Кіріспе
Алюминий (Aluminum) – химиялық элемент, символы Al, атомдық нөмірі 13. Алюминийдің тығыздығы басқа көптеген металдарға қарағанда төмен, мысалы, болаттан үш есе шамалы. Ол оттегімен жоғары байланысқа ие, ауамен қатысқанда бетінде қорғаныш оксид қабатын түзеді. Алюминий түсі және жарықты шағылыстыру қабілеті жағынан күміске ұқсайды. Ол жұмсақ, магниттік емес және майлы. Оның бір тұрақты изотопы бар – 27Al, ол өте көп кездесетін, сондықтан алюминий ғаламдағы он екінші ең көп таралған элемент болып табылады. 26Al, тұрақсыз изотоптың радиоактивтілігі, оны радиометриялық талдауларда қолдануға мүмкіндік береді. Химиялық тұрғыдан алғанда, алюминий – бор тобындағы өтпел металл; бұл топқа тәндей, алюминий негізінен +3 тотығу күйінде қосылыстар түзеді. Алюминий катионы Al3+ кішкентай және жоғары зарядталған, сондықтан оның поляризациялық күші жоғары, алюминий арқылы түзетін байланыстар коваленттік сипатқа ие. Алюминийдің оттегіге деген жоғары бейімділігі оның оксидтерінің табиғатта кең таралған болуына себеп болады. Алюминий Жер бетінде негізінен жер қыртысындағы тау жыныстарында кездеседі, онда ол мантияда емес, оттегі мен кремнийден кейін үшінші ең көп таралған элемент болып табылады және таза металл түрінде кездеспейді. Ол алюминий минералдарына бай шөгінді тау жынысы – бокситті кендеу арқылы өнеркәсіптік жолмен алынады. Алюминийді 1825 жылы даниялық физик Ханс Кристиан Эрстед ашқанын жариялады. Алюминийді алғашқы өнеркәсіптік өндіріске 1856 жылы француз химигі Анри Этьен Сент-Клер Девилл бастама берді. Алюминий 1886 жылы француз инженері Поль Эру және американдық инженер Чарльз Мартин Холл тәуелсіз түрде жасаған Hall–Héroult әдісі арқылы көпшілікке қолжетімді болды, алюминийдің жаппай өндірісі оны өнеркәсіпте және күнделікті өмірде кеңінен пайдалануға әкелді. Бірінші және Екінші дүниежүзілік соғыстарда алюминий авиация үшін маңызды стратегиялық ресурс болды. 1954 жылы алюминий мысты басып, темірден басқа металдардың ішіндегі ең көп өндірілетін металлға айналды. XXI ғасырда алюминийдің көп бөлігі АҚШ, Батыс Еуропа және Жапонияда көлік, құрылыс, инженерлік және қаптау салаларында қолданылды. Қоршаған ортада кең таралғанына қарамастан, ешбір тірі организм алюминий тұздарын метаболизмдей алмайды, бірақ алюминий өсімдіктер мен жануарлар үшін жақсы қабылданады. Бұл тұздардың көптігіне байланысты олардың биологиялық рөлі зерттелуде және осы саладағы зерттеулер жалғастырылуда.
Изотоптар
Алюминий изотоптарының тек біреуі тұрақты. Бұл жағдай атомдық нөмірі тақ элементтер үшін кең таралған. Тақ атомдық саны бар ешбір элементтің екіден астам тұрақты изотопы жоқ; жұп атомдық саны бар элементтердің бірнеше тұрақты изотопы бар, соның ішінде қалайының (50 элемент) тұрақты изотоптарының саны барлық элементтерден ең көп – он. Бір ғана ерекшелік бар – бериллий, ол жұп санмен белгіленген, бірақ тек бір тұрақты изотопына ие. Дегенмен, 26Al-дың өте аз мөлшері атмосферадағы аргоннан ғарыш сәулелерінің протондарынан туындаған спаллация процесі арқылы пайда болады. 26Al мен 10Be арақатынасы 10⁵-10⁶ жылдық мерзімде геологиялық процестерді, атап айтқанда тасымалдау, шөгінді, шөгінділерді сақтау, көмілу уақыты және эрозияны радиометрлік тақырыптау үшін қолданылады. Көптеген метеорит ғалымдары 26Al ыдырауынан бөлінген энергияның 4,55 миллиард жыл бұрын қалыптасқан кейбір астероидтардың балқып, дифференциалдануына себеп болғанына сенеді. Алюминийдің 22-ден 43-қа дейінгі массалық саны бар қалған изотоптарының барлығының жартылай ыдырау мерзімі бір сағаттан кем. Үш метастабильді күй белгілі, олардың барлығының жартылай ыдырау мерзімі бір минуттан аз.
