Первые пять мест в земной коре (по массе вещества) занимают следующие элементы: кислород, кремний, алюминий, железо и кальций. На 1 тонну земной коры приходится кислорода 466 кг,
кремния 277,2 кг, алюминия 81,3 кг, железа 50 кг и кальция 36,3 кг. Общая масса этих пяти элементов в одной тонне земной коры составляют около 92% в массе земной коры. На остальные 101 элемент приходится чуть больше 8% ее массы.
Примечательно, что из этих пяти элементов два, занимающих оба первые места, вовсе не являются металлами, а их суммарное количество составляет почти три четверти массы земной коры. Таким образом, на долю алюминия, железа и всех остальных 77 металлов приходится меньше одной четвертой части массы земной коры.
Итак, из восьми десятков металлов, наибольшее количество в земной коре алюминия (более 8%). Парадоксально, но факт, что металл, которого больше всего в земной коре, был открыт намного позже большинства других.
Содержащие алюминий квасцы были известны в древности. О них упоминается в сочинениях древнеримского историка Плиния Старшего. Кстати, квасцы по латыни и назывались «алумен». Средневековый ученый, врач и естествоиспытатель Парацельс нашел, что квасцы представляют собой «соль некоей квасцовой земли». Через девять лет после смерти Парацельса химик Маркграф сумел выделить «квасцовую землю» - глинозем (окись алюминия Al 2 O 3). Во времена Ломоносова было высказано предположение о том, что в составе квасцов должен быть неизвестный химический элемент. Поисками его и занялся в 1808 году молодой английский ученый Гемфри Деви. Он даже назвал этот элемент алюминием, но получить алюминий так и не смог. 17 лет алюминий существовал лишь в названии. В 1825 году датчанин Эрстед и в 18127 году немец Велер сумели получить первые крупицы этого металла. И только в 1864 году французскому химику Сент-Клер-Девилю удалось получить первый промышленный алюминий. Через 11 лет русский химик Н. Н. Бекетов создал более экономичный способ получения алюминия из глинозема. Этот способ применяли во Франции и Германии до конца XIX века. Но полученный и по этому способу алюминий был по стоимости равноценен золоту.
Наполеон III и члены его семьи, например, во время банкетов пользовались алюминиевыми вилками и ложками, в то время как всем остальным оставалось пользоваться золотыми и серебряными приборами, как более дешевыми.
Лишь после того как русский капитан А. Ф. Можайский создал первый в мире аэроплан, а другой русский капитан О. С. Костович попытался вместо паровой машины поставить на управляемый аэростат двигатель внутреннего сгорания, судьба алюминия была решена. Оказалось, что это именно тот металл, который нужен авиации. Строительство самолетов в первом десятилетии нашего века вызвало к жизни развитие металлургии алюминия, совершенствование его производства и резкое снижение стоимости.
В 18®9 году английское Королевское общество чествовало Дмитрия Ивановича Менделеева в связи с 20-летием открытия им периодического закона. Менделееву были преподнесены весы, изготовленные из алюминия и золота.
В 1604 году русская научная общественность готовилась к 70-летнему юбилею Д. И. Менделеева. Была собрана большая сумма денег. Деньги были переведены ювелирной фирме. Ей было заказано изготовить большую вазу с розами. Лепестки роз требовалось изготовить из золота, а вазу и листья - из алюминия. Два драгоценных металла!
Теперь после железа, алюминий - самый дешевый металл.
Мировое производство алюминия резко увеличилось за последние годы. Оно намного опередило производство меди, олова1, свинца и других металлов. После чугунного и стального, алюминиевое литье теперь самое распространенное во всем мире.
Какой металл наиболее распространен в земной коре?
