества: мед­ленно охлаждая насыщенный при 80 °С раствор, получают красивые плас­тинчатые кристаллы кристаллогидрата Ва(ОН)₂•8Н₂О. По аналогии с извест­ковой водой насыщенный раствор гид­роксида бария называется баритовой водой.

Кристаллогидрат Ва(ОН)₂•8Н₂О.

Известняковый обрыв. Река Белая. Башкирия. 

Название «кальций» происходит от латинского calx — «известь». Так алхи­мики называли продукты обжига раз­личных веществ. Древние римляне ис­пользовали известь для приготовления строительных растворов. Для этого мрамор или известняк (карбонат каль­ция) подвергали обжигу, получая при температуре порядка 900 — 1000 °С не­гашёную известь — оксид кальция: СаСО₃ ®^t°СаО+СО₂­. Затем из­весть гасили — заливали водой: СаО+Н₂О=Са(ОН)₂. Продуктом реакции является гашёная известь, или пушонка (гидроксид кальция), без которой и ны­не не обходятся строители. Производ­ство этого вещества описал ещё Плиний Старший в «Естественной истории». Издавна в строительстве использу­ется также гипс — дигидрат сульфата кальция CaSO₄•2Н₂О. При нагревании Кальций (t_пл=839 °С), стронций (t_пл=768 °С) и барий (t_пл=727 °С) — пластичные металлы серебристо-бе­лого цвета. Из-за достаточной твёрдо­сти их невозможно резать ножом, как натрий или калий.

Последним из щёлочноземельных металлов был открыт радий, для кото­рого ещё А. И. Менделеев «зарезервировал» клетку в периодической сис­теме. Радий обнаружили в 1898 г. в урановой смоляной руде. Исследо­вавшие минерал супруги Пьер и Мария Кюри установили: некоторые образцы руды имеют большую радиоактивность, чем следовало ожидать, судя по количеству содержащегося в них урана. Учёные сделали вывод, что в состав урановой смолки входит новый элемент, по радиоактивно­сти превосходящий уран. Вскоре удалось выделить его соединения. Эле­мент назвали радием, чтобы подчеркнуть его способность к радиоактив­ному распаду. Переработав почти тонну урановой руды, супруги Кюри выделили около 0,1 г соли радия, а металлический радий был получен в 1910 г. при электролизе раствора хлорида радия с ртутным катодом.

Радий представляет собой тяжёлый тугоплавкий металл (t_пл=969 °С при давлении 6,5•10^-4 атм) серебристо-белого цвета. В свободном виде он, как и другие щёлочноземельные металлы, обладает высокой химиче­ской активностью, энергично реагирует с водой с выделением водорода: Ra+2Н₂О=Ra(OH)₂+Н₂­. Образующийся при этом гидроксид радия — сильное основание, хорошо растворимое в воде. При действии на него раствором сульфата натрия выпадает белый осадок сульфата радия, нерастворимый в кислотах: Ra(OH)₂+Na₂SO₄=RaSO₄¯+2NaOH.

В природе радий образуется при радиоактивном распаде ²³⁸U, поэто­му неудивительно, что добывают его из урановой руды. Период полурас­пада изотопа ²²⁶Ra — 1600 лет, при этом образуется радиоактивный газ радон: ²²⁶₈₈Ra®²²²₈₆Rn+⁴₂Не.