Алюминий
тигает максимума –
45...48 кг/мм2. Иначе говоря, благодаря окиси прочность алюминия
увеличивается и 6 раз. Объясняется это, конечно, не просто присутствием
окиси алюминия, а ее дисперсностью, способом наращивания пленки,
механизмом ее взаимодействия с алюминием.
Чем меньше расстояние между частицами, тем прочнее САП. Благодаря тому,
что природа дисперсных образований в обычных стареющих алюминиевых сплавах
и в САП различна, эти материалы очень различаются и по своим свойствам.
САП сохраняет высокую прочность до 500...600°C, а все алюминиевые сплавы
при этой температуре переходят в полужидкое или вязкое состояние. Тысячи
часов при температуре до 500°C в общем мало сказываются на прочности САП,
потому что взаимодействие окисных частиц и алюминиевой матрицы мало
меняется после нагрева. Сплавы же алюминия при таком испытании совершенно
теряют прочность.
САП не нуждается в закалке, по коррозионной стойкости он близок к чистому
алюминию. По электропроводности и теплопроводности этот материал ближе к
чистому алюминию, чем стареющие сплавы такой же прочности. Характерная
особенность САП – адсорбция огромного количества влаги разветвленной
поверхностью окисленных частиц.
Поэтому САП необходимо хорошо дегазировать в вакууме, нагревая материал до
точки плавления алюминия. Из САП изготовляют поршни двигателей, работающих
при температуре до 400 и даже 450°C, материал этот перспективен для
судостроения и химического машиностроения.
Заканчивая рассказ о применении алюминия как конструкционного материала,
надо упомянуть и о его спеченных сплавах с кремнием, никелем, железом,
хромом, цирконием. Они называются САС – по первым буквам слов «спеченный
алюминиевый сплав». Сплавы имеют низкий коэффициент линейного расширения,
и это позволяет использовать их в сочетании со сталью в механизмах и
приборах. У обычного же алюминия коэффициент линейного расширения примерно
вдвое выше, чем у стали, и это вызывает большие напряжения, искажения
размеров и нарушения прочности.
Рассказать об элементе №13 можно, конечно же, гораздо больше, чем о
металле алюминии. С «биографией» элемента №13 связана судьба многих
научных проблем и открытий, самых разных процессов и продуктов – красок,
полимерных материалов, катализаторов и многих других. И все-таки не будет
ошибки, если утверждать, что металл алюминий по значимости в современной
технике, в современной жизни – важнее, нежели все соединения алюминия,
вместе взятые.
Не только легенда
Во многих популярных книгах по химии и металлургии приводится рассказ о
том, что алюминий якобы был известен еще в древности. Некий изобретатель
(имя его осталось неизвестным) принес одному из владык чашу из металла –
очень легкого, но внешне похожего на серебро. История закончилась
плачевно: изобретателя казнили, поскольку владыка боялся, как бы новый
металл не обесценил его серебро.
Скорее всего, эта история – не больше чем красивая сказка. А вот
некоторыми соединениями алюминия люди пользовались и в древности. И не
только глиной, основу которой составляет Al2O3. В «Естественной истории»
Плиния Старшего упоминается, что квасцы (их формула KAl(SO4)2 · 12Н2О) еще
на рубеже старой и новой эры применяли в качестве протравы при крашении
тканей. В начале нашей эры римский полководец Архелай во время войны с
персами приказал обмазать деревянные башни квасцами. В результате дерево
приобрело огнестойкость, и персы не смогли поджечь укрепления римлян.
Алюминотермия
В 1865 г. известный русский химик Н.Н. Бекетов открыл метод восстановления
металлов с помощью алюминия, получивший название алюминотермии. Сущность
метода состоит в том, что при поджигании смеси окислов многих металлов с
элементарным алюминием происходит восстановление этих металлов. Если
окисел взят в избытке, то полученный металл будет почти свободным от
примеси элемента №13. Этим методом сейчас широко пользуются при получении
хрома, ванадия, марганца.
Синтетический криолит
Для получения алюминия электролизом необходим криолит. Этот минерал,
внешне похожий на лед, позволяет намного снизить температуру плавления
глинозема – сырья для производства алюминия. Состав криолита 3NaF · AlF3.
Единственное крупное месторождение этого минерала почти исчерпано, и можно
сказать, что алюминиевая промышленность мира работает сейчас на
синтетическом криолите. В нашей стране первые попытки получить
искусственный криолит сделаны еще в 1924 г. В 1933 г. неподалеку от
Свердловска вступил в строй первый криолитовый завод. Существуют два
основных способа производства этого минерала – кислотный и щелочной,
первый используется шире. В этом случае сырьем служит плавиковый шпат
СаF2, который обрабатывают серной кислотой и получают фтористый водород.