По распространенности в природе первое место среди металлов занимает алюминий (А1): в земной коре его на 60 процентов больше, чем железа. Однако широко использовать его стали лишь во второй половине ХХ века. Дело в том, что извлечь алюминий из руд очень трудно. В 1825 году датский ученый Ханс Кристиан Эрстед (1777–1851) сумел выделить небольшое количество алюминия, но с примесями. После него многие химики безуспешно пытались очистить алюминий, но лишь в 1854 году француз Анри Этьенн Сент-Клер Девиль (1818–1881) нашел способ выделить чистый металл. Алюминий настолько химически активен, что пришлось использовать металлический натрий (еще более активный элемент), чтобы «уберечь» алюминий от вступления в реакцию с другими веществами. Алюминий, похожий по цвету на серебро, на первых порах ценился очень дорого – наравне с драгоценными металлами. С 1855 по 1890 год было получено всего 200 тонн алюминия. В то время только император Наполеон III мог позволить себе столовые приборы из алюминия и даже заказал погремушку из нового металла для своего юного наследника. А в США – в знак огромного уважения к основателю государства Джорджу Вашингтону – защитили его монумент сверху алюминиевым листом. Современный способ получения алюминия электролизом криолито-глиноземного расплава разработан в 1886 году.
Металлы малой химической активности (Cu, Ag, Au, Pt, Hg) встречаются в свободном виде или в виде вкраплений в горные породы. Большая часть металлов присутствует в природе в виде руд и соединений. Они образуют оксиды, сульфиды, карбонаты и другие химические вещества. Для получения чистых металлов и дальнейшего их применения необходимо выделить их из руд и провести очистку. При необходимости проводят легирование и другую обработку металлов. Изучением этого занимается наука металлургия, которая различает руды чёрных металлов (на основе железа) и цветных (в их состав не входит железо, всего около 70 элементов). Исключением можно назвать около 16 элементов: т.н. благородные металлы (золото серебро и др.), и некоторые другие (например, ртуть, медь), которые присутствуют без примесей.
Кроме того, в малых количествах они присутствуют в морской воде (1,05%, -- 0,12%), растениях, живых организмах (играя при этом важную роль).
В природе металлы встречаются:
- -- в самородном состоянии: серебро, золото, платина, медь, иногда ртуть;
- -- в виде оксидов: магнетит Fe 3 O 4 , гематит Fe 2 О 3 и др.
- -- в виде смешанных оксидов: каолин Аl 2 O 3 * 2SiO 2 * 2Н 2 О, алунит (Na,K) 2 O * АlО 3 * 2SiO 2 и др.
- -- различных солей:
сульфидов: галенит PbS, киноварь НgS,
хлоридов: сильвин КС1, галит NaCl, сильвинит КСl* NаСl, карналлит КСl * МgСl 2 * 6Н 2 О,
сульфатов: барит ВаSO 4 , ангидрид Са 8 О 4
фосфатов: апатит Са 3 (РО 4) 2 ,
карбонатов: мел, мрамор СаСО 3 , магнезит МgСО 3 .
Так, основная масса алюминия сосредоточена в алюмосиликатах, из которых наиболее распространены полевые шпаты. Главные их представители - минералы ортоклаз K, альбит Na и анорит Са . Очень распространены минералы группы слюд, например, мусковит Kal 2 2 , большое практическое применение имеет минерал нефелин (Na, K) 2 (используется для получения глинозема, содовых продуктов и цемента). Из других минералов наибольшее практическое распространение находят боксит Al 2 O 3 *nH 2 O и криолит Na 3 AlF 6 . Распространенным продуктом разрушения горных пород является каолин, состоящий в основном из глинистого минерала каолинита Al 2 O 3 *2SiO 2 *2H 2 O.
Большая часть кальция встречается в природе в виде отложений известняков и мела, состоящих в основном из минерала кальцита CaCO 3 , а также мрамора. Из других пород наиболее распространены доломит CaCO 3 *MgCO 3 , ангидрит CaSO 4 и гипс CaSO 4 *2H 2 O, флюорит CaF 2 и апатит 3Ca 3 (PO 4) 2 *Ca(F, Cl) 2 . В немалых количествах встречается кальций в различных силикатах, например CfO*3MgO*4SiO 2 (асбест), и алюмосиликатах.
