Алюміній увійшов в наше життя, в побут, в техніку, в важливіше шие галузі народного господарства, не тільки тим, що це той легкий метал, який разом з магнієм створив крилату міць літака. Великий інтерес представляють його властивості і перш за все геохимическая роль. Справа в тому, що алюміній, з яким культурне людство познайомилося так недавно, є одним з найважливіших, найпоширеніших хі-чеських елементів.
Ми з вами добре знаємо, що під покровом глин, пісків, що утворилися в різний час в результаті вивітрювання і руйнування масивних гірських порід, знаходиться суцільна, об-Лега всю земну кулю, кам'яна оболонка Землі, або зем-ва кора. Потужність цієї кам'яної оболонки, її товщина не менше сотні кілометрів, а може бути, як зараз починають припускає-лага, і значно більше. Ця оболонка на глибині пості-пінно переходить в іншу - рудну, що містить залізо та інші метали, і, нарешті, в центрі Землі знаходиться, мабуть, залізне ядро.
Кам'яна оболонка утворює на поверхні Землі огром-ні виступи - материкові маси, або континенти. На них, в свою чергу, утворилися складки у вигляді довгих ланцюгів гір. Кам'яна оболонка Землі, яка складає основу Конті-нентов і їх гірських ланцюгів, складається з алюмосилікатів і сили-катів. Алюмосилікати складаються, як це видно з їхньої назви, з кремнію, алюмінію і кисню. Ось чому кам'яну обо-лочка часто називають «Сіаль» - SiAl, - за поєднанням перших складів латинських назв кремнію - Silicium - і алюмінію-ня - Aluminium.
Ця оболонка, до складу якої головним чином входить граніт, по вазі складається приблизно з 50% кисню, 25% крем-ня і 10% алюмінію. Таким чином, алюміній по поширеною-рівняно займає на Землі третє місце серед хімічних еле-ментів і перше місце серед металів. Його на Землі більше, ніж заліза.
Алюміній, кремній і кисень разом є найголовнішими елементами, з яких побудована земна кора, і в кам'яній оболонці Землі вони утворюють різноманітні міні-рали. Ці мінерали є такого роду сполуками ато-мов, у яких в центрі знаходиться або атом кремнію, або атом алюмінію, а навколо них правильно в чотирьох кутах, обра-чаплі фігуру тетраедра, розташовуються атоми кисню.
Таким чином, поряд з кремнекислородних виникають алюмокисневі тетраєдри. При цьому роль алюмінію бував-ет двоякою: або він, подібно до інших металів, розташовується між кремнекислородних тетраедрами, пов'язуючи їх один з одним, або він стає в деяких тетраедрах на місце кремнію.
Ось з цих-то тетраедрів кремнію і алюмінію шляхом соче-вання їх між собою і утворюється безліч найважливіших мінералів земної кори, об'єднаних під загальною назвою алюмосиликатов. З першого погляду складний малюнок располо-вання атомів алюмінію, кремнію і кисню нагадує нам тонкі мережива або візерунки килимів. Ця картина могла бути встановлена лише за допомогою рентгенівських променів, які як би сфотографували внутрішню будову мінералів.
Згадаймо, якими сірими й одноманітними здавалися нам камені в далекому дитинстві і яка складна і різноманітна картина малюється нам, коли ми проникаємо в глиб їх струк-тури.
Поширеність деяких алюмосиликатов Колоссаль-на. Досить сказати, що більше половини земної кори сло-жено мінералами, що носять назву польового шпату. Вони входять до складу гранітів, гнейсів я інших кам'яних порід, що охоплюють землю як би суцільним кам'яним панциром і виступаючих у вигляді могутніх гірських ланцюгів. В результаті вивітрювання польових шпатів на земній по-поверхні в ході тисячоліть відкладаються, грандіозні скупчення глин, які перебувають на 15-20% з алюмінію. Алю-міній, відкритий в складі цих повсюднопоширених порід, навіть був названий глйніем. Правда, ця назва до нього не прищепилося і перейшло в дещо зміненому вигляді до його оки-сі - глинозему.
Але, на щастя, алюміній зустрічається в природі не тільки в такому складному складі, звідки витягти його досить важко. Значна кількість алюмінію ми знаходимо саме в вигляді глинозему - природного з'єднання з киснем. Це соеди-ня зустрічається в дуже різноманітних формах.
Безводну окис алюмінію ми зустрічаємо у вигляді мінералу корунду, що відрізняється чудовою твердістю, а іноді і надзвичайною красою. Прозорі різниці гли-нозема, де до алюмінію і кисню домішуються лише крихітні кількості елементів - барвників - хрому, же-леза, титану, належать до числа першокласних красавцев- самоцвітів. Яке розмаїття кольорів і багатство фарб створює в одному і тому ж глиноземі незначна домішка того чи іншого речовини! Це блискучий яскравими тонами червоний рубін і синій сапфір, полонили людини з незапам'ятних часів. Скільки казок свяеано з цими каменями! З давніх-давен слу-жать людині і менш чисті, непрозорі, пофарбовані в бу-які, сірі, синюваті, червоні кольори кристали корунду, по своїй твердості поступаються лише алмазу.