Электрондық қабық
Алюминий атомында 13 электрон бар, олар белгілі бір электрондық конфигурацияда орналасқан, тұрақты асыл газ конфигурациясынан тыс үш электроны бар. Осыған сәйкес, алюминийдің алғашқы үш иондалу энергиясының қосындысы, төртінші иондалу энергиясынан әлдеқайда төмен. Мұндай электрондық конфигурация оның тобының басқа да жақсы зерттелген мүшелерімен – бор, галлий, индий және таллиймен ортақ; сондай-ақ, нихоний үшін де күтілуде. Алюминий көптеген химиялық реакцияларда өз сыртқы үш электронын беруге қабілетті (төменде қараңыз). Алюминийдің электронегативтілігі 1.61 (Паулинг шкаласы). Бос алюминий атомының радиусы 143 пм. Сыртқы үш электроны алынғаннан кейін, радиус 4 координациялы атом үшін 39 пм-ге, ал 6 координациялы атом үшін 53,5 пм-ге дейін қысқарады. Стандартты температура және қысымда алюминий атомдары (басқа элементтердің атомдарының әсері болмаған жағдайда) металдық байланыс арқылы байланысқан, бетке ортайтын кубтық кристалл жүйесін құрайды; сондықтан алюминий (осы жағдайларда) металл болып табылады. Алайда, бұл жүйе оның тобының басқа мүшелерімен ортақ емес: бордың иондалу энергиясы металдануға мүмкіндік бермейтіндей жоғары, таллий гексагонды тығыз құрылымға ие, ал галлий мен индийдің алюминий мен таллийге қарағанда тығыз емес ерекше құрылымдары бар. Алюминийде металдық байланыс үшін қол жетімді аз электрондар, оның жұмсақтығына, төмен балқу температурасына және төмен электр кедергісіне себеп болуы мүмкін.
Үлкен көлемде
Алюминий металдың сыртқы түрі оның бетінің тегіс болуына байланысты күміс ақтан күңгірт сұрға дейін өзгереді. Алюминий айналары, ультракөк және алыс инфрақызыл сәулелерге қатысты, барлық металл айналардың ішінде ең көп жарық шағылыстыратыны болып табылады. Сонымен қатар, ол көрінетін спектрдегі жарықты да жақсы шағылыстырады, бұл жағынан күміспен шамалас, сондықтан екеуі де ұқсас көрінеді. Алюминий күн радиациясын да жақсы шағылыстырады, бірақ ауадағы күн сәулесіне ұзақ уақыт бойы тозу әсер етеді; алюминийді анодтау арқылы бұл тозудың алдын алуға болады, себебі бұл процесте бетіне қорғаныш оксид қабаты түседі. Алюминийдің тығыздығы 2,70 г/см3, болатқа қарағанда үштен біріне жуық, көптеген басқа металдардан әлдеқайда төмен, сондықтан алюминий бөлшектерін оңай салмағымен анықтауға болады. Алюминийдің көптеген басқа металдарға қарағанда төмен тығыздығы оның ядроларының әлдеқайда жеңіл болуымен байланысты, ал элементар жасуша мөлшерінің айырмашылығы бұл айырмашылықты толықтырмайды. Ең жеңіл металдар – 1 және 2 топтағы металдар, бериллий мен магнийден басқа, олар құрылымдық қолдану үшін тым реактивті (ал бериллий өте улы). Алюминий болаттай мықты немесе қатты емес, бірақ төмен тығыздығы авиация және ғарыш өнеркәсібінде, сондай-ақ жеңіл салмақ пен салыстырмалы түрде жоғары беріктік маңызды басқа да көптеген қолданулардағы артықшылықтарын анықтайды. Таза алюминий өте жұмсақ және беріктігі төмен. Көптеген жағдайларда, жоғары беріктігі мен қаттылығына байланысты әртүрлі алюминий қорытпалары қолданылады. Таза алюминийдің беріктігі 7–11 МПа, ал алюминий қорытпаларының беріктігі 200 МПа-дан 600 МПа-ға дейін жетеді. Алюминий созылмалы, 50–70% созылуға ие, және серпімді, оны оңай сызып, экструзиялауға болады. Оны өңдеу және құю да оңай. Алюминий – тамаша жылу және электр өткізгіші, оның жылу және электр өткізгіштігі мысқа қарағанда шамамен 60%-ға тең, ал тығыздығы мысқа қарағанда 30%-ға төмен. Алюминийде суперөткізгіштік қабілеті бар, оның суперөткізгіштік температурасы 1,2 Кельвин, ал сынаптық магниттік өрісі шамамен 100 гаусс (10 миллитесла). Ол парамагниттік, сондықтан тұрақты магниттік өрістерге іс жүзінде әсер етпейді. Дегенмен, жоғары электр өткізгіштігі оның бұрандалы токтың индукциясы арқылы айнымалы магниттік өрістерге күшті әсер ететінін білдіреді.