Магний распространен в природе в виде магнезита MgCO 3 и доломита, силиката Mg 2 SiO 4 (оливин), каинита KCl*MgSO 4 *3H 2 O и карналлита KCl*MgCl 2 *6H 2 O. Природными соединениями щелочных металлов являются сильвинит NaCl*KCl, галит NaCl, мирабилит Na 2 SO 4 *10H 2 O.
Железо - самый распространенный после алюминия металл на земном шаре. Оно входит в состав многочисленных минералов, образующих скопления железных руд: гематита Fe 2 O 3 , магнетита Fe 3 O 4 , гидрогетита HFeO 2 *nH 2 O, сидерита FeCO 3 и др.
Изредка встречаются и самородное железо метеорного или земного происхождения.
Многие металлы часто сопутствуют основным природным минералам: скандий входит в состав оловянных, вольфрамовых руд, кадмий -- в качестве примеси в цинковые руды, ниобий и тантал -- в оловянные. Железным рудам всегда сопутствуют марганец, никель, кобальт, молибден, титан, германий, ванадий.
На нашей планете очень много различных металлов. Есть такие, о которых мало кому известно, а существует и самый распространенный металл на Земле. Такой металл является наиболее часто встречаемым на нашей планете и играет невероятную роль для развития всего человечества. В нашей стране самыми распространенными металлами по добыче являются хром, железо и марганец. Но если брать по всему миру в целом, то на вопрос, какой металл самый распространенный на Земле, можно уверенно ответить – алюминий.
Основные характеристики алюминия
Самый распространенный металл в земной коре содержится в количестве около девяти процентов из общего состава. Такое количество металла, который был открыт в 1825 году, действительно впечатляет – по мнению ученых, даже в далеком будущем не предвидится истощение его запасов. Однако в чистом виде в природе алюминий не встречается – это обусловлено сильной химической активностью металла. Зато ученые выявили множество минералов, в составе которых самый распространенный металл присутствует.
Высоко ценится алюминий за свои свойства. Он является прочным, пластичным, легким, не вызывает трудностей при обработке. Он устойчив к коррозии, обладает высокой степенью проводимости тепла, является электропроводимым, легко поддается ковке, прокатке, штамповке, а также сварке.
Высокая популярность алюминия объясняется его прочностными характеристиками и долгим сроком службы. Также металл не имеет в составе вредных компонентов, что свидетельствует об его высочайшей экологичности.
Присутствие не только в земной коре
Интересным является тот факт, что алюминий встречается не только в коре Земли – есть он и в живых организмах. Накапливается металл в печени, поджелудочной и щитовидной железах. В говядине алюминия содержится примерно семьдесят миллиграммов на один килограмм.
Часто используемый металл: применение
Из-за своей распространенности алюминий очень широко используется в различных сферах жизни. Поэтому совершенно неудивительно, что данный металл серебристого цвета применяется в различных отраслях промышленности (авиационная, космическая, строительство, автомобилестроение).
А сколько посуды изготавливается из этого замечательного металла – фляжки, ложки, вилки, миски, чашки и т.д. Еще сто пятьдесят лет назад из такой посуды принимали пищу лишь богатейшие люди, ведь до конца девятнадцатого столетия алюминий по своей ценности превышал даже серебро. Из этого серебристого металла изготавливали не только посуду, но и украшения, которые любили показать всему свету знатные особы. Сегодня же из алюминиевой посуды может есть каждый, и она не считается дорогостоящей. Однако степень распространенности металла от этого ничуть не снижается.
Все характеристики, присущие алюминию, позволяют применять его практически везде. Главным образом, используются сплавы, которые требуются для применения в сферах от электротехники до космических разработок. Широко применяется алюминий для производства взрывчатых веществ. 
