Две тысячи лет назад неизвестный мастер поднес в дар римскому императору Тиберию чашу. Она была сделана из необычайно легкого и красивого металла серебристого цвета. По словам дарителя, металл удалось получить из глины. Тиберий оценил подарок по достоинству, а мастера приказал уничтожить вместе с его лабораторией — новый металл грозил обесценить все запасы золота и серебра в императорской казне.
Рождение алюминия
Знаменитая легенда дошла до нас в рассказе римского ученого и историка Плиния Старшего. Загадочный металл, алюминий — он действительно содержится в немалом количестве в глине. Вот только и в глине, и других горных породах алюминий прочно связан с кислородом; и для его высвобождения необходимы огромные затраты энергии. В древности такие технологии едва ли могли существовать, поэтому легенда долгое время считалась лишь красивой сказкой.
Серьезные исследования алюминия начались уже позже. Первым этапом можно считать XVI век, когда Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм, более известный как Парацельс, изучая квасцы (двойной сульфат калия-алюминия KAl(SO4)212H2O), которые использовали как протраву при крашении тканей), сумел выделить «квасцовую землю», в которую входит окись неизвестного металла. Отсюда и название алюминия — латинское название квасцов — alumen, что означает «вяжущий». 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).
Весь девятнадцатый век продолжалась погоня за способом получения чистого алюминия. Впервые выделить немного этого металла удалось датскому ученому Хансу Кристиану Эрстеду. В 1825 г., пропустив хлор через раскаленную смесь глинозема с углем, он получил безводный хлористый алюминий, который он нагрел с амальгамой калия. После испарения ртути получился металл, внешне напоминающий олово. А через два года, в 1827-ом, выдающийся немецкий химик, врач по образованию Фридрих Велер выделил алюминий в виде серого порошка, приобретавшего при растирании металлический блеск. Все попытки получить неуловимый металл в виде слитка или хотя бы крупных зерен оставались безрезультатными. Велер потратил еще 18 лет жизни на решение этой задачи, и, наконец, в 1845 году он представил миру свое достижение — алюминиевые зерна величиной с булавочную головку.Драгоценный металл
Тиберий не зря опасался за экономику своей страны. Трудности при получении алюминия привели к тому, что этот легкий серебристый металл на первых порах ценился дороже золота. В России в то время килограмм алюминия стоил 1280 рублей, что на 80 рублей дороже равного веса золота. Алюминий занял место среди драгоценных металлов, широко использовался в ювелирном деле. Даже к концу века, когда способы добычи алюминия были усовершенствованы, он продолжал стоить достаточно дорого. В 1889 году великий ученый-химик Д.И. Менделеев во время пребывания в Лондоне получил в подарок, как признание его заслуг перед мировой наукой, весы, сделанные из алюминия и золота.
Необыкновенным металлом заинтересовался французский император Наполеон III, «маленький племянник великого дяди». Он задался целью снабдить всю свою армию вещами из алюминия и предоставил химику Сен-Клер-Девиллю практически неограниченные средства на изобретение способа массового производства этого металла. Сен-Клер-Девилль приложил массу усилий, и все-таки отыскал новый способ, который, однако, был слишком дорогим. Монарху пришлось ограничить свои притязания выплавкой алюминиевых кирас для солдат из своей личной охраны.
Только лишь через тридцать лет после открытия алюминия появился качественно новый и относительно недорогой способ его получения. Открытие сделали независимо друг от друга два молодых человека — американский студент Чарльз Мартин Холл и французский инженер Эру. Новый способ заключался в разложении электрическим током окиси алюминия, предварительно расплавленной в криолите. Окись алюминия, или глинозем, входит в состав многих минералов и продуктов их разрушения. Из них наиболее распространенными являются полевые шпаты (альбит, анортит, бокситы, ортоклаз и др.), различные виды глин, чистейшая из которых — каолин. Криолит — сравнительно редкий минерал, состоит из фтористого алюминия и фтористого натрия.
Электролитический способ получения алюминия требовал большого количества энергии (на 1 т алюминия — 20 000 квтч) и мог найти распространение в местах, где находились дешевые источники электрического тока. Таким источником традиционно является энергия воды горных рек. Это объясняет тот факт, что в Европе первый завод электролитического алюминия был построен близ Рейнского водопада в Нейгаузене (Швейцария).