З їх допомогою ми обробляємо різні тверді матеріали, у тому числі блискучу сталь інструментів, зброї, верстатів, машин. Дрібні кристали того ж корунду в суміші з магнетитом і іншими мінералами, - так званий наждак - добре відомі кожному; ви, ймовірно, не раз чистили наждаком свій складаний ножик! Корунд міг би, звичайно, служити легким джерелом напів-чення металевого алюмінію, але він занадто цінний сам по собі, і його мало в природі. З незапам'ятних часів, ще на зорі людської куль-тури, з кам'яного віку і до наших днів людина широко ис-користувався граніти, базальти, порфіри, глини та інші породи з алюмосилікатів, будуючи з них цілі міста, створюючи зда-вання, твори мистецтва , начиння, отримуючи кераміку, фаянс, фарфор.
Але протягом тисячоліть людина і не підозрював благо-рідних і чудових властивостей алюмінію - металу, який був прихований в цих породах. Алюміній ніколи і ніде в природі не зустрічається в ме-левих вигляді, він завжди знаходиться в різних з'єднань-пах, абсолютно відмінних за властивостями і виглядом від металу алю-Мінія. І потрібен був геній людини, його наполеглива праця, щоб через спричиняти й викликати до життя цей чудовий метал. Вперше вдалося виділити невелику кількість виблискуючи-ного сріблястого металу близько 125 років тому. Й ніхто тоді не думав, що він взагалі буде грати якусь роль в житті людини, тим більше, що отримання його було дуже важким. Але ось на початку минулого століття ряду вчених вдалося шляхом електро-троліза виділити алюми-ний на катоді під кіркою шлаків з розплавлених при високих температурах з'єднань алюмінію. Це був чистий сріблястий метал - «срібло з гли-ни», як говорили в той час.
Цей метод отримання алюмінію перейшов на за-води, і метал швидко став завойовувати собі широке застосування. Він має колір, що нагадує се-ребро. А властивості його дей-ствительно виявилися вудь-вітельно.
В даний час чи-просту окис алюмінію до-бувають не з глини. У ка-честве зручною руди алюмінію природа дає нам водну окис алюмінію (гідрат глинозему) у вигляді мінералів діаспора і гідраргілліта. Змішані часто з оксидами заліза і кремнезем, ці міні-рали утворюють поклади глино - або каменеподібним порід - бокситів - переважно серед прібрежвих осадових від-ложений.
Боксит містить дуже велику кількість окису алюмінію (50-70%) і є основною про- мислення рудою алюмінію. Радянськими хіміка-ми розроблений і освоєний новий процес переробки Хибинского мінералу - нефелина на окис алюмінію. Останнім часом намагаються також використовувати дістеновие сланці, що містять 50-60% окису алюмінію, і інші мінерали: лейцит, алуніт. Але жоден з цих мінералів, крім нефелина, ще не може заме-нить боксит.
Виробництво металевого алюмінію засноване на двох самостійних процесах. Перш за все з бокситу після до-вільно складної обробки витягується чиста безводпая окис алюмінію - глинозем. Потім окис алюмінію піддається електролізу в спеціальних ваннах, викладених графітовими плитами. Порошок глинозему завантажується в ці ванни в суміші з по-Рошком криолита. При включенні потужного електричного струму розвивається висока температура (близько 1000 °); кріоліт плавиться і розчиняє в собі глинозем, який в подальшому розкладається струмом на алюміній і кисень. Дно ванни служить при цьому катодом (негативним полюсом), і на ньому соби-рается розплавлений алюміній. Через особливий кран його випу-скают і розливають по формах, де він і застигає у вигляді блискучих сріблястих брусків. Сто років тому отримання цього легкого білого металу було дуже важким завданням, і фунт алюмінію коштував сорок руб-лей золотом. А тепер могутня енергія річок, перетворена в електричну енергію, дозволяє отримувати його у величезних кількостях.
Деякі з властивостей алюмінію добре відомі всім. Це дуже легкий метал, майже в три рази легше заліза. Він дуже тягучий і при цьому досить міцний: його можна витяг-вать в дріт, плющить в найтонші листи. Не менш заме-чательно і його хімічні властивості. З одного боку, він начебто не боїться окислення; це ми знаємо з поведінки алюмінію-ніевой посуду, каструльок, сковорідок, бідонів. А між тим спорідненість його з киснем дуже велике. Це удаване проти-воречие зазначив ще наш великий хімік Д. І. Менделєєв. Справа в тому, що срібно-блискучий після виплавки алюміній на повітрі покривається тьмяною пленочкой окису, яка переді-яке береже його від подальшого окислення. Не всякому металу дана така здатність самозахисту. Окис заліза, наприклад, добре всім відома іржа, анітрохи не заважає даль-кро руйнування металу: вона надто крихка і легко про-ніцаема для повітря і води. Навпаки, тоненька плівочка окису, одевающей алюміній, дуже щільна, еластична і служіт- йому надійним покровом.
