Михаил Левицкий - Карнавал молекул. Химия необычная и забавная

Итак, следовало объяснить, каким способом древние мастера могли получить металлический алюминий. Предположили, что они восстанавливали углеродом оксид алюминия (глинозем) в высокотемпературных печах по аналогии с доменным процессом получения железа. В доказательство приводили имеющиеся сведения: еще до новой эры в Китае существовали высокотемпературные печи для получения железа и керамики (фарфора), причем с непрерывной подачей воздуха, что позволяло достичь 1500 °С. Однако термохимические расчеты показали, что получение алюминия в таком процессе возможно лишь при температуре не ниже 2300 °С, что достижимо только в наше время при использовании современных материалов и технологий с применением кислородного дутья.

Тем временем обнаружились древние алюминиевые предметы и в других странах. В 1974 г. бригада рабочих, разрабатывая песчаный карьер на берегу реки Муреш вблизи румынского города Аюд, обнаружила под десятиметровым слоем песка клинообразный металлический предмет немногим более 20 см в длину. Поверх него находились кости мастодонта (предка современных слонов), жившего 20 млн лет назад. Таким образом, можно полагать, что найденный предмет достаточно древний. Одна из его сторон была заострена, и находка получила название «топорик из Аюда». Анализ состава показал, что он содержит 89 % алюминия. Топорик на какое-то время стал сенсацией. Историки предположили, что это продукт деятельности древнейшей исчезнувшей цивилизации, уфологи (специалисты по инопланетянам) уверенно заявили, что это деталь инопланетного корабля, посещавшего Землю. Были и более трезвые оценки: предмет мог представлять собой часть опоры, отвалившейся от космического зонда, либо деталь шасси немецкого самолета «мессершмит» времен Второй мировой войны. Впрочем, было непонятно, как этот предмет мог оказаться на десятиметровой глубине под костями мастодонта.

Постепенно у топорика из Аюда стали появляться «родственники». В 2010 г. на дачном участке близ реки Рудной (в Приморском крае) откопали металлический предмет длиной 7 см, который находился в отложениях, возраст которых был оценен в 2 тысяч лет специалистами по датированию пород. Анализ, проведенный в Институте ядерной физики Санкт-Петербурга, показал, что найденный металлический кусочек на 97 % состоит из алюминия.

В 2012 г. один из жителей Владивостока купил 3 т каменного угля, привезенного из Хакасии, где находится Канско-Ачинский угольный бассейн. В одном из кусков угля обнаружили зубчатую алюминиевую рейку длиной 7,5 см. Возраст угля, в слоях которого находилась рейка, 300 млн лет. Пока все объяснения ограничиваются упоминанием о техническом творчестве исчезнувшей земной цивилизации, предполагают также, что это след внеземных пришельцев, а возможно, эту рейку обронили путешественники во времени ☺.

Постепенно случайные находки и сопровождающие их мифические идеи уступили место реальным исследованиям. Предположения, что кто-то сумел получить металлический алюминий до Эрстеда, были отвергнуты, зато древние предметы могли быть изготовлены из самородного алюминия, а его существование получило подтверждение. При изучении некоторых минералов Сибири и Южного Урала, а позднее и проб, взятых на дне Тихого океана, были обнаружены незначительные примеси металлического алюминия. Кроме того, оказалось, что он присутствует в лунном грунте. По-видимому, самородный алюминий не находили просто потому, что не искали, полагая, что его существование в природе невозможно.

Теперь химикам предстояло объяснить, как металлический алюминий смог образоваться естественным путем. В природе не существует столь мощных восстановителей, которые могут его выделить в форме металла. Принятое на сегодня объяснение таково. Оксид алюминия Al 2O 3(в этом соединении его степень окисления Al 3+) в недрах земли при температурах свыше 1000 °С частично восстанавливается до AlCl (степень окисления Al +) под действием HCl и доступного восстановителя С (рис. 4.8).

Побочный продукт – вода – мог бы гидролизовать образовавшийся AlCl, но «не успевает» это сделать, поскольку при высокой температуре реагирует с углеродом, образуя два газа СО и СН 4(рис. 4.9).

AlCl (газообразный при высокой температуре) перемещается в более холодные области на поверхности Земли и затем перегруппировывается, образуя металлический алюминий и хлорид алюминия AlCl 3(рис. 4.10).

Фактически проходит окислительно-восстановительная реакция между атомами алюминия: из Al +образуются Al 0и Al 3+, всю показанную схему удалось подтвердить экспериментально. При перемещении из горячей зоны в холодную летучий AlCl играет роль «перевозчика алюминия». Со временем были найдены и другие «транспортные средства».

В конце XIX в. достоинства металлического никеля (рис. 4.11), такие как механическая прочность в сочетании с коррозионной устойчивостью и жаропрочностью, были хорошо известны. Никель применяли для изготовления заводской аппаратуры и для покрытия металлической посуды. Однако коррозионная устойчивость никеля в бытовых условиях оказалась невысокой. Нагревание такой посуды на огне приводило к постепенному ее разрушению, которое долгое время объясняли коррозией, протекающей при повышенной температуре. Те, кто был более наблюдателен, замечали, что при нагревании этой посуды на раскаленной плите (без контакта с пламенем) коррозия не наблюдалась. Следовательно, кислород и влага воздуха ни при чем. Оказалось, что все дело в контакте никеля с монооксидом углерода СО, который всегда присутствует в открытом пламени. Окончательную ясность внес английский химик и промышленник Л. Монд (1839–1909), изучавший процессы коррозии никелевой аппаратуры в заводских условиях. Он обратил внимание, что при сжигании смеси Н 2и СО пламя было ярко окрашено только в том случае, когда смесь газов подавали через никелевую трубку. Выяснилось, что никель взаимодействует с СО, образуя легколетучее соединение – карбонил никеля Ni(CO) 4. Это открытие вызвало интенсивный поток работ, в результате которых были получены карбонилы многих металлов. Возник новый раздел химической науки – химия карбонилов металлов. Кроме того, карбонил никеля подсказал химикам еще одно направление исследований.