13 – счастливый номер алюминия

К числу тринадцать можно относиться по-разному. Как и к черным котам. В Англии, например, перешедший дорогу «адский посланник», означает радость. Но связать долгую историю открытия алюминия с чертовой дюжиной очень хочется. Хотя, сначала была история и только потом – Периодическая система Менделеева, в которой алюминий значится под номером тринадцать.

Алюминий (лат. Aluminium) – химический элемент III гр. периодической системы, атомный номер 13, атомная масса 26,98154. Серебристо-белый металл, легкий, пластичный, с высокой электропроводностью, t пл = 660 °С. Химически активен (на воздухе покрывается защитной оксидной пленкой). По распространенности в природе занимает 4-е место среди всех элементов и 1-е среди металлов (8,8% от массы земной коры). Известно несколько сотен минералов алюминия (алюмосиликаты, бокситы, алуниты и др.). Получают электролизом глинозема Al2О3 в расплаве криолита Na3AlF6 при 950 °С. Устойчив при температурах от -269 °С до точки плавления (660 °С).

Таинственный металл
Существует легенда, которую оставил потомкам Плиний Старший. Произошло описанное событие, якобы, около двух тысяч лет назад, когда неизвестный мастер принес императору Тиберию кубок, сделанный из металла серебристого цвета. Кубок был необычайно легкий, и, по словам дарителя, получить странный металл удалось из глинистой земли. Тиберий подошел к проблеме радикально: если глины много, то новый металл означает обесценивание золота и серебра. Поэтому мастера казнили, а экономику спасли.

Это можно бы назвать первым упоминанием об алюминии, но есть еще одна история. В гробнице китайского военачальника Джоу-Джу были обнаружены элементы орнамента, выполненные из какого-то легкого металла. Спектральный анализ дал невероятный результат – восемьдесят пять процентов алюминия! Датируется погребение III веком до нашей эры. Остается предположить, что некогда существовал неизвестный способ получения алюминия.

Квасцы – это не то, из чего делают квас
Несмотря на то, что вещества, содержащие алюминий, известны с глубокой древности, до открытия алюминия дело не доходило. Среди них первенство принадлежит квасцам (лат. Alumen, вяжущий). О квасцах упоминает еще Геродот, однако, в древности и в средние века квасцами называли различные вещества. Основное использование квасцов – при крашении тканей и изготовлении сафьяновых кож. Все они обладают вяжущим и кислым вкусом (русское название произошло от славянского «кысати» – киснуть).

Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм, прозванный Парацельсом

Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм, прозванный Парацельсом

Знаменитый Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм, прозванный Парацельсом, в XVI в., изучая квасцы, сумел выделить «квасцовую землю», в которую входит окись неизвестного металла. Но потребовалось еще два века, чтобы повторить достижение. Наконец, в 1754 году немецкий химик Маргграф выделил из раствора квасцов осадок окиси алюминия, названной им "квасцовой землей" (Alaunerde), и установил ее отличие от других земель.

Новые попытки
В 1808 г. сэр Хэмфри Дэви попытался получить алюминий, но потерпел неудачу.

Сэр Хэмфри Дэви

Сэр Хэмфри Дэви

Зато именно ему мы обязаны термином «алюминий». Впервые удалось выделить немного алюминия датчанину Хансу Кристиану Эрстеду. В 1825 г., пропустив хлор через раскаленную смесь глинозема с углем, он полученный безводный хлористый алюминий нагрел с амальгамой калия. После испарения ртути получился металл, похожий на олово. Еще через два года описал свой усовершенствованный способ Фридрих Велер. На то, чтобы получить металл в виде сплошной массы, ученый потратил 18 лет жизни. Попытки многих ученых получить металл в виде слитка или крупных зерен долго не удавались.

Фридрих Велер

Фридрих Велер
Наконец, в 1855 г. на Всемирной выставке в Париже было представлено «серебро из глины», которое произвело большую сенсацию. Это были слиток алюминия и пластины, полученные французским ученым Анри Сент-Клер Девилем.

Стимулировал развитие отрасли император Наполеон III. Однажды он дал обед, на котором наиболее значительных особ ожидали алюминиевые ложки и вилки. Остальные получили всего лишь обычные золото и серебро. В дальнейшем монарх мечтал об алюминиевых доспехах для всей армии. Но способ Девиля был все-таки слишком дорогим, поэтому только личная гвардия Наполеона получила кирасы из алюминия.