При нагріванні алюміній жадібно з'єднується з кислоро-будинок, перетворюючись в оксид алюмінію, і виділяє при цьому величезна кількість тепла. Це властивість алюмінію виділяти тепло при згоранні було використано в техніці для виплавки інших металів з їх оксидів шляхом змішування з порошком ме-металевого алюмінію. У цьому процесі алюминотермии металевий алюміній відбирає кисень від оксидів інших металів і відновлює їх.
Якщо ви змішайте, наприклад, порошок окису заліза з по-Рошком алюмінію і підпалите цю суміш стрічкою магнію, на ваших очах розвинеться бурхлива реакція з виділенням огром-ного кількості тепла, і температура підніметься до 3 000 °. Витіснене алюмінієм залізо при цій температурі плавить-ся, а що утворилася окис алюмінію спливе на його поверх-ність у вигляді шлаку. Людина використовував цю активність алю-Мінія для отримання деяких тугоплавких і технічно цінних металів.
Таким шляхом виплавляють металічний титан, ванадій, хром, марганець та інші метали. Так як при алюминотермии розвивається висока температура, то суміш окису заліза з алюмінієм - так званий терміт - застосовують для сварок-ки стали. Кожен з вас бачив, ймовірно, як це робиться, на-приклад, при зварюванні трамвайних рейок. Розплавляється при горінні терміту залізо стікає на з'єднані кінці рейок і зварює їх. Навряд чи можна назвати багато елементів, які зробили б настільки швидку і блискучу кар'єру, як алюміній!
Алюміній став стрімко проникати в автомобільну, машинобудівну та інші галузі промисловості, у багатьох випадках замінюючи сталь і залізо. У військовому Судострой-ванні його використання зробило переворот, дозволивши створити, наприклад, «кишенькові лінкори» (суду розміром з легкий Крей-сер і потужністю дредноута).
Людина навчилася отримувати це «срібло» з природних мі-нераль у величезних масштабах. І «срібло з глини» дозво-ло людині остаточно підкорити повітряну стихію. Алюміній або його легкі сплави якнайкраще подхо-дять для побудови жорстких аеростатів, фюзеляжів, крил або суцільнометалевих літаків. Ця нова промисловість, яка так широко викорис-поклику алюміній, зросла з чудовою швидкістю на наших очах. Коли ми бачимо, що літає над нами літак, згадаємо, що 69% його ваги без мотора доводиться на алюміній і його-сплави, і що навіть в авіаційному моторі вага алюмінію і маг-ня - двох найлегших металів - досягає 25%.
Одночасно з грандіозним споживанням у важкій про-мисловості, е будівництвом цельноалюмініевий поїздів, з за-тратою алюмінію на машинобудування і особливо на авіаційно-ву промисловість, сотні тисяч тонн алюмінію витрачаються на алюмінієві дроти і деталі для електричної примушує-лінощів. Але й цим не вичерпується застосування цього металу. Додамо ще відбивні дзеркала прожекторів, відповідь недержавні частини спарядов і кулеметних стрічок, освітлювальні ра-кети, алюмінієвий порошок в суміші з окисом заліза - в за-жігательних бомбах. Згадаймо про колосальне значення спокуса-ного кристалічного глинозему (електрокорунду, алун- дума), одержуваного в даний час з тих же бокситів і застосовуваного в так званому абразивному справі, глав-ним чином в обробці металів.
Кристалізуючи чисту окис алюмінію з добавкою барвник-лий, ми отримуємо чудові рубіни і сапфіри, які не поступаються • природним ні по твердості, ні за красою. Ми застосовуємо їх головним чином як не піддаються стирання опорні кам-ні в відповідальних частинах точних приладів: часових механиз-мов, ваг, електролічильників, гальванометроз і т. П.
Тонким порошком алюмінію ми покриваємо залізо, отримуючи свого роду алюмінієву жесть, не піддається іржі. Цей же порошок служить для приготування красивою літограф-ської фарби. А з недавнього часу його оцінили і майстри зна-менитой народного мистецтва - хохломской розпису по дереву. Алюмінієва пудра за допомогою м'якої «лялечки» наноситься на просочену маслом поверхню предмета. Таким чином створюється чарівний срібний фон, по якому майстер ви-водить потім складний барвистий візерунок розпису.
Чому ми називаємо алюміній металом XX століття?
Тому що його застосування завдяки його чудовим властивостям зростає і зростає з кожним роком, а величезні запаси алюмінію невичерпні, і є всі підстави вважати, що алю-міній зараз входить в ужиток людства так само, як увійшло в свій час залізо.
