Звідки отримують алюміній в промислових масштабах?
В земній корі близько 8 % маси – це алюміній. Тим не менш в природі в чистому стані метал практично не зустрічається. Знаходиться він в основному в силікатах, оксиди і гідроксиди. Одним з гідроксидів є осадовий мінерал боксит, з якого у всьому світі в основному добувають чистий алюміній. Зважаючи високої реакційної здатності металу, його вдається витягти з хімічних сполук тільки в результаті електролізу. Цей процес супроводжується великими витратами електроенергії, що підвищує собівартість виробництва металу. Проте його виробництво окупається за рахунок повсюдної доступності бокситу і низької собівартості переробки металу.
Питома вага алюмінію
Згідно з визначенням, під питомою вагою розуміють масу тіла, яка припадає на одиницю його обсягу. Тобто мова йде про щільності матеріалу. Вище ми вже згадували, що щільність алюмінію в 3 рази нижче, ніж у сталі. Точне значення його щільності при кімнатній температурі становить 2 698,4 кг/м3. Іншими словами, метал важче води в 2,7 рази.
Щільність будь-якого металевого матеріалу можна розрахувати теоретичним способом. Для цього слід знати атомну масу елемента, його тип кристалічної решітки і відстань між атомами в ній. У нашому випадку маємо так звану гранецентрованої кубічну (ГЦК) ґрати, яка зберігається в алюмінію у всіх температурних областях існування його твердої фази при атмосферному тиску. Нижче показаний малюнок, де наводиться приклад ГЦК кристалічної решітки.
Як бачимо, кубик, утворений 8 атомами в його вершинах, містить ще 6 атомів в центрі кожної квадратної межі. Оскільки з таких маленьких кубиків з параметром решітки 4,05 ангстрем складається макроскопічний кристал, то на один кубик припадає 4 цілих атома.
Нагадаємо, що щільність речовин визначається за наступною математичною формулою:
ρ = m/V.
Застосовуючи її для ГЦК алюмінію, та враховуючи наведену вище інформацію, отримуємо:
ρ = 4 × mAl / (a3).
Тут mAl – маса алюмінієвого атома, a – параметр решітки.
Підставляючи відомі значення mAl a, приходимо до відповіді: ρ = 2 697 кг/м3, що добре узгоджується з експериментальним значенням.
Зауважимо, оскільки при збільшенні температури відбувається значне розширення металу, то його щільність знижується на кілька відсотків.
