Алюминиевая почемучка

Здесь можно найти все, что стоит знать об алюминии: его основные характеристики, отрасли использования, историю открытия и наглядное описание того, как его производят сейчас.

Познавательно и полезно и для детей, и для взрослых!

Что такое алюминий?

Алюминий - это легкий и пластичный белый металл, матово-серебристый благодаря тонкой оксидной пленке, которая сразу же покрывает его на воздухе. Он относится к III группе периодической системы, обозначается символом Al, имеет атомный номер 13 и атомную массу 26,98154. Температура его плавления составляет 660°. Алюминий чрезвычайно распространен в природе: по этому параметру он занимает четвертое место среди всех элементов и первое — среди металлов (8,8% от массы земной коры), но не встречается в чистом виде. Его в основном добывают из бокситов, хотя известно несколько сот минералов алюминия (алюмосиликаты, алуниты и т. п.), абсолютное большинство которых не подходит для получения металла.

Алюминий обладает замечательными свойствами, которые объясняют широчайший спектр его применения. По объемам использования в самых разных отраслях промышленности он уступает только железу. Ковкий и пластичный, алюминий легко принимает любые формы. Оксидная пленка делает его устойчивым к коррозии, а значит, срок службы изделий из алюминия может быть очень долгим. Кроме того, к списку достоинств необходимо добавить высокую электропроводимость, нетоксичность и легкость в переработке.

Всем этим объясняется огромное значение легкого металла в мировой экономике. Без него аэрокосмическая индустрия никогда не получила бы развития. Алюминий необходим для производства автомобилей, вагонов скоростных поездов, морских судов. Самые разные виды продуктов из алюминия используются в современном строительстве. Алюминий практически вытеснил медь в качестве материала для высоковольтных линий электропередачи. Примерно половина посуды для приготовления пищи, продаваемой каждый год во всем мире, сделана именно из этого металла. Мы уже не можем представить магазин без алюминиевых банок для напитков и аптеку без лекарств, упакованных в алюминиевую фольгу.

Где используется?

Транспорт

Чтобы создать современное транспортное средство, будь то автомобиль, поезд, океанский лайнер или космический корабль, необходим алюминий. Поэтому транспортная индустрия — его главный мировой потребитель. На западе производители транспорта обеспечивают 26% спроса на первичный алюминий и 38% спроса на вторичный алюминий. И неудивительно: детали из этого легкого, прочного, устойчивого к коррозии металла могут служить десятки лет.

Кроме того, производители транспортных средств в наши дни стараются по максимуму заменить алюминием традиционные железо и сталь. Дело в том, что использование более легких материалов позволяет снизить вес автомобиля или вагона поезда — а значит, существенно сэкономить топливо.

Электрика и машиностроение

Любое словарное или энциклопедическое определение алюминия, в первую очередь, указывает на его способность прекрасно проводить электричество. Это качество в сочетании с легкостью и устойчивостью к коррозии делает его одним из важнейших материалов для производства электротехники. Более 25% алюминия, производимого в России, используется в этой области.

Из алюминия производят провода для высоковольтных линий электропередач и кабели самого разного назначения. Подстанции, на которых понижают напряжение и распределяют электричество по разным каналам, часто целиком построены из алюминия. Энергетические системы и электрические приборы невозможно представить себе без алюминиевой проволоки: из нее делают обмотку моторов и трансформаторов.

Кстати, чтобы своими глазами увидеть, насколько алюминий важен для электротехнической индустрии, даже не надо выходить из дома — достаточно посмотреть на обычную электрическую лампочку. Ее цоколь сделан именно из этого универсального металла — роль, которую алюминий отвоевал у латуни еще в 50-х годах прошлого века.

Еще одна отрасль, где применяется алюминий, это промышленное машиностроение. Из крылатого металла делают ирригационные системы, элементы двигательных установок производственного оборудования, конвейерные ленты и системы автоматизированного управления, лестницы, строительные леса, крепления.

Фармацевтика

В 1926 году было открыто, что осажденный квасцами дифтерийный токсоид (обезвреженный бактериальный токсин) гораздо лучше стимулирует выработку антител, чем он же в чистом виде. С тех пор для усиления действия вакцин чаще всего используют алюминиевые соли, поскольку они считаются безвредными для человека.

