Петрокон - статьи из Энциклопедии «Тринадцатый элемент»

Петрокон - статьи из Энциклопедии «Тринадцатый элемент»

Без мечты общество умирает…

Пако Рабанн

Возможно, многие удивятся, что в качестве эпиграфа к нашей статье об алюминии выбраны слова выдающегося французского кутюрье. Однако стоит вспомнить, что 12 платьев его первой коллекции были не просто сшиты, а скорее сконструированы из материалов, которые, по его словам, «предлагает современная технология». Одно из этих платьев, мини-платье, было создано из алюминиевых пластинок.

Алюминий - действительно уникальный металл. Посмотрите вокруг: вот только что построенное здание. Оно огромно, но выглядит легким благодаря большим стеклянным панелям, обрамленным светлым металлом. Это алюминий. А вот по улице идет девушка в розовых, слегка блестящих модных балетках. Конечно, они не из металла, но блестят благодаря тонкому слою алюминиевого порошка. В витрине ювелирного магазина сверкают рубины, сапфиры, топазы - это минералы, содержащие алюминий.

В любом месте - дома, в офисе, кафе или ресторане - повсюду можно найти этот металл с мягким блеском. Стулья, банки для напитков, шариковые ручки, кухонная посуда, музыкальные центры, настольные лампы, ноутбуки, авиалайнеры, конфетные обертки, автомобили, мобильные телефоны - список изделий из алюминия можно продолжать бесконечно. Их достоинства столь же многочисленны: удобные, легкие, практичные, функциональные, элегантные, эффектные и красивые.

«Среди красивых вещей, особенно тех, которые красивы по смыслу и символике, жизнь становится лучше», - считает известный дизайнер мебели Филипп Старк, который также не прошел мимо этого серебристого металла. Кстати, о серебре. Когда-то металл, получивший название «алюминий» всего 200 лет назад, ценился выше серебра и золота, считался исключительно ювелирным материалом. Из него делали украшения, которые носили парижские модницы, а на алюминиевых блюдах подавали яства императору Наполеону. Но со временем из редкой диковинки алюминий превратился в незаменимый материал для архитекторов, конструкторов и дизайнеров, позволив осуществить их мечты и заставив нас по-новому взглянуть на привычные вещи.

Металлический алюминий в древности - миф или реальность?

Современный мир невозможно представить без алюминия. Этот металл используется столь широко, что его применение простирается от ложек до авиалайнеров. В XIX веке его называли "металлом будущего", поскольку именно тогда он стал известен миру. Однако упоминания о "металле, похожем на серебро", встречаются еще у древних римлян.

Первое упоминание алюминия можно найти в «Естественной истории» римского ученого Плиния Старшего. Согласно легенде первого века нашей эры, во дворец к императору Тиберию пришел мастер, принесший блестящую чашу, похожую на серебряную, но необычно легкую. Когда его спросили, откуда он взял этот удивительный металл, он ответил: "Из глины". Мастер ожидал награды, но император приказал его казнить, опасаясь, что открытие приведет к обесцениванию серебра, из которого чеканили монеты.

Что же за материал так напугал императора и угрожал экономике Древнего Рима? Согласно описаниям античных авторов, неизвестный металл, полученный из глины, был очень похож на алюминий.

«Однажды римскому ювелиру позволили показать императору Тиберию чашу, сделанную из нового металла. Чаша отличалась необычайной легкостью, а блеском не уступала серебряной. Мастер сообщил императору, что этот металл он получил из обычной глины. Он также заверил принцепса, что способ добычи этого металла знает только он и боги. Император заинтересовался, но финансовая сторона дела его обеспокоила. Ему пришло в голову, что, если люди научатся добывать этот светлый металл из глины, все запасы золота и серебра в его сокровищнице мгновенно обесценятся. В результате, вместо ожидаемого вознаграждения, мастеру по приказу императора отрубили голову.»

Плиний Старший. Естественная история. I век

Глины и алюминий: различия и загадки древности

Глины можно различить по внешнему виду и на ощупь, и у гончаров есть своя терминология. Они делят глины на тощие и жирные. Жирная глина легко мажется и используется для изготовления керамики. Если провести пальцем по поверхности такой глины, она станет блестящей; тощая глина останется тусклой, так как она менее пластична и непригодна для гончарного дела. Однако именно тощую глину легко перепутать с бокситом, породой, служащей сырьем для производства алюминия. При переработке боксита выделяют оксид алюминия, из которого с помощью электрического тока получают чистый металл.

