Лайнус Полінг, Пітер Полінг — Хімія
Деякі фізичні властивості алюмінію та споріднених з ним елементів наведено в табл. 18.3. Густина алюмінію майже втричі менша за густину заліза, але водночас деякі його сплави (наприклад, описаний нижче дюралюміній) мають міцність м'якої сталі; завдяки поєднанню легкості й міцності за невисокої вартості виробництва алюмінієві сплави знаходять широке застосування. Алюміній використовують замість міді як добрий провідник електрики: його електропровідність сягає майже 80% електропровідності міді*. Металургію алюмінію описано в розд. 11.
Металічний алюміній має велику реакційну здатність (див. ряд напруг); за сильного нагрівання в атмосфері повітря або кисню він швидко згоряє. Алюмінієвий пил утворює з повітрям вибухову суміш. Проте за звичайних умов алюміній швидко вкривається міцним тонким шаром алюміній оксиду, що запобігає його подальшій корозії.
Деякі алюмінієві сплави знаходять дуже широке застосування. Одним із таких сплавів, що мають більшу міцність і в'язкість, ніж чистий алюміній, є дюралюміній, або дюраль, — сплав, який містить близько 94,3% алюмінію, 4% міді, 0,5% мангану, 0,5% магнію та 0,7% кремнію. Проте він менш стійкий проти корозії, і його часто захищають покриттям із чистого алюмінію. Листи, прокатані з дюралю й з обох боків плаковані чистим алюмінієм, називаються альклад.
Алюміній оксид (глинозем) Al2O3 трапляється в природі у вигляді мінералу корунду. Неочищений корунд (наждак) використовують як абразив. Чистий корунд безбарвний. Дорогоцінні камені рубін (червоного кольору) і сапфір (синього або іншого кольору) — прозорі кристали корунду, що містять невеликі кількості різних оксидів металів (оксидів хрому й титану). Штучні рубіни та сапфіри можна одержувати сплавлянням алюміній оксиду (т. топл. 2050 °C) з невеликими кількостями інших оксидів; розплав слід охолоджувати за такого режиму, який дав би змогу одержати великі кристали. Камені, одержані таким способом, за властивостями не можна відрізнити від природних; їхньою характерною ознакою є лише периферійні мікроскопічні вкраплення пухирців повітря. Такі камені правлять за прикраси, а в промисловості їх використовують для виготовлення підшипників («каменів») у годинниках та інших механізмах, фільєр волочильних станів.
Алюміній сульфат Al2(SO4)3·18H2O можна одержати розчиненням алюміній гідроксиду в сульфатній кислоті
2Al(OH)3 + 3H2SO4 + 12H2O → Al2(SO4)3·18H2O
Його застосовують для очищення води та як протраву під час друкування на тканинах (протрава — речовина, що закріплює фарбу, роблячи її нерозчинною). В обох випадках це стає можливим завдяки властивості Al2(SO4)3 давати за розчинення у великій кількості нейтральної або слаболужної води драглистий осад алюміній гідроксиду Al(OH)3. Реакція, що відбувається при цьому, є оберненою до наведеної вище. Під час фарбування і друкування на тканинах драглистий осад сприяє закріпленню фарби на тканині. У разі очищення води осад такого роду адсорбує розчинені та завислі у воді забруднення, які видаляють після їх осідання на дно резервуара.
Під час випарювання розчину, що містить алюміній сульфат і калій сульфат K2SO4, випадають гарні безбарвні кубічні (октаедричні) кристали галуну KAl(SO4)2·12H2O. З амоній сульфатом утворюються аналогічні кристали амонійного галуну NH4Al(SO4)2·12H2O. Галун, так само як і алюміній сульфат, застосовують як протраву під час фарбування тканин, для очищення води та як ущільнювальний проклеювальний матеріал у виробництві паперу (алюміній гідроксид осаджується між волокнами целюлози).
Алюміній хлорид AlCl3 одержують пропусканням сухого хлору або гідроген хлориду над нагрітим алюмінієм
2Al + 3Cl2 → 2AlCl3
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
Безводний AlCl3 застосовують у багатьох хіміко-технологічних процесах, зокрема у виробництві бензину на крекінг-установках.
* Електропровідність визначається як провідність електрики дротом з площею поперечного перерізу, що дорівнює одиниці. Густина алюмінію становить лише 30% густини міді; отже, алюмінієвий дріт такої самої ваги, як і мідний дріт тієї самої довжини, проводить у 2,7 раза більше електрики за тих самих втрат електроенергії.
Скандій, ітрій, лантан і лантаноїди
Скандій, ітрій і лантан — елементи, споріднені з бором та алюмінієм; вони утворюють безбарвні сполуки, подібні до відповідних сполук алюмінію; оксиди цих сполук мають формули Sc2O3, Y2O3 і La2O3. Ні самі елементи, ні їхні сполуки поки що не знайшли достатньо широкого застосування.
Скандій, ітрій і лантан у природі зазвичай трапляються разом із чотирнадцятьма лантаноїдами — елементами від церію (атомний номер 58) до лютецію (атомний номер 71)*. Усі ці елементи, за винятком прометію (одержаного штучно), виявлено в природі у дуже невеликих кількостях, причому основним джерелом цих елементів є мінерал монацит — суміш фосфатів рідкісноземельних елементів, що містить також певну кількість торій фосфату.
Ці метали дуже електропозитивні, і тому їх важко виділити. Для їх добування можна використати метод електролітичного відновлення розплавленої суміші оксидів і флуоридів. Сплав, що містить близько 70% церію та невеликі кількості інших лантаноїдів і заліза, при дряпанні дає іскри. Цей сплав знаходить широке застосування у виготовленні кремінців для запальничок.
Церій моносульфід CeS і торій моносульфід ThS, а також інші аналогічні сульфіди є цінними вогнетривкими матеріалами. Температура плавлення церій моносульфіду 2450 °C.
* Лантан часто вважають одним із рідкісноземельних елементів (лантаноїдів). Для зручності викладу матеріалу в цій книжці лантан умовно прийнято вважати членом III групи, решту чотирнадцять елементів віднесено до групи лантаноїдів.