Еще сравнительно недавно редко можно было встретить на окнах алюминиевые рамы. Сегодня же это повсеместное явление – особенно окна с алюминиевыми профилями используются при остеклении балконов. Также алюминиевый профиль применяется при изготовлении рекламных баннеров, перегородок, рам для штендеров и т.д.
Распространенные драгоценные металлы
Лидером среди драгоценных металлов по распространенности является родий. Он отличается высокой стойкостью к коррозии, химическим воздействиям и плавлению. За эти характеристики пользуется большим спросом в автомобилестроении. Вторым распространенным среди драгоценных металлов идет платина, из которой изготавливаются ювелирные украшения.
Несмотря на то, что среди химических элементов преобладают металлы, по содержанию в природе они уступают неметаллам. Содержание всех металлов в земной коре около 25 масс. %, в то время как доля неметаллов, составляющих только 1/4 часть всех элементов, достигает 75 %. Правда следует заметить, что такую большую долю обеспечивают практически всего два неметалла: O (47,2 %) и Si (27,6 %).
Из металлов в природе более распространены Al (8,1%), Fe (5,1 %), а также Ca , Mg , Na , K . (суммарный % металлов s- блока равен 11).
Из 86 металлов только у шести содержание в земной коре превышает 1%.
Распространенность металлов в земной коре
В земной коре подавляющее большинство металлов находятся в окисленной форме .
Металлы находятся в природе в форме соединений с более электроотрицательными элементами: кислородом, серой, галогенами, а также в виде карбонатов, фосфатов, сульфатов и др. Многие металлы находятся в земной коре в виде разнообразных силикатов и алюмосиликатов, сложных по составу и строению. Самыми распространенными минералами являются алюмосиликаты и силикаты самого разнообразного состава и строения. Эти минералы всегда присутствуют в любых рудах металлов. Кроме алюмосиликатов в природе достаточно распространены оксиды и карбонаты.
Природные сульфиды используются для получения многих важных тяжелых цветных металлов: Cu, Zn, Pb, Ni, Co, Cd,Mo.
Природные галогениды используют для получения Na, K, Mg.
Кроме этого в природе существуют и минералы и других типов: сульфаты,фосфаты; вольфраматы: волфрамит - (Fe,Mn)WO 4 , шеелит -CaWO 4 ; хроматы- крокоит - PbCrO 4 , ванадинит - Pb 3 (VO 4)Cl 3 и др.
Природные соединения металлов s-блока
Среди металлов s-блока в десятку наиболее распространенных элементов входят Ca, Na, K, Mg. Среди природных соединений этих металлов самую большую долю составляют разнообразные алюмосиликаты и силикаты, из которых в основном и состоит земная кора. При этом в состав силикатов и алюмосиликатов
s-металлы входят в форме катионов. Наиболее распространенными минералами Li и Be являются алюмосиликаты: сподумен LiAl(SiO 3) 2 и берилл Be 3 Al 2 (Si 6 O 18), из которых получают литий и бериллий.
Кроме алюмосиликатов в природе достаточно распространены карбонаты.
Для получения Na, K, Mg используют, главным образом, природные галогениды. Известны и природные сульфаты.
Минералы металлов s-блока
s-блока
| Me | Х Ме | Минералы, используемые для промышленного получения металлов | Масс.% Me в природе |
| Li | +1 | Сподумен LiAl(SiO 3) 2 или Li 2 O . Al 2 O 3 . 4SiO 2 | 0,0032 |
| Na | +1 | Галит NaCl | 2,8 |
| K | +1 | Сильвин KCl | 2,6 |
| Be | +2 | Берилл Be 3 Al 2 (Si 6 O 18) или 3BeO . Al 2 O 3 . 6SiO 2 | 0,0006 |
| Mg | +2 | Карналлит MgCl 2 . KCl . 6H 2 Oб бишофит MgCl 2 . 6H 2 O | 2,4 |
| Ca | +2 | Кальцит CaCO 3 | 3,6 |
| Sr | +2 | Целестин SrSO 4 | 0,04 |
| Ba | +2 | Барит BaSO 4 | 0,05 |
Природные соединения металлов р-блока, используемые для получения металлов
Самый распространенный из металлов в природе - алюминий, Он содержится в земной коре в виде многообразных по составу и строению алюмосиликатов. Для получения алюминия главным образом используют бокситовую руду.
