54. Алюминий

Определения и обозначения

Алюминий — химический элемент и лёгкий серебристо-белый металл. Он хорошо проводит тепло и электрический ток, а также легко принимает нужную форму. Эти признаки помогают узнать металл и понять, для каких изделий он подходит.

Боксит — горная порода, из которой получают алюминий; это алюминиевая руда. Руда — природное сырьё, содержащее вещества, нужные для получения металла. Поэтому боксит служит началом пути от природной породы к алюминиевому изделию.

Глинозём — оксид алюминия, который получают из боксита перед получением металла. Оксид — соединение элемента с кислородом. Глинозём нужен как промежуточный продукт: его получают из руды, а затем из него выделяют алюминий.

Оксидная плёнка — тонкий слой оксида алюминия на поверхности металла. Она появляется, когда поверхность соприкасается с кислородом воздуха. Плёнка закрывает металл от дальнейшего взаимодействия с кислородом и тем самым защищает его.

Как это устроено

В природе алюминий обычно не лежит кусками чистого металла, потому что он легко соединяется с другими веществами. Поэтому его находят в составе горных пород и минералов. Чтобы получить металл, сначала приходится отделить нужное алюминиевое сырьё от остальных частей породы.

Боксит — одна из таких руд, но это ещё не алюминий. Сначала из боксита получают глинозём, то есть оксид алюминия. Затем из глинозёма получают металлический алюминий. Такова последовательность: боксит, глинозём, алюминий; каждый следующий материал получают из предыдущего.

У алюминия серебристо-белая поверхность, поэтому по внешнему виду его можно отличить от многих других материалов. Он лёгкий, поскольку при одинаковом размере алюминиевое изделие обычно весит меньше изделия из более тяжёлого металла, например железа. Ковкость означает, что металл можно сгибать и придавать ему форму без превращения в порошок. А хорошая проводимость помогает теплу и электрическому току проходить через него.

При соприкосновении с воздухом кислород взаимодействует с поверхностью алюминия и образует оксид. Возникает тонкая плёнка, которая покрывает металл и мешает кислороду проникать к нему дальше. Поэтому алюминий не продолжает быстро разрушаться только из-за того, что однажды соприкоснулся с воздухом. Плёнка защищает именно поверхность металла.

Для изделия выбирают материал с подходящими свойствами. Небольшая масса алюминия удобна для деталей, которые не должны быть тяжёлыми, а ковкость позволяет придавать материалу нужную форму. Проводимость делает его полезным для проводов и предметов, связанных с теплом. Защитный слой на воздухе также важен для посуды, деталей и строительных конструкций, которые используют в обычных условиях.

Признаки алюминия и их значение

Сначала найдите в таблице признак, который важен для задачи: например, масса или проводимость. Затем посмотрите, что наблюдают у алюминия, и свяжите это с возможным применением. Один признак не описывает все свойства изделия, поэтому при выборе учитывают его назначение.

Разбор задач

Задача 1. Предмет сделан из серебристо-белого металла, который легко гнётся и мало весит. Назовите металл и укажите два его признака. Здесь нужно сопоставить сразу несколько подсказок, а не выбирать металл только по цвету. Вспомните, какие свойства характерны для алюминия.

1. Серебристо-белый цвет подходит к описанию алюминия.
2. Небольшая масса и способность легко гнуться также соответствуют свойствам алюминия.
3. Назовите металл и приведите два признака из условия: он лёгкий и ковкий.

Ответ: это алюминий; два его признака — малая масса и ковкость. Цвет тоже помогает узнать металл, но в ответе достаточно указать два признака. Так мы проверяем вывод не по одной подсказке, а по сочетанию свойств.

Задача 2. Для изготовления лёгкой детали выбирают между алюминием и железом. Какое свойство алюминия поможет сделать выбор? Нужно связать свойства материала с требованием к будущей детали. Сравним оба металла именно по массе, не делая выводов о свойствах, которых условие не спрашивает.

1. В условии сказано, что деталь должна быть лёгкой.
2. Алюминий имеет небольшую массу, а железо тяжелее при одинаковом размере изделия.
3. Значит, для лёгкой детали по этому признаку подходит алюминий.

Ответ: поможет малая масса алюминия. Она позволяет сделать деталь легче, чем такую же по размеру деталь из железа. Это не означает, что алюминий всегда лучше: для другого изделия могут быть важны иные свойства.

Задача 3. Объясните, почему алюминиевое изделие не разрушается быстро на воздухе, хотя алюминий взаимодействует с кислородом. Вопрос содержит две части: взаимодействие действительно происходит, но быстрое разрушение не следует из этого автоматически. Нужно объяснить, что появляется на поверхности металла.

1. Кислород воздуха соприкасается с поверхностью алюминия.
2. В результате образуется тонкий слой оксида алюминия — оксидная плёнка.
3. Плёнка закрывает поверхность и мешает кислороду дальше взаимодействовать с металлом.

Ответ: алюминиевое изделие защищает оксидная плёнка. Она образуется при взаимодействии с кислородом, но затем замедляет дальнейшее действие воздуха. Поэтому наличие реакции не означает, что металл быстро разрушается.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что алюминий часто встречается в природе чистым. Так думают, потому что металл знаком по готовым изделиям, но в природе он обычно входит в состав руд и минералов. Проверьте себя: если речь о природном сырье, вспомните боксит, а не готовый кусок алюминия.

Ошибка: путать боксит с чистым алюминием. Название руды можно принять за название металла, хотя боксит — порода, из которой алюминий получают. Спросите себя, что является сырьём, а что — результатом его переработки: сначала боксит, затем глинозём и металл.

Ошибка: думать, что лёгкий металл обязательно мягкий и непрочный. Лёгкость описывает массу, но сама по себе ничего не доказывает о прочности готового изделия. Чтобы проверить вывод, разделите вопрос о весе и вопрос о том, какую нагрузку выдержит предмет.

Ошибка: считать оксидную плёнку признаком быстрого разрушения. Плёнка появляется при взаимодействии алюминия с кислородом, поэтому её легко принять за вредный результат. Но проверьте, что происходит дальше: слой покрывает поверхность и защищает её от дальнейшего действия кислорода.

Связь с другими темами

Для изучения алюминия пригодятся знания о физических свойствах металлов: по ним сравнивают материалы и выбирают, где их использовать. Также нужно помнить, что вещества могут вступать в химические реакции. Когда алюминий соприкасается с кислородом воздуха, образуется оксидная плёнка, поэтому тема связана с изучением кислорода и оксидов.

Знания об алюминии помогают понимать, откуда получают металлы и почему природные ресурсы нужно перерабатывать. Они пригодятся при дальнейшем изучении металлов и материалов, которые встречаются дома, в строительстве и технике. Свойства вещества объясняют, почему для разных изделий выбирают разные материалы.

Что запомнить

• Алюминий — лёгкий серебристо-белый металл.
• В природе алюминий обычно входит в состав руд.
• Боксит служит сырьём для получения алюминия.
• Алюминий ковкий и хорошо проводит тепло и электрический ток.
• На воздухе поверхность алюминия покрывается защитной оксидной плёнкой.
• Алюминий применяют там, где важны малая масса и стойкость к действию воздуха.