Промышленное производство
Новый электролитический способ производства алюминия придумали в 1886 г. независимо друг от друга американский студент Чарльз Холл и французский инженер Поль Эру. Заключался он в разложении электрическим током окиси алюминия, предварительно расплавленной в криолите (двойной фторид натрия и алюминия) и носит имя обоих: Холла – Эру. (Интересно, что оба родились и умерли в один год). Этот способ требовал большого количества энергии, поэтому первый завод был построен в Швейцарии около Рейнского водопада. Для производства тонны алюминия необходимо 18 000 кВт/ч электроэнергии: процесс происходит при температуре 950° С.

Улучшил способ Карл Байер, создавший технологию получения глинозема (чистой окиси алюминия), которая включает нагревание боксита с едким натром, фильтрование, осаждение гидроокиси алюминия и ее прокаливание для выделения чистого глинозема. Результат – снижение стоимости алюминия: килограмм алюминия стоил 1280 рублей (на 80 рублей дороже золота), а после открытия всего рубль. Кстати, доллар и рубль в то время были практически равны. Сейчас получение алюминия включает три этапа: добыча и обогащение руды; получение из руды глинозема; восстановление алюминия из окиси путем электролиза.

Свойства металла
Легкий (втрое легче стали), гибкий, ковкий, почти не подверженный коррозии металл получил чрезвычайно высокую оценку. По теплопроводности и электропроводности он уступает лишь серебру, золоту и меди. Высокая пластичность алюминия позволяет прокатывать его в фольгу толщиной до 3 микрон и вытягивать в тончайшую проволоку.

Только прочность была недостаточной. Эта проблема решается добавками других металлов. Первым опыт провел Альфред Вильм. Предложенный им сплав содержал 4% Сu; 0,5% Mg и 0,5% Мn. Патент Вильм продал одной немецкой фирме, которая в 1911 г. выпустила первую партию нового сплава, названного дюралюминием (место действия – город Дюрен). В 1919 г. появились первые самолеты из дюралюминия.
Большинство алюминиевых сплавов имеют высокую коррозионную стойкость в естественной атмосфере, морской воде, растворах многих солей и химикатов и в большинстве пищевых продуктов. Чистый алюминий применяется в основном в электронике (электролитические конденсаторы, микропроцессоры), а также в криоэлектронике и криомагнетике. Сплавы из алюминия не теряют пластичность при низких температурах, из них изготавливают резервуары для хранения криогенных жидкостей.

Ложки, раскладушки, ракетное топливо
Полтора века применения алюминия полностью вычеркнули из памяти рассказы о том, что когда-то алюминий был безумно дорогим и чудесным металлом. Самому Менделееву в 1889 г. в Лондоне за заслуги в науке был преподнесен ценный подарок: весы выполненные из золота и алюминия. Датский король Кристиан X носил корону из алюминия. Кошмар школьников сновидица Вера Павловна из романа Чернышевского (1863 г.) видела город будущего весь из алюминия. Сам Чернышевский говорил коротко: «Металл социализма». И был абсолютно прав: общепитовские приборы, чайники и ковшики были неотъемлемыми предметами нашего социализма.

Наш первый спутник был выполнен из алюминиевого сплава, как и корпуса американских ракет «Авангард» и «Титан», применявшихся для запуска первых американских спутников, детали космической аппаратуры.

Важный потребитель – электротехническая промышленность: провода высоковольтных линий передач, обмотки моторов и трансформаторов, кабели, цоколи ламп, конденсаторы и многие другие изделия делают из алюминия. Морские бакены, спасательные шлюпки, суда, подводные лодки, баржи строятся из сплавов алюминия с 1930 г., кстати, алюминиевые корпуса не обрастают ракушками.

Порошок алюминия применяют во взрывчатых веществах и твёрдом топливе для ракет, используя его свойство быстро воспламеняться: если бы алюминий не покрывался тончайшей оксидной пленкой, то мог бы вспыхивать на воздухе.

Последняя новинка — пеноалюминий или, как его иногда называют, «металлический поролон», которому предсказывают большое будущее.

Анна Руденко

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *