Природные соединения алюминия

По запасам на Земле Al (его кларк 6, 6 %) среди М занимает первое место, а среди всех Э – третье после O и Si. Так что основу земной коры составляют кислородные соединения кремния и алюминия.

Природные соединения алюминия содержат Al лишь в ст.ок. +3 [34] и в основном это кислородосодержащие вещества, в частности, глинозем Al₂O₃. Его гидратная форма (бурого цвета из-за примеси оксида железа) называется бокситом, а безводная – корундом.

Корунд очень прочен (почти как алмаз) и имеет высокую т.пл. (2050 °С). Поэтому применяется в качестве абразивного материала и для изготовления подшипников. В ювелирном деле широко используются (как драгоценные камни) природные образцы корунда с примесями некоторых металлов, придающих им красивую окраску (чистые кристаллы корунда бесцветны). Это синие сапфиры (примесь Ti и Fe), красные рубины (Cr), зеленые изумруды (Be) и др.

Введением соответствующих соединений в расплав оксида алюминия научились получать искусственные драгоценные камни[35], которые внешне часто красивее естественных и не уступают им по прочности и другим свойствам, но стоят значительно дешевле. Поэтому их применяют и в технике, например искусственные рубины используются в лазерах или в качестве опорных камней в часах.

Другой формой нахождения алюминия в природе (наряду с Al₂O₃) являются разнообразные алюмосиликаты [36], в частности, глины. Глина благодаря слоистой структуре, представляет собой мягкую массу, пластичную во влажном состоянии. Но при прокаливании она приобретает координационную структуру, и, как следствие, затвердевает необратимо. Поэтому применяется в производстве строительных материалов (кирпичи, черепица и др.) и в гончарном деле. Белую глину (каолин) используют для изготовления фарфоровой посуды. Кстати, пластилин – это смесь глины, воска, вазелина и сала.

Ученые считают, что будущее за керамическими материалами, т.е. полученными на основе оксидов металлов (в том числе Al₂O₃).

В природных соединениях алюминий связан очень прочно, вследствие чего в гидросфере Земли его концентрации, как и кремния, ничтожны – менее 10^-6 %. Поэтому и в организмах они находятся в качестве микроэлементов, причем чем более развит организм, тем больше в нем алюминия, но даже в человеке его всего лишь 10^-4 %. Для растений повышенное содержание катионов Al³⁺ в природной воде вредно, т.к. они связывают фосфат-анионы в прочное соединение AlPO₄. (Фосфат алюминия практически нерастворим не только в воде, но и в органических кислотах почвы, и т.о. фосфор становится недоступным для растений).

Кроме того, Al³⁺ снижает активность азобактерий. От его избытка гибнут водные организмы и птицы из-за т.н. алюминиевой болезни. Причем кислотные дожди значительно повышают содержание Al³⁺ (как и ионов других металлов) в природных водах. Правда, для человека алюминий в ряду токсичных М занимает последнее место (установлено, что небольшое его содержание в организме даже полезно, т.к. он участвует в регенерации костей и активирует некоторые ферменты). Не слишком токсично и олово, а свинец очень вреден (отравление им приводит к нервным болезням и слабоумию). Однако ничтожные его количества необходимы для поддержания иммунитета, при бесплодии, болезни крови и др.