Именно на основе алюминия производят наиболее эффективные антациды. Гидроокись алюминия, хорошо нейтрализующая кислоту, нужна для лечения язвенных болезней, диспепсии, раздражения желудка. Для этих же целей подходит фосфат алюминия.

Но даже тем, у кого прекрасное здоровье, пригодится содержащее алюминий средство, которое продается в любое аптеке, да и не только. Речь идет о дезодоранте-антиперспиранте. Еще древние греки и римляне использовали квасцы для подавления секреции. Обычными квасцами пользовались и наши бабушки. В первые фабричные средства от запаха пота добавляли хлорид алюминия, а основным агентом современных средств является хлоргидрат алюминия. Кстати, на чем основан эффект их действия, до сих пор точно не известно.

Тара и упаковка

Идеальная упаковка должна быть легкой, прочной, не бьющейся, не токсичной и, конечно, подходящей для переработки. Можно ли достичь такого идеала? Да, если использовать тару или упаковку из алюминия! Она защищает от света, влаги, бактерий и неприятных запахов, отлично сохраняет вкус и аромат и удобна в транспортировке. Не говоря уже о прочих приятных качествах — например, способности долго сохранять нужную температуру. Поэтому две самые распространенные формы алюминиевой упаковки — банки для напитков и фольга — буквально завоевали мир.

Первая алюминиевая банка для напитков появилась не так давно — в 1972 году. Она весила в два раза меньше стальной банки и в девять раз меньше стеклянной бутылки. Современные варианты еще легче: сегодня на производство каждой банки уходит на 40% меньше металла, чем тридцать пять лет назад.

Изнутри банки имеют защитное полимерное покрытие, позволяющее увеличить срок хранения продукта. Оно гарантирует, что содержимое никогда не войдет в соприкосновение с металлом

Фольга — второй по популярности вариант алюминиевой упаковки. Ее удивительные изолирующие качества обеспечивают превосходство над большинством других твердых и гибких материалов. Тончайший слой алюминиевой фольги, иногда всего в 6,35 микрон толщиной (это в восемь раз тоньше банкноты), обеспечивает полную защиту от света и жидкости. Фольгу легко стерилизовать. Неудивительно, что ее широко используют производители лекарств, косметики и средств гигиены. Обычный блистер с таблетками или порционная упаковка дорогой косметической маски — все это делается из фольги.

Строительство

Из общемирового объема производимого алюминия 20% идет на строительство. Редкое здание сегодня возводится без использования этого металла, ведь физические свойства алюминия делают его прекрасным строительным материалом. Легкий вес означает, что несущие конструкции получают меньшую нагрузку, а прочность позволяет использовать его для решения самых разных задач. Особые преимущества дает устойчивость к коррозии: алюминий прекрасно подходит для районов с тяжелыми погодными условиями. И, конечно, его легкоплавкость дает простор для фантазии архитекторов и дизайнеров.


Алюминиевые конструкции или, говоря иначе, строительные материалы из алюминия помогают поддерживать в домах прохладу летом, тепло зимой, а уют и сухость — круглый год. Так, алюминиевый сайдинг, снабженный изоляцией и отражающим покрытием из фольги, защищает в четыре раза лучше, чем кирпичная облицовка толщиной в 10 см или каменная кладка толщиной более 20 см.

Ежегодно в новых и старых зданиях устанавливают миллионы алюминиевых рам и дверей. Высокопрочные, хорошо удерживающие внутреннюю температуру, обладающие низким коэффициентом расширения и сжатия, они отвечают всем современным требованиям. Новейшие технологии позволяют монтировать в алюминиевые рамы солнечные батареи — вероятно, в будущем этот способ энергосбережения станет весьма популярным.

Дизайн

До того, как алюминий научились добывать промышленным способом, он был настолько редким и ценным, что какое-то время стоил дороже золота. Неудивительно, что первым его применением стали ювелирные украшения, медали и прочие драгоценные предметы.

Одним из первых «ювелиров-алюминщиков» был Оноре Северин Бурдонкль (Honoré-Séverin Bourdoncle). В 1855-1860-х годах он работал для двора Наполеона III и создал, в частности, алюминиевую погремушку для наследного принца и несколько кубков и браслетов в форме замысловатых скульптурных композиций. А датчанин Йорген Балтазар Далхофф (Jørgen Balthasar Dalhoff) сделал из нового материала парадные шлемы для короля Фредерика VIII и принца Фердинанда.

