Aluminiul
Cel mai apropiat analog al borului - aluminiul - ocupa dupa raspandirea lui in natura locul al patrulea (dupa O, H si Si), reprezentand aproximativ 5,5% din numarul total de atomi ai scoartei pamantului. In istoria lui geochimica, aluminiul este strans legat de oxigen si siliciu. Cea mai mare cantitate de aluminiu este concentrata in silicatii de aluminiu (X § 4). Un produs foarte raspandit de alterare a rocilor formate din acest mineral este argila, a carei compozitie fundamentala (corespunzatoare mineralului caolin), corespunde formulei Al2O3·2SiO2·2H2O. Dintre celelalte minerale de aluminiu, cele mai importante sunt bauxitul (Al2O3·xH2O) si criolitul (AlF3·3NaF).
Aluminiul elementar a fost izolat pentru prima oara in anul 1827. Astazi, el se obtine industrial prin electroliza solutiei de Al2O3 in criolit topit. Procesul se efectueaza la temperaturi de aproximativ 1000°C in cuptoare electrice speciale, la anod degajandu-se oxigen, iar la catod aluminiu lichid. Acesta se aduna la fundul cuptorului, de unde se elimina periodic.
Aluminiul este un metal destul de dur, de culoare argintie-alba, cu greutatea specifica 2,7, care se topeste la 660°C si fierbe la 2060°C. El este foarte ductibil si se caracterizeaza printr-o conductibilitate electrica ridicata, care reprezinta aproximativ 0,6 din conductibilitatea electrica a cuprului. Fiind de peste trei ori mai usor decat acesta, aluminiul il inlocuieste partial in fabricatia conductorilor electrici. Aceasta se datoreste in special faptului ca pentru sectiuni care asigura aceeasi conductibilitate electrica, greutatea conductorilor de aluminiu este de doua ori mai mica decat a conductorilor de cupru.
Aluminiul se utilizeaza mult mai mult sub forma diferitelor aliaje, care se caracterizeaza atat prin densitatea lor mica, cat si prin excelente proprietati mecanice. Este deosebit de importanta asa-numitul duraluminiul (compozitia aproximativa: 94% Al, 4% Cu si cate 0,5% Mg, Mn, Fe si Si). Duraluminiul este valoros prin faptul ca piesele confectionate din el sunt de aproape de trei ori mai usoare decat piesele din otel, la o rezistenta egala. Fara a vorbi de industria aeronautica, pentru care greutatea specifica mica a materialului este deosebit de importanta, reducerea greutatii constructilor metalice prezinta o importanta enorma pentru numeroase domenii ale tehnicii. Aceasta se vede deosebit de clar daca se tine seama de faptul ca, de exemplu, intr-un vagon de marfa incarcat aproximativ 1/3 din intreaga greutate revine materialelor din care este confectionat vagonul, iar la vagoanele de persoane greutatea propie a acestora reprezinta pana la 95% din sarcina. Este evident ca numai inlocuirea partiala a otelului cu duraluminiu ar avea un urias efect tehnico-economic. Din aceasta cauza, cat si datorita existentei in natura a unor rezerve practic inepuizabile de aluminiu, el este denumit pe drept cuvant "metalul viitorului". Posibilitatea inlocuirii pe scara mare a principalului metal al tehnicii moderne - fierul - cu aluminiul este limitata in special de costul ridicat al aluminiului.
In aer aluminiul se acopera instantaneu cu o pelicula extrem de fina, dar foarte densa de oxid, care apara metalul de oxidare mai avansata. Din aceasta cauza suprafata lui nu este lucioasa, ci are un aspect mat. La calcinarea aluminiului fin maruntit el arde energic in aer. In acelasi mod se produce si reactia aluminiului cu sulful. Combinarea cu clorul si bromul are loc chiar la temperatura ordinara, iar reactia cu iodul se produce la cald. La temperaturi foarte inalte aluminiul se combina direct cu azotul si carbonul. El nu reactioneaza insa cu hidrogenul.
Aluminiul este practic perfect stabil fata de apa. Solutiile foarte diluate si cele foarte concentrate de HNO3 si H2SO4 nu rectioneaza aproape deloc cu aluminiul, in timp ce in cazul concentratiilor medii ale acestor acizi, aluminiul se dizolva treptat. Aluminiul este stabil fata de CH3COOH si H3PO4. Metalul pur este destul de stabil si fata de acidul clorhidric. Aluminiul este usor solubil in baze tari (NaOH, KOH). El este destul de puternic corodat si de solutia de NH4OH. In seria tensiunilor, aluminiul este situat intre Mg si Zn. In toate combinatiile lui el este trivalent.
Combinarea aluminiului cu oxigenul este insotita de degajarea unei mari cantitati de caldura, mult mai mari decat in cazul multor altor metale. Din aceasta cauza, la incalzirea unui amestec format dintr-un oxid oarecare si pulbere de aluminiu se produce o reactie violenta, care duce la separarea metalului liber din oxidul respectiv. Metoda de reducere cu ajutorul aluminiului (aluminotermia), descoperita de N. N. Beketov in anul 1859, se foloseste pe scara mare pentru obtinerea unei serii de elemente in stare libera (Cr, Mn, V, etc.).
