Роль алюминия в нашей жизни

2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2+3H2;

Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH) 4];

Алюминий хороший комплексообразователь и его координационное число может быть равно 6, поэтому с раствором гидроксида натрия возможно образование следующего вещества: Al(OH)3+2NaOH+2H2O=Na[Al(OH)4(H2O)2].  При сплавлении алюминия и его соединений – оксида, гидроксида со щелочами образуются соединения:

2Al + 6NaOH(расплав) = 4NaAlO2 + 2Na2O + 3H2;

Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O.

Алюминатами называют соли неустойчивых алюминиевых кислот – ортоалюминиевую H3AlO3 и метаалюминиевую  HAlO2.

    Хлорид алюминия AlCl3 применяют в качестве катализатора в производстве очень многих органических веществ.

Глава 4.

ВЛИЯНИЕ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СОЕДИНЕНИЙ НА ЧЕЛОВЕКА И ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

4.1. Алюминий и здоровье человека.

    Алюминий встречается не только в природных соединениях, но и в организме человека. Содержание алюминия в организме человека (масса тела 70кг) составляет около 61 г. Алюминий является микроэлементом. Он содержится в печени, лёгких, сыворотке крови, почках, ногтях, и т.д. Потребность человеческого организма в алюминии около 47 мг в сутки. Алюминий влияет на фосфорный обмен, на формирование и развитие эпителия и соединительной ткани. Доказано, что алюминий участвует в процессе регенерации костной ткани.

    В быту часто используют алюминиевую посуду. Алюминиевая посуда делится  на лёгкую (с толщиной дна 1,5 мм), среднюю (2 мм) и тяжелую (2,5 мм) и изготавливается из чистого алюминия или дюралюминия (сплав с магнием). При изготовлении пищи в такой посуде содержание алюминия в пищевых продуктах увеличивается вдвое, так как частички алюминия «соскребаются» со стенок кастрюли, и постепенно в организм поступает немалое количество алюминия. Поэтому использовать такую посуду не рекомендуется. Её применение ещё чревато тем, что алюминий служит катализатором при превращении нитратов в нитриты.

    Повышенное содержание алюминия в крови вызывает возбуждение центральной нервной системы, а пониженное – торможение. При его избытке нарушается двигательная активность, возможны судороги, ослабление памяти, нарушение психомоторных реакций у детей, неврологические расстройства, заболевания печени и почек. Высокое содержание алюминия обнаружено в клетках головного мозга у людей, страдающих болезнью Альцгеймера (старческое слабоумие). Избыток алюминия накапливается в волосах. Его токсическая доза 5 г.

    Токсичность многих соединений алюминия может проявляться внезапно при необычных условиях. Алюминий ранее никогда не рассматривался как токсикант. Однако в связи с проблемой «кислотных дождей» ионы алюминия стали ограничивать урожайность сельскохозяйственных культур, так как на кислых почвах биологическая доступность алюминия возрастает, и он начинает оказывать отравляющее действие на растения, а через них и на травоядных животных (болезнь «травяной столбняк»).

    Всасывание алюминия в кишечнике усиливается при употреблении поваренной соли. Защитными средствами от избытка алюминия являются витамин С, пищевые волокна, кальций и цинк.

    С избыточным поступлением алюминия в организм связывают акселерацию.

    В то же время соединения алюминия применяются и в медицине.

    Гидроксид алюминия связывает кислоту в желудочном соке, тем самым понижая кислотность:

Al(OH) 3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2­O.

    Нитрат алюминия повышает общую кислотность организма и переваривающую способность желудочного сока, увеличивая содержание в нём свободной соляной кислоты. При гидролизе солей, образованных сильной кислотой и слабым основанием, возникают устойчивые ионы AlOH2+ и накапливаются ионы H+, поэтому среда становится кислой:

Al3+ + H2­O = AlOH2+ + H+.

