Ювелирное обозрение

Документально зафиксированное открытие алюминия произошло в 1825. Впервые этот металл получил датский физик Ганс Христиан Эрстед, когда выделил его при действии амальгамы калия на безводный хлорид алюминия (полученный при пропускании хлора через раскаленную смесь оксида алюминия с углем). Отогнав ртуть, Эрстед получил алюминий, правда, загрязненный примесями. В 1827 немецкий химик Фридрих Вёлер получил алюминий в виде порошка восстановлением гексафторалюмината калием. Современный способ получения алюминия был открыт в 1886 молодым американским исследователем Чарльзом Мартином Холлом. (С 1855 до 1890 было получено лишь 200 тонн алюминия, а за следующее десятилетие по методу Холла во всем мире получили уже 28000т. этого металла) Алюминий чистотой свыше 99,99% впервые был получен электролизом в 1920г. В 1925 г. в работе Эдвардса опубликованы некоторые сведения о физических и механических свойствах такого алюминия. В 1938г. Тэйлор, Уиллей, Смит и Эдвардс опубликовали статью, в которой приведены некоторые свойства алюминия чистотой 99,996%, полученного во Франции также электролизом. Первое издание монографии о свойствах алюминия вышло в свет в 1967г. Еще недавно считалось, что алюминий как весьма активный металл не может встречаться в природе в свободном состоянии, однако в 1978г. в породах Сибирской платформы был обнаружен самородный алюминий – в виде нитевидных кристаллов длиной всего 0,5 мм (при толщине нитей несколько микрометров). В лунном грунте, доставленном на Землю из районов морей Кризисов и Изобилия, также удалось обнаружить самородный алюминий.

Соединения алюминия были известны человеку с древних времён. Одними из них являлись вяжущие вещества, к которым относятся алюмо-калиевые квасцы КAl(SO4)2. Они находили широкое применение. Они использовались в качестве протравы и как средство, останавливающее кровь. Пропитка древесины раствором алюмокалиевых квасцов делало её негорючей. Известен интересный исторический факт, как Архелай- полководец из Рима во время войны с персами приказал намазать башни, которые служили в качестве оборонительных сооружений, квасцами. Персам так и не удалось сжечь их.

Еще одним из соединений алюминия были природные глины, в состав которых входит оксид алюминия Al2O3.

Первые попытки получить алюминий только в середине XIX века. Попытка предпринятая датским учёным Х.К.Эрстедом увенчалась успехом. Для получения он использовал амальгированный калий в качестве восстановителя алюминия из оксида. Но что за металл был получен тогда выяснить так и не удалось. Через некоторое время, через два года, алюминий был получен немецким ученым-химиком Велером, который получил алюминий, используя нагревание безводного хлорида алюминия с металлическим калием.
Многие годы труда немецкого ученого не прошли даром. За 20 лет он сумел приготовить гранулированный металл. Он оказался похожим на серебро, но был значительно легче его. Алюминий был очень дорогим металлом, и вплоть до начала XX века, его стоимость была выше стоимости золота. Поэтому многие-многие годы алюминий использовался как музейный экспонат. Около 1807 г. Дэви попытался провести электролиз глинозема, получил металл, который был назван алюмиумом (Alumium) или алюминумом (Aluminum), что в переводе с латинского – квасцы.

Получение алюминия из глин интересовало не только ученых-химиков, но и промышленников. Алюминий очень тяжело было отделить от других веществ, это способствовало тому, что он был дороже золота. В 1886 году химиком Ч.М. Холлом был предложен способ, который позволил получать металл в больших количествах. Проводя исследования, он в расплаве криолита AlF3•nNaF растворил оксид алюминия. Полученную смесь поместил в гранитный сосуд и пропустил через расплав постоянный электрический ток. Он был очень удивлен, когда через некоторое время на дне сосуда он обнаружил бляшки чистого алюминия. Этот способ и в настоящее время является основным для производства алюминия в промышленных масштабах. Полученный металл всем был хорош, кроме прочности, которая была необходима для промышленности. И эта проблема была решена. Немецкий химик Альфред Вильм сплавил алюминий с другими металлами: медью, марганцем и магнием. Получился сплав, который был значительно прочнее алюминия.