Большая энергоемкость производства и привела ученых к выводу, что получение алюминия в древности было невозможно. Однако недавно появились факты, доказывающие обратное. В гробнице китайского полководца Чжоу-Чжу, умершего в начале III в. н.э., были найдены элементы металлического орнамента. Был проведен спектральный анализ, который показал невероятный результат — орнамент на 85 % состоит из алюминия! Но как древние получали свободный алюминий? Современные способы — электролиз, восстановление калием или натрием — не подходят как раз из-за своей энергоемкости. Найти самородки алюминия, как находят слитки золота, серебра, меди? Маловероятно, самородный алюминий настолько редок и встречается в таких ничтожных количествах, что шансы собрать его в нужном количестве равны нулю.
Тем не менее, в конце 1970-х немецкие химики решили найти истину в этом вопросе экспериментально, используя только те средства, которые могли быть доступны древним мастерам. Выбор исследователей пал на уголь — распространенное вещество, с помощью которого многие оксиды металлов восстанавливаются до свободных металлов. Они нагрели в глиняном тигле до красного каления смесь глины с угольным порошком и поваренной солью или поташом (карбонатом калия). Соль была получена из морской воды, а поташ — из золы растений. Через некоторое время на поверхности тигля появился шлак с шариками алюминия! Конечно, выход металла был очень мал, но вполне возможно, что именно этим путем древние металлурги могли добиться успеха. Под счастливым числом
Алюминий — химический элемент III группы периодической системы, имеющий атомный номер 13. В земной коре алюминия очень много: 8,6 % от общей массы коры. Он занимает первое место среди всех металлов и третье среди других элементов (после кислорода и кремния). Алюминия вдвое больше, чем железа, и в 350 раз больше, чем в совокупности меди, цинка, хрома, олова и свинца!
Алюминий обладает рядом очень ценных свойств, которые позволили ему найти применение в технике, когда он вышел из разряда драгоценных металлов. Он отличается легкостью, хорошей ковкостью, способностью прокатываться в листы, вытягиваться в проволоку, хорошо заполнять форму при отливке, стойкостью к воздуху, воде и разбавленным органическим кислотам (уксусной, лимонной и др.). При нагревании до 100-150°С алюминий настолько пластичен, что из него можно изготовить фольгу толщиной менее 0,01 мм.
Способы применения алюминия очень разнообразны. Порошок алюминия применяется для составления горючих и взрывчатых смесей, для изготовления серебристой краски, состоящей из мельчайших чешуек алюминия, весьма устойчивой против атмосферных воздействий. Грубозернистый порошок алюминия используется в алюминотермии. Алюминотермией называется способ восстановления металлов из их окисей порошкообразным алюминием. Алюминотермию часто используют для получения высоких температур при сваривании металлических деталей. Исходная в этом случае смесь — «термит» — состоит из смеси порошков алюминия и окислов железа. Подожженная с помощью специального запала, она нагревается при горении до 3500° С. Термитный брикет весом всего в 50 г за несколько секунд проплавляет железный лист толщиной в 2 мм. От термитного порошка, горящего без пламени, но с брызгами, растрескиваются бетон и кирпич. Алюминиевые соли составляют основу страшного оружия — «напалма».
Единственный изъян алюминия — его недостаточная прочность. Решением этой проблемы стали различные сплавы. Самый известный из них — дуралюмин содержал 4 % Сu, 0,5 % Мg и 0,5 % Мn. Он был изобретен немецким ученым Альфредом Вильмом. Патент Вильм продал одной фирме в городе Дюрене (отсюда и название), которая в 1911 г. выпустила первую партию нового сплава. Схожими свойствами обладает силумин — легкий литейный сплав алюминия (основа) с кремнием (Si: 4-13 %). Алюминиевые сплавы применяются в ракетной технике, в авиа-, авто-, судо- и приборостроении, в производстве посуды, спорттоваров, мебели и т.д. Кстати, первый советский спутник был выполнен из алюминиевого сплава, как и корпуса американских ракет «Авангард» и «Титан», применявшихся для запуска первых американских спутников. Иван Дроздов.
|
