Геохимии химического элемента алюминий

ВВЕДЕНИЕ
Классификация Гольдшмидта, разработанная Виктором Гольдшмидтом, представляет собой геохимическую классификацию , которая группирует химические элементы в соответствии с их предпочтительными фазами-хозяевами на литофилы («любящие» силикаты), сидерофилы («любящие» железо), халькофилы («любящие» серу) и атмофилы («любящие» газ).
Некоторые элементы имеют сродство более чем к одной фазе. Основное сходство указано в таблице ниже, и обсуждение каждой группы следует за этой таблицей.
Таблица 1. Классификация Гольдшмидта

Литофильные элементы
Al, At, B , Ba , Be , Br , Ca , Cl , Cr , Cs , F , I , Hf , K , Li , Mg , Na , Nb , O , P , Rb , Sc , Si , Sr , Ta , Т , Т , У , В ,Y , Zr , W , лантаниды
Литофильные элементы в основном состоят из высокореакционноспособных металлов s- и f-блоков. Они также включают небольшое количество реактивных неметаллов и более реакционноспособные металлы d-блока , такие как титан, цирконий и ванадий.
Большинство литофильных элементов образуют очень стабильные ионы с электронной конфигурацией благородного газа (иногда с дополнительными f-электронами). Те немногие, которые этого не делают, такие как кремний, фосфор и бор, образуют чрезвычайно прочные ковалентные связи с кислородом, часто включающие пи-связь . Их сильное сродство к кислороду заставляет литофильные элементы очень сильно связываться с кремнеземом, образуя минералы с относительно низкой плотностью, которые, таким образом, всплывают на земную кору. Более растворимые минералы, образованные щелочными металлами , имеют тенденцию концентрироваться в морской воде или в чрезвычайно засушливых регионах, где они могут кристаллизоваться. Менее растворимые литофильные элементы концентрируются на древних континентальных щитах, где все растворимые минералы подверглись выветриванию.
Из-за их сильного сродства к кислороду большинство литофильных элементов обогащено земной корой по сравнению с их содержанием в Солнечной системе. Известно, что наиболее реакционноспособные металлы s- и f-блока, которые образуют либо солевые растворы, либо гидриды металлов, чрезвычайно обогащены на Земле в целом по сравнению с их солнечным содержанием. Это связано с тем, что на самых ранних стадиях формирования Земли реакцией, которая контролировала стабильную форму каждого химического элемента, была его способность образовывать соединения с водородом. В этих условиях металлы s- и f-блоков сильно обогащались при формировании Земли. Наиболее обогащенными элементами являются рубидий, стронций и барий, на долю которых приходится более 50 процентов по массе всех элементов тяжелее железа в земной коре.
Некоторые переходные металлы, в том числе хром, молибден, железо и марганец, проявляют как литофильные, так и сидерофильные характеристики и могут быть обнаружены в обоих этих двух слоях. Хотя эти металлы образуют прочные связи с кислородом и никогда не обнаруживаются в земной коре в свободном состоянии, считается, что металлические формы этих элементов, скорее всего, существуют в ядре Земли как реликты тех времен, когда атмосфера не содержала кислорода. Подобно «чистым» сидерофилам, эти элементы значительно обеднены в земной коре по сравнению с их солнечным содержанием.
Из-за их сильного сродства к кислороду литофильные металлы, хотя они и составляют большую часть металлических элементов в земной коре, никогда не были доступны в виде свободных металлов до развития электролиза. При таком развитии многие литофильные металлы представляют значительную ценность как конструкционные металлы (магний, алюминий, титан, ванадий) или восстановители (натрий, магний, кальций). Однако угроза изменения климата из-за выбросов парниковых газов в результате чрезвычайно энергоемкого процесса выплавки этих металлов означает, что будущее этих элементов в качестве промышленных металлов может быть поставлено под сомнение, несмотря на то, что истощение более редких и менее реакционноспособных халькофильные металлы, скорее всего, оставят мало заменителей.
Целью данной работы является изучение геохимии элемента на примере алюминия.
Задачами являются изучение химических и физических свойств элемента, его распространённости в природе, форм миграции и оценка влияния элемента на техногенные системы для решения практических задач в области экологии и здравоохранения.

1. Химические и физические свойства элемента
Алюминий находится во 2-м ряду 13-й группы периодической таблицы. Периодическая таблица представляет собой диаграмму, которая показывает, как химические элементы связаны друг с другом. Элементы в одном столбце обычно имеют схожие химические свойства. Первый элемент в этой группе бор. Однако бор сильно отличается от всех остальных представителей семейства. Поэтому группа 13 известна как семейство алюминия.
По классификации Гольдшмидта отнесен к литофильным элементам, то есть слагающим земную кору и верхнюю мантию.

Рисунок 1. Схема атома алюминия

Алюминий является третьим по распространенности элементом в земной коре после кислорода и кремния. Это самый распространенный металл. Поэтому несколько удивительно, что алюминий не был открыт до относительно позднего периода человеческой истории. Алюминий встречается в природе только в соединениях, а не в чистом виде. Удаление алюминия из его соединений довольно сложно. Недорогой метод получения чистого алюминия не был разработан до 1886 года.
Сегодня алюминий является наиболее широко используемым металлом в мире после железа. Он используется в производстве автомобилей, упаковочных материалов, электрооборудования, машин и строительных конструкций. Алюминий также идеально подходит для изготовления банок и