Способы получения

Изобретение относится к способу получения алюминия путем электролитического выделения его из водных растворов одновременно с водородом. В способе используют жидкометаллический катод, например галлиевый. Содержание алюминия в металле повышают до 6 мас.%, выводят сплав из электролизера, охлаждают его в диапазоне от 98 до 26°С и выделяют алюминий кристаллизацией, получая первичный насыщенный твердый раствор с содержанием алюминия около 80 мас.%. Маточный раствор-сплав эвтектического состава возвращают на электролиз в качестве катодного металла, а первичный твердый раствор расплавляют и подвергают перекристаллизации при температурах ниже 660°С, отделяя последовательно вторичный, третичный и т.д. твердые растворы от жидкости до получения из них алюминия технической чистоты. Альтернативные методы производства алюминия – карботермический процесс, процесс Тодта, процесс Кувахара электролиз хлоридов, восстановление алюминия натрием – не обнаружили преимуществ перед методом Эру-Холла. Прототипом настоящего изобретения является наше предыдущее предложение того же названия, под N Получение алюминия из водных растворов одновременно с водородом, составляющее сущность этого изобретения, исключительно заманчиво, но его не удается реализовать из-за процессов пассивирования твердого алюминиевого катода оксидно-гидроксидными пленками переменного состава. Наши попытки реализации процесса в щелочеалюминатных, сернокислых, солянокислых и азотнокислых растворах в равной мере оказались безуспешными. В связи с этим мы предлагаем получать алюминий и водород на проточном жидкометаллическом катоде, на пример, на галлиевом или состоящем из сплава галлия с алюминием. Могут применяться при этом и другие легкоплавкие сплавы. Катода. В результате электролиз осуществляется легко и, в первом приближении, просто с гарантированным выделением алюминия в катодный сплав.

В промышленности алюминий получают электролизом Al2O3 в расплаве криолита Na3[AlF6] при температуре 950

2Al2O3 = 4Al(3+) + 6O(2-) = 2Al + 3O2

Основные реакции процессов:

CaF2 + H2SO4 → 2HF + CaSO4 (15.з)

SiO2 + 6HF →H2SiF6 + 2H2

HF и H2SiF6 — газообразные продукты, улавливаемые водой. Для обескремнивания полученного раствора в него вначале вводят расчетное количество соды:

H2SiF6 + Na2CO3 → Na2SiF6 + CO2 + H2O (15.и)

Трудно растворимый Na2SiF6 отделяют, а оставшийся раствор плавиковой кислоты нейтрализуют избытком соды и гидроксидом алюминия с получением криолита:

12HF + 3Na2CO3 + 2Al(OH)3 → 2(3NaF·AlF3) + 3CO2 + 9H2O (15.к)

Таким же путем могут быть раздельно получены NaF и AlF3, если обескремненный раствор плавиковой кислоты нейтрализовать рассчитанным количеством Na2CO3 или Al(OH)3.

Физические свойства

Алюминий – серебристо – белый металл , легкий , прочный. Плотность его 2,7 г/см3 , почти в три раза легче железа . Хорошо подвергается обработке : прокатывается , куется , штампуется , вытягивается в проволоку , обладает хорошей электрической проводимостью (после серебра и меди-лучший проводник теплоты и электричества)

Химические свойства

1)Металлический алюминий образует сплавы со многими металлами: Cu, In, Mg,Mn,Ni,Cr и тд.

2)Алюминий взаимодействует со многими неметаллами : в виде пыли и стружки горит в кислороде с выделением большого количества теплоты , образуя оксид алюминия:

4 Al + 3O2 → Al2O3

3)Алюминий взаимодействует со многими сложными веществами. По отношению к воде алюминий практически устойчив, так как он покрыт тонким оксидным слоем. При высокой температуре , лишенный защитной пленки , он взаимодействует с водой по уравнению

2Al + 6 H2O → 2Al(OH)3 + 3H2

Применение

Широко используется сплавы на основе алюминия , так как они легки, прочны, устойчивы на воздухе, в воде и кислотах. В электротехнике алюминий используется для производства массивных проводов в воздушных линиях, высоковольтных кабелях; в производстве электрических конденсаторов, выпрямителей, полупроводниковых приборов; как конструкционный материал в ядерных реакторах; в оборудовании и аппаратах пищевой промышленности . Ножи поставляют упакованными в коробку по 10 штук (кроме ампутационного), смазанными консервационной смазкой или герметизированными в полиэтиленовом пакете с ингибиторами коррозии.