    Микродозы квасцов и глинозёма, содержащие алюминий, применяются для лечения бронхита, гастрита, зуда кожи, ломкости ногтей, при выпадении волос и ресниц. Жители разных стран употребляет глину, содержащую алюминий, в пищу или подмешивают её к хлебу. Каолином (белая глина) лечат различные заболевания кишечника, принимая его внутрь. Наружно глина успешно применяется при лечении радикулита. Ванны с квасцами и содой рекомендовал известный врач А.С. Залманов при варикозном расширении вен и варикозных язвах.

4.2. Алюминий и кислотные дожди.

           Кислотные дожди оказывают многоплановое влияние на окружающую среду.

    В первую очередь отрицательному воздействию подвергаются водные экосистемы, почва и растительность.

    Самый богатый животный мир присущ водам, pH которых лежит в нейтральной или слабощелочной области. Он во много раз богаче, чем животный мир кислых или щелочных вод. Водоёмы с очень кислыми водами необитаемы, жизни в них нет, как нет жизни и в водоёмах со значениями pH больше 11.

    При повышении кислотности воды (ещё до критического порога выживания водной биоты, например, для моллюсков таким порогом является pH = 6, для окуней pH = 4,5) в ней быстро нарастает содержание алюминия за счёт взаимодействия гидроксида алюминия придонных пород с кислотой:

Al(ОH) 3+ 3H+ = Al3+ + 3H2О.

Даже небольшая концентрация ионов алюминия (0,2 мг/л) смертельна для рыб. В то же время фосфаты, обеспечивающие развитие фитопланктона и другой водной растительности, соединяясь с алюминием, становятся малодоступными этим организмам.

    Даже такой не большой по объему материал позволяет сделать выводы:

- катионы алюминия необходимы человеку для нормальной жизнедеятельности;

- избыток катионов алюминия губительно действует на организм человека и животных.

Глава 5.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СОЕДИНЕНИЙ АЛЮМИНИЯ

Алюминий второй по значимости после железа металл.

    Широкое применение алюминия в промышленности, прежде всего, связано с его большими природными запасами, а также совокупностью химических, физических и механических характеристик.

    Алюминий по содержанию в земной коре (~8 % ) является одним из самых распространенных металлов. К достоинствам алюминия и его сплавов следует отнести его малую плотность (2,7 г/см3), сравнительно высокие прочностные характеристики, хорошую тепло- и электропроводность, технологичность, высокую коррозионную стойкость. Совокупность этих свойств позволяет отнести алюминий к числу важнейших технических материалов.

Авиация.

Первый сплав, дуралюмин (дюраль, дюралюминий) сплав Al с Cu и Mg – был получен в 1991 г. в немецком городе Дюрен, а уже в 1918 г. появились первые самолёты из этого сплава. 

На современном этапе развития дозвуковой и сверхзвуковой авиации алюминиевые сплавы являются основными конструкционными материалами в самолетостроении.

    В России при изготовлении авиационной техники успешно используются упрочняемые термической обработкой высокопрочные алюминиевые сплавы Al-Zn-Mg-Cu и сплавы средней и повышенной прочности Al-Mg-Cu. Они являются конструкционным материалом для обшивки и внутреннего сплавного набора элементов планера самолета (фюзеляж, крыло, киль и др.).

    При изготовлении гидросамолетов предусмотрено применение свариваемых коррозионностойких магнолиевых сплавов (AlMg5, AlMg6) и сплавов Al-Zn-Mg.

    Бесспорное преимущество имеется у свариваемых алюминиевых сплавов при создании объектов космической техники. Высокие значения удельной прочности, удельной жесткости материала позволили обеспечить изготовление баков, межбаковых и носовых частей ракеты с высокой продольной устойчивостью. К достоинствам алюминиевых сплавов следует отнести их работоспособность при криогенных температурах в контакте с жидким кислородом, водородом и гелием. У этих сплавов происходит так называемое криогенное упрочнение, т.е. прочность и пластичность параллельно растут с понижением температуры.

Судостроение.

    Алюминий и сплавы на его основе находят все более широкое применение в судостроении. Из алюминиевых сплавов изготовляют корпусы судов, палубные надстройки, коммуникацию и различного рода судовое оборудование.

