Химия человека. Как железо помогает нам дышать, калий – видеть, и другие секреты периодической таблицы

Медь – далеко не единственный металл, с помощью которого мы проводим электричество. Во многих случаях его вполне заменяет алюминий. Алюминий – легкий металл, прекрасно подходящий для линий электропередач. А также его низкий вес – главная причина того, что большая часть моего электромобиля изготовлена из алюминия[116]: благодаря сплаву с другими металлами он становится прочным, не теряя легкости.

С алюминием меня связывают близкие отношения, хоть этот химический элемент не играет важной роли для организма – в моем теле его примерно столько же, сколько меди (не больше, так как его избыток способен причинить вред)[117]. Но алюминий я беру в руки каждый день, и по многу раз. Ведь именно из алюминия изготовлен корпус моего мобильного телефона[118]. Когда кислород вступает в реакцию с алюминием, образуется слой оксида алюминия, который крепко держится за металл под ним, словно прочная защитная оболочка. Таким образом, оставшийся металл в контакт с кислородом не вступает, и поэтому алюминий, в отличие от железа, не ржавеет и не разрушается. На фабрике, где изготавливают корпусы мобильных телефонов, контролируют уровень кислорода и температуру, чтобы слой оксида оказался правильной толщины – примерно пять тысячных миллиметра – и достаточно прочным, чтобы выдержать мое прикосновение.

Земная кора на 8 % состоит из алюминия[119], так что это распространенный химический элемент. По объему производства это второй в мире металл после железа. В год мы производим около 50 миллионов тонн алюминия – против 1640 миллионов тонн железа. Почти весь алюминий производят из бокситов – породы, образующейся в тропических районах, когда поверхностные воды, просачиваясь сквозь породу, вымывают прочие химические элементы и оставляют алюминий, кремний, железо и титан. Большинство разрабатываемых сегодня месторождений бокситов расположены в Австралии, Китае, Бразилии и Гвинее[120].

Так как бокситы залегают близко к поверхности, добывают их методом открытой разработки. Верхние слои почвы и породы убирают в сторону, а бокситы выкапывают и раздрабливают, прежде чем обработать гидроксидом натрия в огромных автоклавах, чтобы отделить оксид алюминия от прочих содержащихся в руде минералов. Остается красная текучая грязь, которую перекачивают на хранение в огромные резервуары – там шлам медленно высыхает[121]. Из-за щелока красный шлам едкий и может нанести окружающей среде непосредственный значительный ущерб, если произойдет прорыв плотины или утечка. Крупнейшая авария подобного рода произошла во время прорыва плотины в Айке, в Венгрии, в 2009 году[122]. Там погибло 10 человек (по всей вероятности, они утонули), когда грязь хлынула в ближайшую деревню. Шлам потек в местную реку, где погибло все живое, а потом в Дунай. К счастью, в долгосрочной перспективе последствия катастрофы оказались незначительными[123].

В 2016 году власти Малайзии ввели в стране временный запрет на добычу бокситов, поскольку скачкообразное неконтролируемое развитие добывающей промышленности оказало серьезное разрушительное действие на окружающую среду, среди прочего в виде красных облаков пыли, распространившихся от высыхающих резервуаров[124]. Из-за малазийского запрета мировое производство алюминия в тот год упало на 10 % – хороший пример того, насколько важно для горнодобывающей промышленности наличие и соблюдение строгих экологических мер.

Долгое время алюминий был дорогим и экзотическим металлом, наравне с золотом. Ведь чтобы чистый оксид алюминия расплавился, его необходимо нагреть до температуры более 2000 градусов. Для таких высоких температур необходимо не только много энергии – почти невозможно найти материалы, пригодные для изготовления плавильной печи. В конце XIX века металлурги обнаружили, что температура плавления оксида алюминия снижается примерно на 1000 градусов, если смешать его с фторосодержащим минералом – криолитом. Без этого прорыва сегодня мы не могли бы позволить себе ни автомобили, ни мобильные телефоны, ни пивные банки из алюминия.

Чтобы расплавленная смесь оксида алюминия и криолита вступила в реакцию с углеродом, а алюминий перешел в металлическую форму, расплавленную массу нужно подключить к электрической цепи – так электроны будут вынуждены перейти от углерода к алюминию[125]. Для этого процесса требуется огромное количество электрической энергии, поэтому оксид алюминия, добытый в бокситовых рудниках в тропиках, отправляется в те уголки мира, где электричество стоит дешево.