Скальпели смазывают перед упаковкой тонким слоем натурального жира и укладывают по 10 шт. в картонные коробки с гнёздами, предохраняющими режущие кромки от затупления.

Медицинские кусачки: перед упаковкой каждый инструмент в отдельности, предварительно покрытый нейтральной смазкой, завёртывают в пергаментную или парафинированную бумагу и укладывают по 5—10 штук в картонные коробки. При длительном хранении инструмента пружина должна быть разгружена, для чего верхний её конец (направленный к губкам) следует вывести из плоскости инструмента, т. е. сместить с ветви в стороны и таким образом предупредить утомление пружины.

Допускается однотипные инструменты упаковывать в групповую тару без потребительской или скин-упаковку. Потребительская тара с инструментами должна быть упакована в групповую тару – коробки, пачки, пакеты, пробирки и другие прогрессивные виды тары. Материалы, применяемые для изготовления тары, и конструкция тары должны обеспечивать сохранность инструментов при транспортировании и хранении. Потребительская и групповая тара должны исключать возможность их вскрытия без нарушения целостности упаковки при транспортировании и хранении. При вскрытии упаковки с использованием тары многократного применения целостность тары не должна нарушаться. Поверхности потребительской и групповой тары не должны иметь перекосов, трещин, надрывов, короблений, отверстий, складок. На поверхности коробок из полимерных материалов допускаются следы от разъёма пресс-формы, литников и выталкивателей.

Заключение

Известно, что у р-элементов заполняется электронами р-подуровень внешнего электронного уровня, на котором могут находиться от одного до шести электронов.

В периодической системе 30 р-элементов. Эти p-элементы, или их p-электронные аналоги, образуют подгруппы IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA и VI IIА. Строение внешнего электронного уровня атомов эле­ментов этих подгрупп развивается следующим образом: ns2 p1 , ns2 p2 , ns2 p3 , ns2 p4 , ns2 p5 и ns2 p6 .

В целом у p-элементов, кроме алюминия, восстановительная актив­ность выражена сравнительно слабо. Наоборот, при переходе от IIIA-к VIIA-подгруппе наблюдается усиление окислительной активности нейтральных атомов, растут величины сродства к электрону и энер­гии ионизации, увеличивается электроотрицательность р-элементов.

В атомах p-элементова валентны не только р-электроны, но и s-электроны внешнего уровня. Высшая положительная степень окисле­ния р-электронных аналогов равна номеру группы, в которой они на­ходятся.

Список литературы

1. Дроздов А.А., Органическая химия 2012 год

2. Комиссаров Л.Н., Неорганическая химия 2011 год

3. Несвежиский С.Н., формулы по химии 2012

4. Третьякова Ю.Д., Неорганическая химия 2011-2012 год

Научно-популярный портал по истории Азербайджана

• Home
• /
• Мировая история
• /
• Как появился алюминий

О.БУЛАНОВА

В нашей жизни постоянно присутствует металл. Железо, медь, золото, серебро… Есть еще одни, но на него мы как-то мало обращаем внимания, хотя у любой хозяйки в хозяйстве найдется пара кастрюлек из этого металла. Речь идет об алюминии.

Первые попытки получить алюминий начали предприниматься только в XIX в. Около 1808 г. английский химик Гемфри Дэви попытался провести электролиз глинозема и получил металл, который был назван алюмиумом или алюминумом, что в переводе с латинского означает те самые, давно известные человечеству квасцы. (Кстати, попытаться-то Дэви попытался, но подтвердить теорию практикой так и не смог.)

