Алюминий. 
Общая химия

По относительному содержанию в земной коре алюминий занимает третье место после кислорода и кремния. Как металл алюминий по распространенности стоит на первом месте. Широко распространены среди минералов алюминия полевые шпаты, принадлежащие к обширной группе алюмосиликатов. Атомы алюминия, кремния и кислорода образуют каркас, в котором и алюминий, и кремний имеют тетраэдрическое окружение из атомов кислорода. Ионы каких-либо других металлов, входящие в состав минерала, вносят положительный заряд, недостающий у атома алюминия (+3) по сравнению с крсмнисм (+4). Например, ортоклаз имеет состав KAlSi₃O_g. Заряды калия и алюминия в сумме дают +4. При выветривании полевых шпатов под действием воды, углекислого газа и перепадов температуры образуются глины. В состав глины входят каолин Al₄(OH)₈Si₄O₁₀ и другие продукты выветривания. Крупные залежи образует минерал нефелин (Na, K) AlSi0₄, из которого по специально разработанной технологии выделяют оксид алюминия, а из последнего получают металл.

Для получения алюминия наиболее ценны минералы, не содержащие кремния. Минералы группы бокситов представляют собой различные формы гидроксида алюминия — А1(ОН)₃, АЮ (ОН) и др. с разным содержанием воды. В природе встречается также минерал корунд А1₂0₃, характеризующийся высокой твердостью. Крупные кристаллы корунда, окрашенные примесями Сг*³⁺ (рубин) и Fe³⁺+Ti³⁺ (сапфир), принадлежат к числу наиболее дорогих камней-самоцветов. Промышленно важные залежи образует минерал алунит K₂S0₄* A1₂(S0₄)₃-2A1₂0₃*6H₂0. В Гренландии имеются залежи фторидного минерала криолита — Na₃[AlF₆], необходимого для электролитического получения металлического алюминия.

Связь алюминия с кислородом отличается исключительно высокой прочностью, Е_св = 502 кДж/моль. Более прочна только связь алюминия с фтором: Е_сп = 665 кДж/моль. В результате этого кислородные соединения трудно перевести в соединения алюминия с другими элементами или выделить его в металлическом виде. В частности, оксид алюминия не восстанавливается углем. Первоначально изобретенный в 1825 г. способ получения по реакции.

давал крайне дорогой алюминий. Натрий для этой реакции получали электролизом. Хлорид алюминия можно было бы легко получить соединением алюминия с хлором, но когда это соединение служит сырьем для получения металла, такой метод отпадает. Безводный хлорид алюминия был получен пропусканием хлора над раскаленной смесью угля и оксида алюминия (глинозема):

При охлаждении образующейся смеси газов А1С1₃ переходит в твердое состояние.

Современная эпоха широкого применения алюминия началась с изобретения в 1886 г. американским юношей, любителем химии Ч. Холлом электролизного способа получения алюминия.

Для получения алюминия электролизом чрезвычайно трудно найти электролит. Оксид алюминия — тугоплавкое соединение (?_11Л = 2053°С).

Разработать технологически приемлемый процесс электролиза при такой температуре невозможно. Галогениды алюминия имеют молекулярную структуру и электрический ток не проводят. Холл изобрел электролит с температурой плавления меньше 1000 °C. Это расплавленный криолит Na₃[AlF₆], растворяющий оксид алюминия. При электролизе под напряжением в несколько вольт ему удалось получить металлический алюминий.

В настоящее время к смеси криолита и оксида алюминия добавляют фторид кальция для понижения температуры плавления смеси до ~950°С. Катод и анод изготавливают из графитовых блоков. На катоде образуется расплавленный алюминий:

На аноде окисляется кислород до 0₂, но главным образом происходит окисление материала анода:

Анод постепенно сгорает. Таким образом, при электролизном получении алюминия расходуется не только оксид алюминия, но и графит. Электролиз сопровождается и побочными реакциями, приводящими к образованию CF₄, OF₂ и других ядовитых газообразных веществ. Поэтому производство алюминия оказывается экологически вредным процессом. Но в современной технике алюминий необходим в больших количествах, и его производство не может быть прекращено. Химики и металлурги пытались найти системы для электролизного получения алюминия, которые находились бы в жидком состоянии при обычной или хотя бы не очень высокой температуре. В этом направлении успехов не достигнуто. В настоящее время ведутся разработки инертного малорасходного металлического анода, на котором происходило бы только выделение кислорода. Это позволило бы значительно уменьшить вредные выбросы в окружающую среду.

Алюминий как простое вещество — белый блестящий мягкий и легкий металл с хорошей электрической проводимостью. Плотность алюминия с чистотой 99,996% оказалась равной 2,6989 г/см³ (20°С), что несколько меньше значения 2,702 г/см³, приводимого во многих справочниках. Удельное электрическое сопротивление алюминия (р = 2,417−10 ⁸ Ом м при 273 К) больше, чем у меди, но вследствие малой плотности алюминиевый провод при одинаковых сопротивлении и длине в два раза легче медного. Поэтому чистый алюминий широко применяют для изготовления электропроводов.

Изучено огромное количество сплавов на основе алюминия. Широко известный тип сплавов — дуралюмииы, содержащие до 13% меди, а также добавки магния и обладающие высокой твердостью. Сплавы алюминия с магнием — магналии — характеризуются коррозионной стойкостью. Сплавы Al-Mg-Si называются авиали. Есть сплавы с пониженной плотностью, содержащие литий. Сплавы, состоящие из одних и тех же металлов, различаются по количественному составу, и поэтому их названия употребляются во множественном числе. Алюминий и его сплавы занимают в современной технике второе место после сплавов железа. Мировое производство алюминия превышает 15 млн т в год.