На рубеже веков новый материал покинул придворные покои и стал появляться на улицах. Не подверженный коррозии, он отлично подошел для городской и садово-парковой скульптуры. Именно из алюминия сэр Альфред Гилберт (Sir Alfred Gilbert), самый выдающийся британский скульптор конца 19 века, в 1893 году создал знаменитую статую Эроса, которая была установлена на Пикадилли и стала одним из символов Лондона.

20-е — 30-е годы прошлого века принесли популярность металлической мебели. Правда, в Старом Свете ее не оценили, зато американцы сочли удобной и привлекательной. Одним из первых трубчатую алюминиевую мебель стал разрабатывать Уоррен Макартур (Warren McArthur). Изначально она предназначалась для офисов, но впоследствии заняла место в домах ценителей нового дизайна — в том числе, у Марлен Дитрих и других голливудских звезд.

С началом 50-х годов, на заре эры массового потребления, предметы из алюминия стали ассоциироваться с новым оптимистичным стилем жизни. Во дворах и садах появились складные стулья из алюминиевых трубок и нейлона — наглядные примеры использования военных технологий в мирных целях, а на столах — наборы для прохладительных напитков из яркого анодированного алюминия.

Алюминий был продемонстрирован и на подиуме: в конце 60-х Пако Рабанн (Paco Rabanne) представил коллекцию металлических мини-платьев,, которые стали его фирменным знаком. А его показ 1999 года блистал платьями с алюминиевыми дисками. Сальваторе Феррагамо (Salvatore Ferragamo) создал изящные сумочки из легкого металла, Оскар де ла Рента (Oscar de la Renta) делал алюминиевые купальники. У Иссей Мияке (Yssey Miyake) фольга использовалась для создания «одежды будущего» в коллекции Starbust зимы 1998 года. Но легкий металл используется не только в высокой моде: у многих женщин есть одежда с люрексом, который делают из алюминиевой фольги и пластика.

Когда его открыли?

Первое упоминание о металле, который по описанию был похож на алюминий, встречается в первом веке нашей эры у Плиния Старшего. Согласно изложенной им легенде, некий мастер преподнес императору Тиберию необычайно легкий и красивый кубок из серебристого металла. Даритель сообщил, что получил новый металл из обычной глины. Очевидно, он ожидал благодарности и покровительства, но вместо этого лишился жизни. Недальновидный правитель приказал обезглавить мастера и разрушить его мастерскую, чтобы предотвратить обесценивание золота и серебра.

Первый задокументированный шаг к получению алюминия сделал прославленный Парацельс в 16 веке. Он выделил из квасцов «квасцовую землю», содержавшую окись неведомого тогда металла. А в середине 18 века эксперимент повторил немецкий химик Андреас Маргграф (Andreas Marggraf). Он назвал окись алюминия словом «alumina» (от латинского «alumen» — вяжущий). С этого момента о существовании алюминия стало известно науке, однако, не будучи найденным в чистом виде, металл не получил настоящего признания.

В 1808 году англичанин Хэмфри Дэви (Humphry Davy) пытался выделить алюминий методом электролиза. Это ему не удалось, но ученый все же дал металлу его современное название. Успехом увенчались эксперименты датчанина Ханса-Кристиана Эрстеда (Hans Christian Ørsted) в 1825 году. Пропустив хлор через раскаленную смесь глинозема с углем, он получил хлористый алюминий. Нагрев его с амальгамой калия, Эрстед выделил металл, по своим свойствам похожий на олово. Ученый сообщил об этом в малоизвестном журнале и прекратил эксперименты. Эстафету принял немец Фридрих Велер (Friedrich Wöhler), который в итоге потратил 18 лет работы на то, чтобы получить алюминий в виде слитка.


Как его получают сейчас?

Алюминий — самый распространенный металл в природе: его доля в земной коре составляет до 8,8%. Благодаря своей химической активности он практически не встречается в свободном виде: несмотря на бытующее мнение, алюминиевых рудников в природе не существует — для промышленного производства подходят лишь немногие из содержащих его минералов и горных пород.

Узнать все самое интересное