История

Свойства

Применение

Опыты

         Алюминий

 
    Соединения алюминия, известны уже как минимум несколько тысяч лет. Например драгоценые камни, такие как рубин или сапфир, это практически чистый оксид алюминия (если конечно камень не имеет включений посторонних минералов). Глинозем используется тоже очень давно, но металлический алюминий в более или менее чистом виде был получен лишь в 1825 году.
    Из-за высокой активности, алюминий достаточно сложно выделить в виде металла и тем более масштабировать его выделение до промышленного масштаба. Сначала, алюминий получали восстановлением AlCl₃ металлическим калием или его амальгамой. Разумеется этот процесс был сложен, опасен, и дорог. Как в случае многих периодических процессов, наладить прозводство больших количеств алюминия этим способом было очень сложно (особенно почти два века назад). И лишь в 1886 году, Чарльз Мартин Холл открыл способ получения алюминия электролизом раствора глинозема (Al₂O₃) в расплавленном криолите (3NaF*AlF₃). Этот способ оказался значительно более экономичным (по сравнению с металлотермическим восстановлением), легко масштабируемым процессом пригодным для непрерывного производства. После этого, объемы производства алюминия вырости на несколько порядков, а цена упала примерно в тысячу раз и алюминий стал доступным конструкционным материалом.
    Чтобы получить алюминий, надо затратить значительное количнство энергии, но однажды выделенный, этот металл более устойчив на воздухе чем например обычная сталь. Это поисходит из-за образования на поверхности алюминия тонкой но очень прочной пленки оксида Al₂O₃, которая защищает металл от дальнейшего окисления.


    Алюминий плавится при температуре немного ниже семисот градусов. Если взять немного алюминия, его можно нагреть до плавления на обычной газовой плите (или паяльной лампе). Плавить алюминий можно в посуде из нержавеющей стали но жезелная или керамическая емкость тоже работает неплохо. Пленка оксида защищает металл и в расплавленном состоянии. Если не перемешивать расплав и сильно не раскачивать его, оксидная пленка остается целой и алюминий окисляется не очень сильно (а вот магний, так расплавить не получится, обязательно загорится!).
   Расплавленный алюминий можно вылить в чистую и сухую форму. Если используется форма из керамики или графита, перед отливкой их надо обязательно нагреть для удаления воды, иначе испаряясь, она расплескает алюминий вокруг и будет не очень приятно. Благодаря низкой температуре плавления, алюминий и его сплавы можно отливать в металические разъемные формы (литье в кокиль). В отличие от литья в песчанные формы, этот метод позволяет получить отливки с точными размерами и более высоким качеством поверхности. Кроме того, металлические формы - многоразовые.
    Слитки на фото, получены из алюминевых гранул и отлиты в графитовую форму. Чистота исходного металла - 99.5%

 
    В промышленности слитки алюминия выпускаются обычно массой от нескольких десятков килограмм и больше. Для моей коллекции, такой образец пока чересчур большой и я решил поискать слитки алюмиия высокой чистоты. Цена за килограмм у них выше, но зато можно купить слиток небольшого размера. Вес слитка - 2 килограмма, чистота - 5N (99.999%)

 
    Еще один кусочек особо-чистого алюминия. Судя по форме, вырезан из какого то слитка, по форрме похожего на предыдущий образец. Поверхность подвергнута травлению и на ней видна крупнозернистая структура слитка.

 
    Как сообщается в литературе, алюминий чистотой до 99.999% получают электрорафинированием. Более высокая чистота металла достигается очисткой методом химического транспорта через образование летучего субфторила алюминия AlF₃ + 2Al <=> 3AlF. Металлический алюминий реагирует с AlF₃ при температуре около 1000 °C, летучий субфторид алюминия переносится в более холодную часть реактора и там разлагается на чистый алюминий и трифторид. Примеси с AlF₃ не реагируют и остаются в горячей зоне.
    На сколько я понял, кусок алюминия представленный на этих фотографиях, является результатом именно такого процесса очистки. Образец имеет очень своеобразную волнистую поверхность. Чистота металла - 5N8 (99.9998%)

 
    Практически все стеклянные зеркала, изготовленные до начала XX века, имеют серебряный зеркальный слой. Он наносился на стекло или натиранием серебряной амальгамой или осажденем серебра из раствора (например по известной "реакции серебряного зеркала"). В настоящее время, серебро в производстве зеркал практически повсеместно вытеснено алюминием, который наносят на стекло методом вакуумного напыления. У этого процесса существует несколько вариантов: мегнетронное напыление, испарение электронным пучком, резистивное напыление. В последнем варианте, алюминий (например в виде вот таких таблеток-цилиндриков), нагревается в высоком вакууме, испаряется и конденсируется на поверхности стекла формируя зеркальный слой. Для получения равномерного, качественного покрытия, исходный алюминий должен иметь высокую чистоту. Чистота металла в таблетках на первом фото - 4N, на фтором. в таблетках меньшего размера - 5N.

 
    Необычная форма для металла - пена.
    Пеноалюминий сочетает в себе легкость и обрабатываемость алюминия с хорошей звуко и теплоизоляцией пен. Поры замкнутые, то есть воду такой материал впитывать не должен и будет в ней плавать. Как написано в "Популярной библиотеке химических элементов", алюминий вспенивали вводя в него небольшие количества гидридов титана или циркония, а сразу после этого, разливали в формы. Раньше, на этот материал возлагали большие надежды, например планировали использовать его в качетве материала для вагонов метрополитена. Но почему то широкого распространения он не получил. Может быть был вытеснен более дешевыми полимерными материалами.

 
    Кажется ни в России ни в Советском Союзе, алюминий для изготовления монет не использовался. Вроде бы в довоенное время были изготовлены эскизы мелких разменных монет из алюминия, но в серию они не пошли. А вот во многих других странах, алюминий и в настоящее время используется для изготовления монет. На фотографии - японские Йены, но монеты из алюминия можно было встретить так же в ГДР, Китае, Польше и многих других странах.