Органикалық алюминий қосылыстары және ұқсас гидридтер
Эмпирикалық формуласы AlR3 және AlR1.5Cl1.5 болатын алумин қосылыстарының әртүрлілігі бар. Алюминий триалкилдері мен триарилдері реактивті, ұшпалы және түссіз сұйықтықтар немесе төмен балқу температуралы қатты заттар болып табылады. Олар ауада өздігінен тұтанады және сумен әрекеттеседі, сондықтан оларды қолдану кезінде сақ болу қажет. Олар борон аналогтарынан айырмашылығы көбінесе димерлер түзеді, бірақ бұл бейімділік тармақталған тізбекті алкилдер үшін (мысалы, Pri, Bui, Me3CCH2) төмендейді; мысалы, триизобутилалюминий мономер мен димердің тепе-теңдік қоспасы түрінде болады. Бұл димерлер, мысалы, триметилалюминий (Al2Me6), әдетте екі алюминий атомы арасындағы кейбір алкил топтарымен байланысқан димеризация нәтижесінде пайда болатын тетраэдрлі Al орталықтарына ие. Олар күшті қышқылдар болып табылады және лигандтармен оңай реакцияға түсіп, аддуктарды құрайды. Өнеркәсіпте олар негізінен Карл Зиглер ашқан алкен енгізу реакцияларында қолданылады, ең маңыздысы – ұзақ тізбекті тармақталмаған біріншілік алкендер мен спирттерді түзетін «өсу реакцияларында», сондай-ақ этилен мен пропеннің төмен қысымдағы полимерленуінде. Алюминий-азот байланыстары бар гетероциклді және кластерлі органоалюминий қосылыстары да бар. Өндірісте ең маңызды алюминий гидриді – литий алюминий гидриді (LiAlH4), ол органикалық химияда тотығу-тотықсыздану реакцияларында (редуктор ретінде) қолданылады. Оны литий гидриді мен алюминий трихлоридінен алуға болады. Ең қарапайым гидрид – алюминий гидриді немесе алан, оның маңызы аз. Ол (AlH3)n формуласына ие полимер, ал тиісті борон гидриді (BH3)2 формуласына ие димерден өзгеше.