Древнеримский мастер не мог найти самородок "мягкого металла, похожего на серебро", потому что алюминий в чистом виде в природе практически не встречается. Этот металл очень активен; при длительном контакте с водой и кислородом он превращается в химические соединения.

В XIX веке ученые обнаружили, что при сильном нагревании смеси угля и оксида алюминия выделяются пары алюминия, которые при охлаждении превращаются в маленькие тусклые шарики, непохожие на чистый металл. Эти шарики покрыты коркой оксида. Полученный таким способом алюминий нельзя превратить в слиток и сделать из него чашу. Чтобы избежать образования оксида, ученые проводили различные опыты, например, добавляли к оксиду алюминия другие металлы, такие как медь или железо, чтобы предотвратить образование карбида алюминия (Al₄C₃).

В 1887 году американские ученые братья Коулз предложили добавлять к оксиду алюминия другие металлы, чтобы получить сплавы, в которых преобладал алюминий. Этот метод частично достиг цели, и возможно, именно так поступил римский мастер, преподнесший чашу императору Тиберию.

Археологи не нашли античные предметы из алюминия, но при раскопках древних гробниц в Китае были обнаружены изделия из алюминиевого сплава. В 1959 году китайский археолог Ян Кень опубликовал результаты раскопок в городе Киансу, где была найдена пряжка, датируемая III-VI веками, из сплава, содержащего 85% алюминия, 10% меди и 5% марганца. Подобный сплав использовался и для орнаментов гробницы китайского полководца Чжоу-Чжу, умершего в начале III века. Эти факты свидетельствуют о том, что китайские металлурги древности раскрыли секрет получения алюминиевых сплавов задолго до американцев.

Почему изделия из этого металла не получили широкого распространения, остается загадкой. Однако факт остается фактом: многие века человечество использовало сложные вещества, содержащие алюминий, часто не осознавая этого.

Чистый алюминий в природе

В виде слитков алюминий в природе не встречается. Однако в железистых отложениях и глинах в восточной части Тихого океана, на дне Красного моря и в габбро-долеритовых породах Сибирской платформы были обнаружены наночастицы самородного алюминия размером менее 100 микрон. Частицы со дна Тихого океана состоят из практически чистого алюминия (98-100%) с небольшими примесями железа, титана, кальция, кремния и хлора.

Эти микрочастицы алюминия кажутся желто-оранжевыми из-за тонкой пленки, состоящей из частично окисленного железа и кремния. Ученые полностью исключают техногенную гипотезу их появления на дне океана, так как в них нет примесей меди и марганца, которые неизменно присутствуют в промышленно получаемом алюминии. Маловероятна и гипотеза о космическом происхождении алюминия, хотя самородный алюминий был найден и на Луне: образец грунта из континентальной части между Морем Кризисов и Морем Изобилия содержал три небольших вытянутых зерна алюминия длиной 0,22, 0,15 и 0,1 мм. Эти частицы, подобно земным, имели матовую окраску и серебристо-белый цвет на свежем изломе, а их кристаллическая структура ничем не отличалась от земного алюминия.

Согласно гипотезе биогенного образования металлов, включая алюминий, все дело в микроорганизмах, создающих восстановительную среду. Однако деятельность бактерий приводит к формированию металлов в скрытом кристаллическом виде, в то время как найденные микрочастицы алюминия обладают совершенной кристаллической структурой. Это позволяет предположить, что алюминий восстанавливается из соединений в результате эндогенных процессов при высоких температурах и давлении без доступа кислорода, например в атмосфере водорода или метана. В этих условиях, при контакте щелочных и ультращелочных пород с кварцем (SiO2) и галитом (NaCl), возможно образование летучего хлорида алюминия (AlCl), который, проходя через слои горных пород, распадается на мелкие кристаллы алюминия и хлорид (AlCl3).

Ученые предполагают, что на поверхности Луны самородного алюминия больше, чем на Земле. Они объясняют это тем, что его небольшие кристаллы могли образоваться не только вследствие распада устойчивого при высоких температурах хлорида AlCl, но и в результате бомбардировки поверхности Луны космическими лучами. Под воздействием потоков нейтронов и протонов, которые бомбардируют Землю из космоса, некоторые связи в соединениях алюминия рвутся, что может привести к образованию мелких частиц свободного металла. Подробное изучение этих процессов – дело будущего.