Алюминий роскошь или обыденность?

Имя задачи  Алюминий роскошь или обыденность?

Автор   Лебеденко Татьяна Аркадиевна, МБОУ «Шахтёрская средняя школа № 4»

Предмет химия

Класс 9

Тема Алюминий и его соединения

Уровень общий

Текст задачи: В современном мире мы настолько привыкли к  алюминию и его соединениям, что нам трудно поверить, что этот легкий, серебристо-белый металл долгое время был недоступен людям. Ученые долго пробовали выделить из минералов чистый алюминий. В 1808 г. Хэмфри Дэви безуспешно пытался достичь этого путем электролиза.

  В 1825 г. Ханс-Кристиан Эрстед, проводя эксперименты, получил металл, похожий своим внешним видом на олово. Немецкий ученый Фридрих Велер получил свой первый слиток алюминия, посвятив этому 18 лет беспрерывных опытов. В 1854 г. Сент-Клер Девиль предоставил миру более экономный способ выделения чистого алюминия. На парижской выставке, которая проводилась в 1855 году, алюминий сильно впечатлил мировую общественность. Наполеон III оказывал Девилю финансовую помощь, так как мечтал оснастить своих солдат кирасами из  легкого алюминия. Девиль построил первые алюминиевые заводы, но цены на этот металл были очень высоки. Из него изготавливали только предметы роскоши, ювелирные изделия из алюминия пользовались успехом среди богатых слоев общества… Но к концу XIXв. все изменилось.

Так кто же, когда и каким образом впервые сумел разрешить проблему промышленного получения алюминия и каким способом получают этот металл в настоящее время?

План деятельности:

• Выделите ключевые слова для информационного поиска.
• Найдите необходимую информацию.
• Обсудите и проанализируйте собранную информацию.
• Сделайте выводы.
• Сравните ваши выводы с выводами известных людей.

Возможные информационные источники:

Книги:

Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман Химия 9 класс: учеб для общеобразоват. организаций/ Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – 2-е изд. – М.: Просвещение,2016. – 208 с.

Неорганическая химия. Энциклопедия школьника. Гл. ред. И.П. Алимарин. М., «Советская энциклопедия», 1975.

Интернет-источники: http://www.n-t.org/ri/ps/; http://cvetmet.ucoz.ru/index/istorija_aluminija/0-6; http://megabook.ru/article/АЛЮМИНИЙ; http://www.pilotpro.ru/article_3.php

Культурный образец

http://cvetmet.ucoz.ru/index/istorija_aluminija/0-6

История открытия

  Существует легенда, что однажды неизвестный мастер показал, полученный им, новый металл императору Тиберию. Невероятно легкий, внешне красивый, необычный кубок с серебристым блеском удивил всех своими свойствами. Мастер, ожидая вознаграждения за его открытие, рассказал, что он получил этот новый материал из самой обыкновенной глины. Но правитель решил предотвратить падение стоимости золота и серебра. Он отдал приказ разрушить мастерскую, где был получен чудо-металл. А мастер лишился головы.

  Это лишь легенда, она не учитывается в мире науки, так как наука требует факты. В XVI в. Парацельс обнаружил «квасцовую землю» . Она содержала окись неизвестного в те времена вещества. В XVIII в. Андреас Маркграф повторил опыт Парацельса. Он назвал полученную окись «alumina», что переводится как вяжущий. После этого открытия существование алюминия никто не оспаривал. Но так как новый металл не был обнаружен в природе без примесей, он не получил полного признания.

  Ученые долго пробовали выделить из минералов чистый алюминий.

  В 1808 г. Хэмфри Дэви безуспешно пытался достичь этого путем электролиза.

  В 1825 г. Ханс-Кристиан Эрстед, проводя эксперименты, получил металл, похожий своим внешним видом на олово.

Немецкий ученый Фридрих Вёлер получил свой первый слиток алюминия, посвятив этому 18 лет беспрерывных опытов.