Ғарыш
Күн жүйесіндегі алюминийдің бір бөлшегі 3,15 ppm (миллионға бір бөлшегі) құрайды. Ол барлық элементтердің арасында он екінші орында және атомдық саны тақ элементтердің арасында сутегі мен азоттан кейін үшінші орында тұрады. 27Al-дан айырмашылығы, 26Al-дың негізгі көзі – сутегінің жануы, ядросы 25Mg еркін протонды ұстағаннан кейін пайда болатын нуклид. Дегенмен, 26Al-дың кездесетін шамалы мөлшері жұлдызаралық газдағы гамма-сәулелердің ең көп тараған шығарушысы болып табылады; алюминий ғаламшарға қарағанда Жер қабығында көбірек кездеседі. Бұл алюминийдің тотығын оңай түзіп, тау жыныстарына еніп, Жер қыртысында қалуымен байланысты, ал реакцияға бейімсіз металдар ядроға батып кетеді. Жер қабығындағы көптеген силикаттар алюминийден тұрады. Ал Жердің мантиісінің құрамында алюминий 2,38% ғана. Алюминий теңіз суында 2 мкг/кг концентрациясында кездеседі. Al2O3-тегі хром мен темір сияқты қоспалар тиісінше рубин және сапфир асыл тастарын құрайды. Табиғи алюминий металлы өте сирек кездеседі және тек төмен оттегілік жағдайда, мысалы, кейбір жанартаулардың ішкі бөлігінде ғана шағын мөлшерде кездеседі. Оңтүстік Қытай теңізінің солтүстік-шығыс континенттік беткейіндегі суық сіңулерде табиғи алюминий кездесетіні хабарланды. Бұл шөгінділер тетрагидроксоалюминат Al(OH)4−-тің бактериялық тотығуының нәтижесі болуы мүмкін. Алюминий кең таралған элемент болғанымен, барлық алюминий минералдары металлдың экономикалық тиімді көзі болып табылмайды. Барлық металл алюминий дерлік боксит кенінен (AlOx(OH)3–2x) өндіріледі. Боксит тропиктік климат жағдайында темір мен кремнийге азырақ тотыққан тау жыныстарының әсерінен пайда болады. 2017 жылы бокситтің көп бөлігі Австралияда, Қытайда, Гвинеяда және Үндістанда қазылып алынды.
Тарих
Алюминийдің тарихы шпатты қолданумен байланысты қалыптасқан. Алюминий туралы алғашқы жазбаны грек тарихшысы Геродот б.з.б. 5 ғасырда жасаған. Ежелгі адамдар шпатты бояу және қалаларды қорғау үшін пайдаланғандары мәлім. Крест жорықтарынан кейін Еуропа мата өнеркәсібінде таптырмас материал болған шпат халықаралық сауданың нысанына айналды; ол 15 ғасырдың ортасына дейін Жерорта теңізінің шығысынан Еуропаға тасымалданды. Шпаттың табиғаты белгісіз күйде қалды. 1530 жылы швейцариялық дәрігер Парацельс шпатты жердің тұзы деп ұсынды. 1595 жылы неміс дәрігері және химигі Андреас Либавий осы пікірді тәжірибе арқылы растады. 1722 жылы неміс химигі Фридрих Хоффман шпаттың негізі – жеке бір жер екенін мәлімдеді. 1754 жылы неміс химигі Андреас Зигизмунд Маргграф күкірт қышқылында сазды қайнатып, содан кейін калий қосып, алюминийді синтездеді. Алюминийді өндіруге жасалған алғашқы әрекеттер 1760 жылға дейін жетеді. Алайда, алғашқы сәтті әрекет 1824 жылы даниялық физик және химик Ханс Кристиан Орстедтің үлесінде болды. Ол сусыз алюминий хлоридін калий амальгамасымен әрекеттестіріп, қалайыға ұқсас металлдың қоймасын алды. Ол өз нәтижелерін ұсынды және 1825 жылы жаңа металдың үлгісін көрсетті. 1827 жылы неміс химигі Фридрих Вёлер Орстедтің тәжірибесін қайталағанмен, алюминийді анықтай алмады. (Бұл қайшылықтың себебі тек 1921 жылы ғана анықталды.) Ол сол жылы сусыз алюминий хлоридін калиймен араластырып, алюминий ұнтағын алды. Вёлердің әдісі үлкен мөлшерде алюминий өндіруге мүмкіндік бермегендіктен, металл сирек кездесетін болды және құны алтыннан да асып түсті. Одан әрі, алюминийдің тазалығы жеткіліксіз болды және әрбір үлгінің қасиеттері әртүрлі болды. Электр өткізгіш қасиетінің арқасында алюминий 1885 жылы аяқталған Вашингтон монументінің төбесін жасауға қолданылды. Ол кездегі әлемдегі ең биік ғимараттың металл қақпағы, коррозияға төзімді болғандықтан, найзағайдан қорғау үшін пайдаланылды. Бірінші өнеркәсіптік ірі көлемді өндіріс әдісін 1886 жылы француз инженері Пол Эруль және американдық