В 1825 г. датский физик Ханс Кристиан Эрстед впервые в мире получил алюминий из его оксида: смешал глинозем с углем, разогрел смесь и пропустил через нее хлор.

Полученный в результате хлористый алюминий подогрел с амальгамой калия (калий, растворенный в ртути) и получил амальгаму алюминия. Продистиллировав раствор, Эрстед получил несколько небольших слитков не совсем чистого алюминия. Ученый сообщил об открытии и прекратил эксперименты, потому что выяснить, что за металл был получен, тогда так и не удалось.

Его работу продолжил немецкий химик Фридрих Велер, который в 1827 г. получил около 30 гр алюминия в виде порошка, пропуская пары хлористого алюминия над металлическим калием. Ему понадобилось еще 18 лет непрерывных опытов, чтобы в 1845 г. получить небольшие шарики застывшего расплавленного алюминия (корольки).

Но эти способы не могли быть применены в промышленности, потому что использовали очень дорогой калий. Приходилось искать другие пути.

В 1855 г. на всемирной Парижской выставке французский химик и технолог Сен- Клер Девилль демонстрировал первый алюминий, полученные путем нагревание хлористого алюминия с натрием.

Он усовершенствовал метод Велера и уже в 1856 г. открылось первое предприятие алюминиевой промышленности – завод братьев Шарля и Александра Тисье в Руане. Химическим способом Девиля в 1855-1890 гг. было получено 200 т алюминия.

Из-за трудностей, связанных с выделением алюминия из соединений он долго был очень дорогим металлом, и вплоть до начала XX в. его стоимость была выше стоимости золота. Поэтому долгие годы первый алюминий использовался как музейный экспонат.

Из первого алюминия изготавливали ювелирные украшения, статуэтки, медали и пр. Первыми считаются медали с барельефами Наполеона III, который всячески поддерживал развитие производства алюминия, и Фридриха Велера, а также погремушка наследного принца Луи-Наполеона из алюминия и золота.

Кстати, алюминиевыми приборами укомплектовывались в советское время школьные и производственные столовые, точки общепита и т.п. Эти приборы были более чем дешевы: украдут их посетители, сломают (а ломается алюминий очень легко), потеряют – так не жалко.

Но вернемся в историю – в годы первых ювелирных украшений из алюминия. Над алюминием тряслись, однако уже тогда Девиль понимал, что будущее алюминия связано отнюдь не с ювелирным делом.

Он писал: “Нет ничего труднее, чем заставить людей использовать новый металл. Предметы роскоши и украшения не могут служить единственной областью его применения. Я надеюсь, что настанет время, когда алюминий будет служить удовлетворению повседневных нужд”.

Получение алюминия из глин интересовало не только ученых-химиков, но и промышленников. Поэтому ученые трудились, не покладая рук. Ситуация изменилась с открытием более дешевого электролитического способа производства алюминия в 1886 г.

Его одновременно и независимо друг от друга разработали французский инженер Поль Эру и американский студент Чарльз Холл.

Проводя исследования, Холл в расплаве криолита растворил оксид алюминия. Полученную смесь поместил в гранитный сосуд и пропустил через нее постоянный электрический ток. Он был очень удивлен, когда через некоторое время на дне сосуда обнаружил бляшки чистого алюминия. Предложенный метод позволял получать металл в больших количествах, но требовал большого количества электроэнергии.

Однако очень может быть, что все эти открытия, позволяющие получать чистый алюминий из соединений, это то самое новое, которое хорошо забытое старое.

Потому что еще в “Естественной истории” римского ученого Плиния Старшего говорится о легенде I в., в которой мастер дарит императору Тиберию чашу из неизвестного металла – похожую на серебряную, но при этом очень легкую. Что, если это была чаша из алюминия?

Дорогая, ценная – судя по тому, что это был подарок императору: властителям дешевого не дарят.

Но перенесемся вновь во времена Холла и Эру, когда метод был найден, но большие энергозатраты требовали придумать что-то еще. Поэтому свое первое производство Эру организовал на металлургическом заводе в Нейгаузене (Швейцария), рядом со знаменитым Рейнским водопадом, сила падающей воды которого приводила в действие динамо-машины предприятия.