Основное преимущество при внедрении алюминия и его сплавов по сравнению со сталью - снижение массы судов, которая может достигать 50 - 60 %. В результате представляется возможность повысить грузоподъемность судна или улучшить его тактико-технические характеристики (маневренность, скорость и т.д.).

    Корпус судна повышенной грузоподъемности изготовляют из стали, тогда как надстройки и другое вспомогательное оборудование из алюминиевых сплавов.

Железнодорожный транспорт.

    Тяжелые условия эксплуатации подвижного состава железной дороги (длительный

срок службы и способность выдерживать ударные нагрузки) выдвигают особые требования к конструкционным материалам.
             Основные характеристики алюминия и его сплавов, раскрывающие целесообразность применения их в железнодорожном транспорте, высокая удельная прочность, небольшая сила инерции, коррозионная стойкость. Внедрение алюминиевых сплавов при изготовлении

сварных емкостей повышает их долговечность при перевозке ряда продуктов химической и нефтехимической промышленности.
   Алюминий и его сплавы используются при изготовлении кузова и рамы вагона. Перспективными сплавами для рефрижераторных вагонов являются алюминиевые сплавы.

Автомобильный транспорт.

Одним из основных требований к материалам, применяемым в автомобильном транспорте, является малая масса и достаточно высокие показатели прочности.

            Принимаются во внимание также коррозионная стойкость и хорошая декоративная поверхность материала.
    Высокая удельная прочность алюминиевых сплавов увеличивает грузоподъемность и уменьшает эксплуатационные расходы передвижного транспорта. Высокая коррозионная стойкость материала продляет сроки эксплуатации, расширяет ассортимент перевозимых товаров, включая жидкости и газы с высокой агрессивной концентрацией.

Строительство.

    Перспективность применения алюминиевых сплавов в строительных конструкциях подтверждается технико-экономическими расчетами и многолетней мировой практикой в области сооружения различных строительных объектов.

    Внедрение алюминиевых сплавов в строительстве уменьшает металлоемкость, повышает долговечность и надежность конструкций при эксплуатации их в экстремальных условиях (низкая температура, землетрясение и т.п.).

    Опыт подтверждает целесообразность использования алюминиевых сплавов в строительных конструкциях. На них расходуется больше алюминия, чем в любой другой отрасли промышленности.

Нефтяная и химическая промышленность.

    Освоение новых месторождений, увеличение глубины скважин выдвигают определенные требования к материалам, применяемым для изготовления деталей и узлов нефте- и газопромыслового оборудования и аппаратуры для переработки продуктов нефти.

    Высокая удельная прочность алюминиевых сплавов позволяет уменьшить массу бурильного оборудования, облегчить их транспортабельность и обеспечить прохождение глубоких скважин.
   Коррозионностойкие алюминиевые сплавы дают возможность повысить эксплуатационную надежность бурильных, насосно-компрессорных и нефтегазопроводных труб. Повышенная сопротивляемость коррозионному растрескиванию позволяет применить алюминиевые сплавы при изготовлении емкостей для хранения нефти и ее продуктов.

    Применение алюминия связано с его физическими и химическими свойствами. Алюминий как лёгкий металл входит в состав высокопрочных сплавов с медью и магнием (дюралюминий, или дюраль), эти сплавы – основные конструкционные материалы в авто-, судо- и авиастроении, при строительстве промышленных и жилых зданий. Хорошая электропроводимость алюминия (приблизительно 62%  от проводимости меди) используется в электротехнике. Высокая пластичность и теплопроводность алюминия обеспечивают его широкое в машиностроении и производстве домашней посуды. В химии и металлургии алюминий используется как сильный восстановитель в алюминотермическом получении ценных металлов (Cr, Ni, Co, V, Ti, Mn и другие). Порошок алюминия применяют как серебряноподобный пигмент для красок. В алюминиевой таре можно хранить и перевозить азотную кислоту (при массовой доле 60 – 68%).

Заключение

Человеку с глубокой древности знакомы соединения алюминия. Уже в 1 в. до н. э. в Египте соединения алюминия - квасцы использовались как вяжущее и дубящее средство.