инженер Чарльз Мартин Холл тәуелсіз түрде әзірледі; қазір бұл Холл-Эруль процесі деп аталады. Холл-Эруль процесі алюминийді металға айналдырады. Австриялық химик Карл Йозеф Байер 1889 жылы бокситті тазалаудың әдісін тапты, бұл әдіс қазір Байер процесі деп аталады. Қазіргі заманғы алюминий өндірісі Байер және Холл-Эруль процестеріне негізделген. Ірі көлемді өндіріс алюминий бағасын төмендеткендіктен, металл 1890-шы жылдар мен 20 ғасырдың басында зергерлік бұйымдарда, көзілдірік жақтауларында, оптикалық құралдарда, ас-үтіктерде, қағаз фольгасында және басқа да күнделікті қолданыста кеңінен қолданыла бастады. Алюминийдің басқа металдармен берік, бірақ жеңіл қорытпалар құрау қабілеті сол кезде металдың көптеген қолданылуына мүмкіндік берді. Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде ірі үкіметтер жеңіл және мықты ұшақ корпустарын жасау үшін үлкен көлемде алюминий талап етті; Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде авиацияға деген сұраныс одан да жоғары болды. 20 ғасырдың ортасына қарай алюминий күнделікті өмірдің бір бөлігіне айналды және үй шаруасының маңызды құрауы болды. 1954 жылы алюминий өндірісі мыс өндірісінен асып түсті, бұл оны темірден кейін екінші орындағы металлға айналдырды. 20 ғасырдың ортасында алюминий азаматтық құрылыс материалдарының біріне айналды, негізгі құрылыстарда да, ішкі әрлеу жұмыстарында да қолданылды, сонымен қатар әскери құрылыстарда ұшақтар мен бронетранспортёрлердің қозғалтқыштарында да пайдаланылды. 1957 жылы ұшырылған Жердің алғашқы жасанды серігі екі бөлек алюминий жарты шардан тұрды және барлық келесі ғарыш аппараттары алюминийді белгілі бір дәрежеде қолданды. 1970-ші жылдары алюминийге деген сұраныстың артуы оны биржалық тауарға айналдырды; ол 1978 жылы әлемдегі ең көне металл биржасы – Лондон металл биржасына қосылды.
Этимология
Алюминий және алюминий атаулары алюминийдің тотығын білдіретін ескірген термин – алюминден шыққан, алюминийдің табиғи тотығы. Алюминий француз тілінен алынған, ал француз тілі оны аллюменнен – аллюм минералының классикалық латынша атауынан қабылдаған. Латынша "аллюмен" сөзі прото-үнді-еуропалық *alu түбірінен туындаған, ол "ащы" немесе "сыра" деген мағынаны білдіреді.
Шығу тегі
Британдық химик Хамфри Дэви металлдың атауын алған адам ретінде танылады. Алюмнан бөліп алуға арналған металл үшін алғашқы ұсынылған атау – алюминий, оны Дейви 1808 жылы өзінің электрохимиялық зерттеулері туралы мақаласында ұсынған, ол Корольдік қоғамның философиялық еңбектерінде жарияланған. Аты ағылшын тіліндегі alum және латын тіліндегі ium сөздерінен құралған сияқты; бірақ сол кезде элементтерге латын тілінен шыққан атаулар беру қалыпты болғандықтан, бұл атау кеңінен қабылданбады. Бұл атау Франция, Германия және Швециядан келген замандас химиктер тарапынан сынға алынды, олар металлға оксиді – алюминийдің атын беруді талап етті, одан ол бөлінетін еді. Алюмин атауы тікелей латын тілінен шыққан жоқ, ал алюминий/алюмина латын сөзінен (алюмен сөзінің өзгерісі, алюмин сөзінің ауысуы) шыққан. Мысалы, швед химигі Йонс Якоб Берзелиус француз тілінде жазған «Essai sur la Nomenclature chimique» (1811 жылдың шілдесі) еңбегінде, алюмнан синтезделген элементке алюминий атауы берілген. (Сол журналдың тағы бір мақаласында оксиді сапфирдің негізі болып табылатын металл, яғни сол металл да алюминий деп аталған.) 1811 жылдың қаңтарында Корольдік қоғамдағы Дейвидің лекцияларының бірінің тұжырымында алюминий атауы мүмкіндік ретінде айтылған. Келесі жылы Дейви химия оқулығын жариялады, онда ол алюминий деп жазды. Содан бері екі жазу түрі де қолданылып келеді. Қазіргі уақытта олардың қолданылуы аймақтық сипатқа ие: алюминий АҚШ және Канадада басым, ал алюминий – ағылшын тілінде сөйлейтін әлемнің қалған бөлігінде кең таралған.