И вот 18 ноября 1888 г. между Швейцарским металлургическим обществом и немецким промышленником Ратенау было подписано соглашение об учреждении в Нейгаузене АО Алюминиевой промышленности с общим капиталом в 10 млн швейцарских франков.

Позднее его переименовали в Общество алюминиевых заводов. На его торговой марке было изображено солнце, восходящее из-за алюминиевого слитка, что должно было, по замыслу Ратенау, символизировать зарождение алюминиевой промышленности. За 5 лет производительность завода возросла более чем в 10 раз: если в 1890 г. в Нейгаузене было выплавлено всего 40 т алюминия, то в 1895 г. – 450 т.

Холл же, воспользовавшись поддержкой друзей, организовал Питтсбургскую восстановительную компанию, которая запустила свой первый завод в Кенсингтоне неподалеку от Питтсбурга 18 сентября 1888 г.

В первые месяцы он выпускал лишь около 20-25 кг алюминия в сутки, а в 1890 г. – уже по 240 кг ежедневно. (В 1907 г. Питтсбургская восстановительная компания была реорганизована в Американскую алюминиевую компанию – “Alcoa”.)

Свои новые заводы компания расположила в штате Нью-Йорк вблизи новой Ниагарской ГЭС.

В 1889 г. технологичный и дешевый метод производства глинозема – оксида алюминия, основного сырья для производства металла – изобрел австрийский химик Карл Иосиф Байер, работая в Санкт-Петербурге на Тентелевском заводе.

В одном из экспериментов ученый добавил в щелочной раствор боксит и нагрел в закрытом сосуде – боксит растворился, но не полностью. В не растворившемся остатке Байер не обнаружил алюминия – оказалось, что при обработке щелочным раствором весь алюминий, содержащийся в боксите, переходит в раствор.

Таким образом, за несколько десятилетий была создана алюминиевая промышленность, завершилась история о “серебре из глины” и алюминий стал новым промышленным металлом.

На рубеже XIX и XX вв. алюминий стал применяться в самых разных сферах и дал толчок для развития целых отраслей. В 1891 г. по заказу Альфреда Нобеля в Швейцарии создается первый пассажирский катер “Le Migron” с алюминиевым корпусом.

В 1894 г. шотландская судостроительная верфь “Yarrow & Co” представила изготовленную из алюминия 58-метровую торпедную лодку. Этот катер назывался “Сокол”, был сделан для военно-морского флота Российской империи и развивал рекордную для того времени скорость в 32 узла.

В том же году американская железнодорожная компания “New York, New Haven, and Hartford Railroad”, принадлежавшая банкиру Джону Пирпонту Моргану, начала выпускать специальные легкие пассажирские вагоны с сиденьями из алюминия. А всего через 5 лет на выставке в Берлине Карл Бенц представил первый спортивный автомобиль с алюминиевым корпусом.

На площади Пиккадили в Лондоне в 1893 г. появилась алюминиевая статуя древнегреческого бога Антероса. Высотой почти в 2,5 м, она стала первой крупной работой из этого металла в сфере искусства – а ведь совсем недавно каминные часы или статуэтки считались роскошью, доступной только высшему обществу.

Но настоящую революцию алюминий совершил в авиации, за что навсегда заслужил свое второе имя – “крылатый металл”. В этот период изобретатели и авиаторы во всем мире работали над созданием самолетов.

Алюминий всем был хорош – кроме прочности, которая была необходима для промышленности. Но и эта проблема была решена. Немецкий химик Альфред Вильм сплавил алюминий с другими металлами: медью, марганцем и магнием.

Получился сплав, который был значительно прочнее алюминия. На его получение ушло семь лет. В промышленных масштабах такой сплав был получен в немецком местечке Дюрене в 1911 г. Этот сплав был назван дюралюминием, в честь городка.

Первым из дюралюминия был сделан фюзеляж первого цельнометаллического самолета в мире Junkers J1, разработанного в 1915 г. одним из основателей мирового авиастроения, знаменитым немецким авиаконструктором Хуго Юнкерсом.