Растворив в воде, его превращают в плавиковую кислоту, которая
взаимодействует с гидроокисью алюминия. Полученную фторалюмниевую кислоту
H3AlF6 централизуют содой. В осадок выпадает мало растворимый в воде
криолит.
Первый катализатор
Уже много лет не прекращаются разговоры о катализаторах К. Циглера и
Д. Натта – элементоорганических соединениях, революционизировавших
производство многих полимерных материалов, прежде всего синтетических
каучуков. Полимеры, полученные с помощью таких катализаторов, отличаются
особенно четкой структурой и оттого – лучшими физико-химическими
свойствами. Первыми катализаторами стереоспецифической полимеризации были
алюминийорганические соединения.
И все это – окись алюминия!
Алюминий давно уже перестал быть драгоценным металлом, но некоторые его
соединения по-прежнему остаются драгоценными камнями. Монокристаллы окиси
алюминия с небольшими добавками красящих окислов – это и ярко-красный
рубин и сияющий синий сапфир – драгоценные камни первого – высшего
порядка. Цвет им придают: сапфиру – ионы железа и титана, рубину – хрома.
Чистая кристаллическая окись алюминия бесцветна, ее называют корундом.
Алюминий входит также в состав турмалина, бесцветного лейкосапфира,
желтого «восточного топаза» и многих других ценных камней. В заводских
масштабах производятся искусственные корунд, сапфир и рубин, эти камни
нужны не только ювелирам, но и многим отраслям современной техники.
Достаточно вспомнить о рубиновых лазерах, о часах «на пятнадцати камнях»,
о наждаке, который делается преимущественно из корунда, получаемого в
электропечах, о сапфировых окнах «Токамака» – одной из первых установок
для изучения термоядерных процессов.
Только один изотоп
Природный алюминий состоит только из одного «сорта» атомов – изотопа с
массовым числом 27. Известны несколько искусственных радиоактивных
изотопов элемента №13, большинство из них – короткоживущие и лишь один –
алюминий-26 имеет период полураспада около миллиона лет.
Алюминаты
Алюминатами называют соли ортоалюминиевой Н3АlO3 и метаалюминиевой НАlO2
кислот. Среди природных алюминатов – благородная шпинель и драгоценный
хризоберилл. Алюминат натрия NaAlO2, образующийся при получении глинозема,
применяют в текстильном производстве как протраву. В последнее время
приобрели практическое значение и алюминаты редкоземельных элементов,
отличающиеся высокой тугоплавкостью и характерной, во многих случаях
красивой, окраской. Алюминаты лантана и самария – кремовые, европия,
гадолиния и диспрозия – розовые, неодима – сиреневые, празеодима – желтые.
Эти материалы считаются перспективными в производстве специальной керамики
и оптических стекол, а также в ядерной энергетике: некоторые
редкоземельные элементы отличаются исключительно высокой способностью к
захвату тепловых нейтронов. Подробнее об этом – в рассказах о лантаноидах.
Учитель – об ученике
«...Я считаю, что сделал открытие: открыл человека. В 1880 году вскоре
после моего возвращения из Японии, где я преподавал четыре года химию, я
обратил внимание на шестнадцатилетнего паренька. Этот юноша приходил в
лабораторию, чтобы за несколько центов купить стеклянные трубки, пробирки
или еще что-нибудь в этом роде. Я ничего не знал об этом мальчике, но
часто думал, что, возможно, он станет ученым – ведь он занимается
исследованиями в те годы, когда другие подростки проводят время только в
играх и развлечениях. Этот подросток и был Чарльз М. Холл, человек, в 23
года открывший метод выделения алюминия из руд.
Чарльз поступил в колледж, и после того как он прошел часть обязательного
курса, я забрал его к себе в лабораторию. Как-то, беседуя со студентами, я
сказал: «Изобретатель, которому удастся разработать дешевый способ
получения алюминия и сделать алюминий металлом массового потребления,
окажет большую услугу человечеству и заслужит славу выдающегося ученого».
Я услышал, как, обернувшись к одному из своих сокурсников, Чарльз сказал:
«Я займусь этим металлом». И он принялся за работу. Он испробовал
множество методов, но все безуспешно. Наконец, Холл остановился на
электролизе. Я о
| |  скачать работу |
Алюминий |