Есімнің жазылуы
1812 жылы британдық ғалым Томас Янг Дэвидің кітабына анонимді рецензия жазды, онда ол алюминий атауының орнына алюминий атауын ұсынды, оны "классикалық емес дыбыс" деп ойлады. Бұл атау қалыптасты: британдықтар "ум" орфографиясын кейде қолданғанмен, американдық ғылыми тіл бастапқыда "иум" орфографиясын қолданды. 1830 жылдары "ум" орфографиясы АҚШ-та қолданыла бастады; 1860 жылдары ол ғылымнан тыс жерлерде жиі қолданылатын орфографияға айналды. 1892 жылы Холл металл өндірудің жаңа электролиттік әдісін жарнамалаған жарнама парақшасында "ум" орфографиясын қолданды, бірақ 1886 мен 1903 жылдар аралығында тіркеген барлық патенттерінде "иум" орфографиясын үнемі қолданды: бұл орфография қателікпен немесе әдейі енгізілгені белгісіз; бірақ Холл алюминийді ұсынғаннан бері оған көбірек бейімділік танытты, себебі ол беделді металл – платинаға ұқсайды. 1890 жылға қарай екі орфография да АҚШ-та кеңінен таралды, "иум" орфографиясы сәл басым болды; 1895 жылға қарай жағдай өзгерді; 1900 жылға қарай алюминий алюминийге қарағанда екі есе көп қолданылды; келесі он жылдықтарда "ум" орфографиясы американдық қолдануда басымдық танытты. 1925 жылы Америкалық химия қоғамы осы орфографияны қабылдады. IUPAC органикалық емес химия номенклатурасының 2005 жылғы ең соңғы басылымы да осы орфографияны мойындайды. IUPAC ресми басылымдары "иум" орфографиясын негізгі ретінде қолданады және қажет болған жағдайларда екеуін де тізімдейді.
Байер процесі
Боксит Байер процесі арқылы алюминий тотығына (алуминаға) айналдырылады. Боксит біртекті құрамға ие болу үшін араластырылады, содан кейін ұнтақталады. Нәтижесіндегі суспензия ыстық натрий гидроксиді ерітіндісімен қосады; содан кейін қоспа атмосфералық қысымнан әлдеқайда жоғары қысыммен дигесторде өңделеді, бұл бокситтегі алюминий гидроксидін ерітеді, ал қоспалар салыстырмалы түрде ерімейтін қосылыстарға айналады.
Hall-Héroult процесі
Алюминийді алюминийге айналдыру Hall-Héroult процесі арқылы жүзеге асырылады. Бұл энергияны көп қажет ететін процесте криолиттің (Na3AlF6) және кальций фторидінің балқыған қоспасындағы алюминий ерітіндісі металл алюминийін өндіру үшін электролиздендіріледі. Сұйық алюминий ерітіндінің түбіне шөгіп, одан алынып, әдетте одан әрі өңдеу үшін алюминий тікбұрыштары (billets) деп аталатын үлкен блоктарға құйылады. Электр энергиясы алюминий өндірудің жалпы шығындарының 20-40%-ын құрайды, бұл балқыту зауытының орналасқан жеріне байланысты. Алюминий өндіру АҚШ-та өндірілетін электр энергиясының шамамен 5%-ын пайдаланады. Қайта өңдеу процесіне қоқысты балқыту кіреді, бұл рудадан алюминий өндіруге жұмсалатын энергияның бар болғаны 5%-ын қажет етеді, алайда кіріс материалдың едәуір бөлігі (15%-ға дейін) шлак (күлге ұқсас оксид) түрінде жоғалады. Алюминийлі қаптамалы балқытқыштар шлактың мөлшерін айтарлықтай азайтады, нәтижелері 1%-дан төмен болып тіркелген. Біріншілік алюминий өндірісінен және екіншілік қайта өңдеуден алынған ақ шлак әлі де өнеркәсіптік тұрғыдан алуға болатын пайдалы алюминий мөлшерін қамтиды. Бұл процесте алюминий тікбұрыштарымен қатар өте күрделі қалдықтар да пайда болады. Бұл қалдықтарды басқару қиын. Олар сумен әрекеттесіп, газ қоспасын (сутегі, ацетилен және аммиак сияқты) бөліп шығарады, ол ауамен жанасқанда өздігінен тұтанады; ылғалды ауамен жанасу аммиак газының көп мөлшерін шығарады. Осы қиындықтарға қарамастан, бұл қалдықтар асфальт пен бетонға толтырғыш ретінде қолданылады.