  В 1854 г. Сент-Клер Девиль предоставил миру более экономный способ выделения чистого алюминия. На парижской выставке, которая проводилась в 1855 году, алюминий сильно впечатлил мировую общественность. Наполеон III оказывал Девилю финансовую помощь, так как мечтал оснастить своих солдат кирасами из  легкого алюминия. Девиль построил первые алюминиевые заводы, но цены на этот металл все еще держались. Из него изготавливали только предметы роскоши, ювелирные изделия из алюминия пользовались успехом среди богатых слоев общества.

  Но к концу XIXв. все изменилось. Появился новый метод производства, который разработали Чарльз Холл и Поль Эру. Надо отметить то, что оба ученых работали отдельно, но оба предлагали электролиз расплавленной окиси алюминия. Этот метод давал свои плоды. Но был один недостаток - большая затрата электричества.

  Австрийский инженер Байер усовершенствовал технологию и сделал её дешевле. Основы и принципы, которые заложили эти ученые применяются по сей день.

  Новый материал, который так долго был неизвестен, обладал полезными и уникальными свойствами. Единственным недостатком была его низкая прочность, что мешало его внедрению в определенные сферы. Решение этой проблемы нашел химик Альфред Вильм, открывший, что сплав алюминия с медью, марганцем и магнием приобретает прочность, после закалки. В 1911 г. этот сплав получил название «дюралюминий» в честь города Дюрена, в котором он был впервые произведен. Уже через 8 лет из чудо-алюминия был сконструирован самолет.

  С IX по XX в.в. производство алюминия с нескольких тон в год возросло до 30 миллионов тонн.

  Так из неизвестного материала, алюминий превратился в металл, без которого многие достижения науки были бы невозможны.

Открытие алюминия

Документально зафиксированное открытие алюминия произошло в 1825. Впервые этот металл получил датский физик Ганс Христиан Эрстед, когда выделил его при действии амальгамы калия на безводный хлорид алюминия (полученный при пропускании хлора через раскаленную смесь оксида алюминия с углем). Отогнав ртуть, Эрстед получил алюминий, правда, загрязненный примесями. В 1827 немецкий химик Фридрих Вёлер получил алюминий в виде порошка восстановлением гексафторалюмината калием. Современный способ получения алюминия был открыт в 1886 молодым американским исследователем Чарльзом Мартином Холлом. (С 1855 до 1890 было получено лишь 200 тонн алюминия, а за следующее десятилетие по методу Холла во всем мире получили уже 28000т. этого металла) Алюминий чистотой свыше 99,99% впервые был получен электролизом в 1920г. В 1925 г. в работе Эдвардса опубликованы некоторые сведения о физических и механических свойствах такого алюминия. В 1938г. Тэйлор, Уиллей, Смит и Эдвардс опубликовали статью, в которой приведены некоторые свойства алюминия чистотой 99,996%, полученного во Франции также электролизом. Первое издание монографии о свойствах алюминия вышло в свет в 1967г. Еще недавно считалось, что алюминий как весьма активный металл не может встречаться в природе в свободном состоянии, однако в 1978г. в породах Сибирской платформы был обнаружен самородный алюминий - в виде нитевидных кристаллов длиной всего 0,5 мм (при толщине нитей несколько микрометров). В лунном грунте, доставленном на Землю из районов морей Кризисов и Изобилия, также удалось обнаружить самородный алюминий.

Методический комментарий

При решении задачи учащиеся получают знания не только о первом методе получения алюминия, но и об именах тех учёных, которым не удалось это осуществить; о трудностях, которые возникали при осуществлении эксперимента (в процессе электролиза). Ключевыми словами являются «открытие алюминия», «получение алюминия», «алюминий».

Для решения задачи учащиеся должны ответить на следующие вопросы: кем и какие попытки были сделаны для промышленного получения алюминия; кто и когда впервые получил алюминий в промышленном масштабе, как ему это удалось; как  получают алюминий  в на­стоящее время, многое ли изменилось?

После решения задачи учащиеся формулируют вывод о том, что история открытия и получения алюминия в промышленном масштабе связана с именами многих учёных и длилась около 100 лет. Впервые получить алюминий электролизом криолито-глиноземных расплавов  удалось в 1886 молодым американским исследователем Чарльзом Холлом и независимо от него  Полем Эру. Австрийский инженер Байер усовершенствовал технологию и сделал её дешевле. Основы и принципы, которые заложили эти ученые, применяются по сей день.