4. Металлы III группы

К III группе элементов относятся бор и алюминий и некоторые редкие металлы. Бор проявляет характер неметалла (образует борную кислоту), алюминий имеет амфотерный характер.

Алюминий, после кислорода и кремния, - самый распространенный элемент на земном шаре. Это белый, очень тягучий и ковкий металл, удельного веса 2,7 кг/дм³. Его теплопроводность в четыре раза больше, чем у железа, поэтому он весьма пригоден для производства варочных котлов и ковшей. Производится Al из боксита, т. е. соединения Аl(ОН)₃, загрязненного железом и кремнием. Из этого соединения путем очистки получается чистый, сухой Al₂O₃, который электролизом разлагается на алюминий и кислород. Ввиду того, что алюминий имеет низкий удельный вес (плотность), он служит для производства составных частей автомобилей, самолетов, для производства кухонной посуды, молочных бидонов, сосудов для брожения и труб. Тонкие алюминиевые листы заменяют более дорогой станиоль (олово).

Подобно углероду алюминий соединяется со связанным кислородом, т. е. восстанавливает окиси металлов в металлы. Поэтому окиси металлов, которые не поддаются восстановлению углем, восстанавливаются алюминотермически. Порошковые окиси (Сr, Со) смешиваются с порошковым алюминием и смесь с помощью магния зажигается в металлургическом тигеле. Магний горит, т. е. соединяется с кислородом окиси, причем выделяется такое количество тепла, что на дне тигеля остается расплавленный металл. Это восстановление называется алюминотермия. При этом протекает реакция: Сr₂О₃ + 2 Al = 2 Сr + Аl₂О₃.

Этим же способом можно восстановить из железной окалины жидкое железо. Для этого используют смесь, называемую термитом (окалина - зернистый Al), напр. для сварки рельс, для ремонта поврежденных машин.

Алюминий хорошо сплавляется с другими металлами. Сплавами алюминия являются напр. электрон, дюралюминий (Al + Сu + Mg + Мn), который тверже и прочнее самого алюминия, силумин (Al + Si) и т. д. Сплавы алюминия хорошо сплавляются, хорошо обрабатываются, некоторые из них очень пластичны (их можно прессовать), а некоторые, подобно стали, поддаются калению.

Окись алюминия, Аl₂О₃, встречается в природе в виде корунда. Корунды, окрашенные в красный цвет, - рубины, а в синий цвет - сапфиры. И те и другие шлифуются как драгоценные камни. Порода, сильно загрязненная соединениями железа, называется наждаком; ввиду его твердости наждак применяется для производства наждачных точил и наждачного полотна. Искусственный корунд производится из боксита и применяется под названиями электрита, абразита, алунда и диамантина для производства наждачных точил или точильного наждачного порошка. Подобным же образом обрабатывается шлак, полученный при алюминотермическом производстве металлов (корубин). Из химически чистого Аl₂О₃, расплавлением его в кислородоводородном пламени производятся искусственные рубины, служащие не только как драгоценные камни, но также как опорные камни часов и электрических измерительных приборов. Гидроокись алюминия, Аl(ОН)₃, имеет амфотерный характер, т. е. образует с кислотами алюминиевые соли, а с щелочами алюминаты по уравнению:

Алюминат натрия, NaAlO₂, производится из боксита действием концентрированного раствора NaOH. Очень легко разлагается на очень тонко распыленный Аl(ОН)₃. Применяется в красильной и полиграфической промышленности. Хлористый алюминий, АlСl₃, безводный, производится прямым действием хлора на зернистый алюминий. Это катализатор, а также важное конденсационное средство при производстве органических соединений. Криолит, Na₃AIF₆ (фтороалюминат натрия), встречается в природе как минерал. Служит присадкой при производстве алюминия, молочного стекла и эмали. Сульфат алюминия, Al₂(SО₄)₃ * 18 Н₂О, производится действием серной кислоты на боксит или каолин. Образует белые кристаллы, растворимые в воде. Является сырьем при производстве квасцов и известным бумажным клеем (в бумажную массу прибавляется смоляное мыло; присадкой сульфата алюминия оно переходит в алюминиевый резинат, который и склеивает отдельные волокна бумаги). Квасцы - это двойные (бинарные) сульфаты общей формулы M^IM^III(SO₄)₂ * 12 Н₂O, в которых M^I металл одновалентный (К, Na, NH₄), а М^III металл трехвалентный (Al, Fe, Сr). Наиболее известны обыкновенные квасцы (алюмен), - KAl(SO₄)₂ * 12 Н₂O. Производятся путем кристаллизации смеси растворов сульфата калия и алюминия. Образуют прозрачные кристаллы. Применяются для очистки воды, для огнеупорной пропитки дерева, при лайковом дублении и в медицине как вяжущее средство для полоскания горла. Силикат алюминия (кремнекислый алюминий) в чистом виде - это фарфоровая глина, иначе каолин. Является сырьем для производства фарфора. Каолин, сильно загрязненный соединениями железа и кремния, образует глины. Чем больше степень их загрязнения, тем меньше температура их плавления. Глины, размешанные в воде, образуют пластичную массу, которая после обжигания настолько изменяется химически, что из нее уже невозможно посредством воды опять сделать пластичную массу. Это и есть основа керамической промышленности. Алюмосиликаты - это сложные силикаты алюминия и алюминаты других металлов, а именно натрия и кальция; производятся плавлением смесей известняков и глин. Самые известные из них - цементы (в строительстве применяются как вяжущие вещества, затвердевающие и под водой) и пермутиты (применяются для смягчения жесткой воды).