Құралымдар
Алюминий оксидінің басым бөлігі (шамамен 90%) металл алюминийге айналады. Алюминий оксиді кеңінен абразив ретінде қолданылады; өте химиялық тұрақты болғандықтан, жоғары қысымды натрий шамдары сияқты өте реактивті ортада пайдалы. Алюминий оксиді өнеркәсіптік процестерде катализатор ретінде жиі қолданылады; көптеген өнеркәсіптік катализаторлар алюминий оксидінің үстінде орналасады, яғни қымбат катализатор материалы инертті алюминий оксидінің бетіне таратылады. Тағы бір маңызды қолданылуы – кептіргіш немесе сіңіргіш ретінде. Алюминийдің бірнеше сульфаттары өнеркәсіптік және коммерциялық қолданыста болады. Алюминий сульфаты (гидрат түрінде) жылына бірнеше миллион тонна көлемінде өндіріледі. Оның шамамен үштен екісі суды тазартуға жұмсалады. Алюминий фосфаты шыны, керамика, қағаз және целлюлоза өнімдерін, косметика, бояулар, лактар және тіс цементін жасауға қолданылады. Алюминий гидроксиді қышқылды бейтараптандырғыш және байланыстырғыш ретінде қолданылады; ол сондай-ақ суды тазартуда, шыны мен керамика өндірісінде және маталарды су өткізбейтін етуде қолданылады. Литий-алюминий гидриді – органикалық химияда қолданылатын күшті тотығуға қарсы агент. Органоалюминийлер Льюис қышқылдары және қоса катализаторлар ретінде қолданылады. Метиллюминоксан – полиэтилен сияқты винил полимерлерді өндіру үшін Зиглер-Натта олефин полимерлендіруінің қоса катализаторы. Сулы алюминий иондары (мысалы, сулы алюминий сульфаты) Gyrodactylus salaris сияқты балық паразиттерін емдеу үшін қолданылады. Көптеген вакциналарда кейбір алюминий тұздары иммундық адъювант (иммундық жауапты күшейту) ретінде қолданылады, бұл вакцинадағы белоктың иммундық стимулятор ретінде жеткілікті тиімділікке қол жеткізуіне мүмкіндік береді. 2004 жылға дейін вакциналарда қолданылатын адъюванттардың көпшілігі алюминий адъюванттары болды.
Биология
Жер қыртысында кеңінен таралғанына қарамастан, алюминийдің биологияда белгілі бір функциясы жоқ. Алюминий сульфатының LD50 көрсеткіші 6207 мг/кг (ауызға, егеуқұйрық), бұл адам үшін 435 граммға (шамамен бір фунт) тең келеді. 1988 жылы жарияланған шолуда, алюминийге қалыпты жағдайда ұшыраудың сау ересектерге қауіп келтіретінін көрсететін аз ғана дәлел бар екендігі айтылды, ал 2014 жылғы көп элементті токсикологиялық шолу алюминийдің дене салмағының әр килограмына тәулігіне 40 мг-дан аспайтын мөлшерде қолданылуының зиянды әсерін анықтамады. Дегенмен, кейбір алюминий қан-ми тосқауылын өтеді және Альцгеймер ауруымен ауырғандардың миында жиналады. 1989 жылы жарияланған зерттеулер Альцгеймер ауруымен ауырғандарда алюминий электростатикалық байланыс арқылы ақуыздарды байланыстыру арқылы әрекет ете алатынын, соның салдарынан жоғарғы уақытша гирустағы гендердің жұмысын баяулатуға мүмкіндігін көрсетеді.