Свинец и висмут находятся в природе в виде сульфидов. Олово получают из природного оксида SnO 2 (минерал касситерит).
| Me | Х Ме | Минералы, используемые для промышленного получения металлов | Масс.% Me в земле |
| Al | Бокситовая руда содержит: гидратированные оксиды: AlOOH - бемит и диаспор и Al(OH) 3 - гидраргелит (гиббсит) и байерит, оксид Al 2 O 3 - корунд, а также гидратированные оксиды железа (+3), а силикаты, алюмосиликаты и оксид кремния. | 8,1 | |
| Sn | +4 | Касситерит SnO 2 | |
| Pb | +2 | Галит PbS |
Минералы металлов р-блока. Касситерит. Гиббсит. Гидраргилит
Типы минералов, используемых для получения d-металлов
| группа | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | I2 |
| металл |
Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | N i | Cu | Zn |
| Х в природных соединениях | 3 | 4 | 3, 4, 5 | 3, 6 | 4, 2, 3 | 3, 2 | 2 | 2 | 2, 1 | 2 |
| Типы основных минералов | Силикаты | оксиды | Ванадаты | оксиды | оксиды | оксиды | Сульфиды |
|||
| Сульфиды | Сульфиды | |||||||||
Минералы, используемые для промышленного получения металлов d-блока
| Me | Х Ме | Минералы, используемые для промышленного получения металлов | Масс.% Me в земле |
| Sc | +3 | Sc 2 Si 2 O 7 , ScPO 4 . 2H 2 O | 6.10-4 |
| Ti | +4 |
Рутил TiO 2 , ильменит FeO.TiO 2 ºFe(TiO 3), титаномагнетиты Fe(TiO 3) . nFe 2 O 3 , перовскит Ca(TiO 3) |
0,57 |
| V | +4,+5 | Патронит VS 2 , ванадинит Pb 5 (VO 4) 3 Cl | 0,015 |
| Cr | +3 | Хромит FeО. Cr 2 O 3 | 0,008 |
| Mn | +4, +3,+2 | Пиролюзит MnO 2 , гаусманит Mn 3 O 4 , браунит Mn 2 O 3 , манганит MnOOH, родохрозит MnCO 3 | 0,1 |
| Fe | +3,+2 | Магнетит Fe 3 O 4 , Гематит Fe 2 O 3 , гетит FeOOH, сидерит FeCO 3 , пирит FeS 2 | 5,1 |
| Co | +2 | Линнеит Co 3 S 4 (CoS . Co 2 S 3), кобальтин CoAsS | 0,004 |
| Ni | +2 |
Петландит (Fe, Ni) 9 S 8 , никелин NiAs, Ревденскит (Ni, Mg) 6 Si 4 O 10 (OH) 8 |
0,008 |
| Cu | +2,+1 | Халькопирит CuFeS 2 , халькозин Cu 2 S, ковеллин CuS, куприт Cu 2 O, Малахит (CuOH) 2 CO 3 º Cu(OH) 2 . CuCO 3 , азурит Cu(OH) 2 .2 CuCO 3 | 0,005 |
| Zn | +2 | Сфалерит ZnS, смитсонит ZnCO 3 , цинкит ZnO | 0,08 |
| Mo | +4 | Молибденит MoS 2 | 0.0001 |
| W | +6 | Шеелит CaWO 4 , Fe(Mn) WO 4 вольфрамит | 0.0001 |
| Cd | +2 | Гринокит CdS | 0.00001 |
| Hg | +2 | Киноварь HgS | 0, 000008 |