Aluminotermia se foloseste des si la sudarea diferitelor piese metalice, in special a imbinarilor sinelor de tramvaie. Amestecul utilizat ( termitul ) este format de obicei din pulberi fine de aluminiu si oxid de fier (Fe3O4). El se aprinde cu ajutorul unui amestec de Al si BaO2. Reactia fundamentala are loc dupa ecuatia: 8Al + 3Fe2O4 = 4Al2O3 + 9Fe + 795 kcal, cand se produce o temperatura de aproximativ 3500°C. Afara de sudura, termitul se foloseste la retopirea aschiilor de otel (deseu al industriei metalurgice prelucratoare).
Oxidul de aluminiu este o masa alba, foarte greu fuzabila si insolubila in apa. Al2O3 nativ (mineralul corund), cat si oxidul obtinut sintetic si apoi calcinat energic, se disting printr-o duritate mare si prin insolubilitate in acizi. Oxidul de aluminiu (alumina sau asa-numitul alundum) poate fi solubilizat prin topire cu alcalii sau cu K2S2O7.
Datorita insolubilitatii Al2O3 in apa, hidroxidul corespunzator acestui oxid [Al(OH)3] nu poate fi obtinut decat pe cale indirecta (pornind de la saruri). El este un precipitat felatinos voluminos, de culoare alba, practic insolubil in apa, dar usor solubil in acizi si in baze tari. Hidroxidul de aluminiu are prin urmare un caracter amfoter. Dar atat proprietatile bazice, cat si in special proprietatile acide, sunt destul de slabe. Hidroxidul de aluminiu este insolubil in exces de NH4OH.
Prin reactia Al(OH)3, cu baze tari se formeaza aluminatii respectivi, de exemplu dupa shema: Al(OH)3 + KOH = KAlO2 + 2H2O. Aluminatii metalelor alcaline sunt usor solubili in apa, dar din cauza hidrolizei energice solutiile lor sunt stabile numai in prezenta unui exces suficient de alcalii. Aluminatii care deriva de la baze mai slabe sunt hidrolizati practic complet in solutie si de aceea nu se pot obtine decat pe cale uscata (prin topirea Al2O3 cu oxizii metalelor respective). Majoritatea acestora sunt insolubili in apa.
Cu acizi, Al(OH)3 formeaza usor saruri, care contin in solutie ioni incolori de Al(OH)3. Derivatii majoritatii acizilor tari sunt usor solubili in apa, dar se hidrolizeaza destul de puternic si de aceea solutiile lor au reactie acida. Si mai puternic sunt hidrolizate sarurile solubile ale Al(OH)3 cu acizii slabi. Multe din acestea (de exemplu Al2S3) se descompun practic complet in prezenta apei.
In seria halogenurilor de aluminiu, AlF3 se deosebeste foarte mult prin proprietatile ei de anolagii ei. Fluorura de aluminiu care se obtine pe cale uscata (de exemplu prin calcinarea Al2O3 in vapori de HF) este o pulbere cristalina incolora, care se topeste abia la 1040°C. Ea este practic insolubila in apa.
Combinatiile aluminiului cu clorul, bromul si iodul sunt incolore si osor fuzibile. Ele sunt substante foarte reactive si se dizolva usor atat in apa, cat si in solventi organici. Reactia halogenurilor anhidre cu apa este insotita de degajarea unei cantitati mari de caldura. Toate aceste combinatii sunt puternic hidrolizate in solutie. Fiind destul de volatile chiar inconditii obisnuite, AlCl3, AlBr2, AlJ3 fumega in aer (datorita hidrolizei).
Halogenurile de aluminiu formeaza cu halogenurile unor metale monovalente combinatii complexe in special de tipul M3 [AlF6] si M [AlHIg4] (unde Hig = Cl, Br sau J).
Tendinta de a da reactii de aditie este foarte pronuntata la holgenuile cercetate, in special la AlCl3. Acestei proprietati i se datoreste utilizarea ei cea mai importanta in tehnica - drept catalizator la prelucrarea petrolului si in diferite sinteze organice. Inceputurile acestei utilizari se bazeaza pe lucrarile lui G. G. Gustavson (1884).
Sulfatul de aluminiu este incolor si solubil in apa. El se separa de obicei din solutii sub forma cristalohidratului Al2(SO4)3·18H2O. Sulfatul de aluminiu formeaza cu o serie de sulfati ai metalelor monovalente saruri complexe incolore, de tipul M [Al(SO4)2]·12H2O. Fiind perfect stabile in stare solida, aceste saruri (asa-numitii alauni) sunt practic complet disociate in solutie in ionii respectivi. Si pentru alte metale trivalente (E = Cr, Fe, V, etc.) se cunosc sulfati complecsi de tipul alaunilor. Drept cationi monovalenti (M) pot intra in compozitia lor K+, Na+, NH4+ si altii.
Dintre celelalte combinatii ale aluminiului trebuie mentionat acetatul [Al(CH3COO)3], care se foloseste la vopsirea tesaturilor (ca mordant) si in medicina (la comprese). Aceasta sare nu se cunoaste decat in solutie, unde este puternic hidrolizata. La evaporarea apei se evapora si o parte din acidul acetic, precipitand acetati bazici. Azotatul de aluminiu este usor solubil in apa. Fosfatul de aluminiu este insolubil in apa (si acid acetic), fiind solubil insa in acizi si baze tari.