Әсерлер
Алюминий, сирек болса да, D витаминіне төзімді остеомаляция, эритропоэтинге төзімді микроциттік анемия және орталық нерв жүйесінің өзгерістеріне алып келуі мүмкін. Бүйрек жеткіліксіздігі бар адамдар ерекше тәуекелде. Алюминий Альцгеймер ауруының болуы мүмкін себебі деп саналады, бірақ 40 жылдан астам уақыттан бері жүргізілген зерттеулер 2018 жылға дейін себеп-салдарлық байланысты нақты дәлелдемеді. Алюминий зертхана жағдайында өсірілген адам сүт безі қатерлі жасушаларында эстрогенге байланысты гендік экспрессияны күшейтеді. Өте жоғары дозада алюминий қан-ми тосқауылының жұмысын бұзуы мүмкін. Адамдардың шағын бөлігі алюминийге контакттық аллергиясы бар және алюминийі бар өнімдерге тиген кезде қышымалы қызыл бөртпелер, бас ауруы, бұлшықет ауыруы, буын ауыруы, есте сақтау қабілетінің нашарлауы, ұйқысыздық, депрессия, астма, тітіркенішті ішек синдромы немесе басқа да симптомдар пайда болады. Алюминий ұнтағына немесе алюминийді дәнекерлеу кезінде пайда болатын түтінге ұшырау өкпе фиброзын тудыруы мүмкін. Алюминийдің ұсақ ұнтағы тұтанды немесе жарылуы мүмкін, бұл жұмыс орнындағы қауіпті жағдайды тудырады.
Экспозиция жолдары
Тамақ алюминийдің негізгі көзі болып табылады. Ішу суының құрамында қатты тағамға қарағанда алюминий көбірек; алюминийге адам ағзасының ауыз арқылы түсетін негізгі көздері – тағам (тағамдық қоспалардың, тағам және сусын қаптамасының, сондай-ақ тамақ дайындау құралдарының қолданылуынан), ішу суы (қалалық суды тазартуда қолданылуынан) және алюминий қосқан дәрі-дәрмектер (әсіресе антикислоталық/антиұйқысыздық және буферленген аспирин препараттары). Еуропалықтардың диеталық алуы орташа есеппен аптасына 0,2–1,5 мг/кг құрайды, бірақ 2,3 мг/кг/аптаға дейін жете алады. Антацидтерді, дезодоранттарды, вакциналарды және косметикалық өнімдерді қолдану әсер етудің мүмкін жолдары болып табылады. Қышқыл тағамдар немесе сұйықтықтарды алюминиймен бірге қабылдау алюминийдің сіңуін күшейтеді, ал малтол жүйке және сүйек тіндерінде алюминийдің жиналуын арттыратыны көрсетілген.
Емдеу
Алюминийдің көп мөлшерін кенеттен қабылдағаны күдіктенсе, жалғыз емдеу – дефероксамин мезилаты, ол келаттау арқылы алюминийді организмнен шығаруға көмектеседі. Дегенмен, бұл әдісті сақтандырып қолдану керек, себебі ол алюминий ғана емес, мыс немесе темір сияқты басқа металдардың деңгейін де төмендетеді. Алайда, тұзды және тұщы судағы алюминийдің негізгі көзі – алюминийді ауаға шығаратын өнеркәсіптік процестер. Бұл плазма мен гемолимфа иондарының жоғалуына алып келіп, осморегуляциялық жетіспеушілікке ұшыратады. Бидай алюминийге төзімділік танытып, зиянды алюминий катиондарымен байланысатын органикалық қосылыстарды бөліп шығарады. Сорго да осындай төзімділік механизміне ие деп саналады. Алюминий өндірісі өндіріс процесінің әр кезеңінде қоршаған ортаға өз қиындықтарын тудырады. Басты қиындық – парниктік газдар шығарылымдары. Geotrichum candidum саңырауқұлағы компакт-дискілердегі алюминийді тұтынуға қабілді. Pseudomonas aeruginosa бактериясы және Cladosporium resinae саңырауқұлағы көбінесе керосин негізіндегі отынды (авиабензин емес) пайдаланатын ұшақ отын бактеріалды резервуарларында табылады, ал зертханалық жағдайларда алюминийді ыдырата алады.