Hemija i industrija:
Elementi po kojima hodamo

Zemljinu koru čine osamdesetak hemijskih elemenata u svojim najrazličitijim jedinjenjima i oblicima. Neki od njih formiraju stenje, ima retkih elemenata, kao i elemenata koji se koriste u industriji materijala. Procentualno najviše ima kiseonika, silicijuma, aluminijuma, gvožđa i kalcijuma. Osim što su količinski vrlo prisutni i blizu su nam, ovi elementi se u velikoj meri koriste u industriji – zahvaljujući njima imamo školske krede, kozmetičke preparate, čipove, staklo i avione

Kalcijum

Godine 1808. tri ugledna naučnika – ser Hempfri Dejvi, Jons Jakob Bercelijus i M.M. Ponten došli su do potpuno istog otkrića – pronašli su kalcijum. U prirodi kalcijum (čiji je naziv nastao iz reči "calx" – kreč, sa kojim se često poistovećuje) nalazimo u krečnjaku – karbonatu kalcijuma. Kalcijum karbonat se, inače, u prirodi nalazi u različitim oblicima kao što su mermer, krečnjak, kreda i različite kristalne forme minerala. U podzemnim pećinama kalcijumova jedinjenja grade kristalni nakit – stalaktite i stalagmite. Kada ga rastvorimo u vodi, kalcijum joj daje tvrdoću.

Ovo je, inače, srebrnasto-beo metal, jedan od najefikasnijih elektroprovodnika. Mada je relativno tvrd, može se lako obrađivati i kovati, ali se ipak ne koristi u tom obliku kao građevinski materijal, već ga ima u cementu, kreču i drugim materijalima. Prirodni kalcijum ima šest stabilnih izotopa, a dobijeno je i na desetine radioaktivnih izotopa od kojih se neki primenjuju u biologiji i medicini. Od kalcijuma se prave školske krede i medicinski gips. Koristi se u industriji boja kao beli pigment.

Oko jedan odsto čovekovog organizma čini kalcijum, a u Zemljinoj kori ga ima oko četiri odsto. U svetu se godišnje proizvede između 2000 i 5000 tona metalnog kalcijuma, uglavnom u SAD, Kanadi i Francuskoj, navodi se u knjizi Hemijski elementi – globalni parametri.

Silicijum

Prva oružja i oruđa čovek je napravio od jedinjenja silicijuma – kamena i kremena. Prvo staklo napravljeno je pre više hiljada godina – najstariji pronađeni predmet je staklena perla stara oko 5500 godina iz jedne od grobnica u Tebi. Staklene glazure pravljene su još oko 10.000 godina pre nove ere, dok se ravno staklo pravi tek od I veka nove ere. Prvi zastakljeni gradovi bili su Herkulanum i Pompeja, ali stakla tada nisu služila za zaštitu, a njihova vizuelna uloga nije bila važna, navodi se u knjizi Hemijski elementi – globalni parametri Vladislava Jankovića. Prvi zastakljen grad nalik današnjim bio je Beč. Godine 1458. oko polovina kuća imala je prozorska stakla.

I danas je ovo jedan od najvažnijih proizvoda silicijuma. Po nekim osobinama on je vrlo sličan ugljeniku, i smatra se gradivnim elementom neorganskog sveta. Sa metalima gradi veliki broj legura, a sa kiseonikom dva oksida SiO i SiO2, ali se ovaj prvi ne javlja u prirodi. Među silicijum-oksidima u prirodi su najčešći kvarc i tridimit.

Iako zauzima drugo mesto po rasprostranjenosti u prirodi, odnosno u Zemljinoj kori, slobodnog silicijuma nema. Zbog toga je naučnicima trebalo mnogo vremena da ga otkriju – njegovo postojanje predvideo je Lavoazje 1787. godine, a otkrili su ga Luj-Žozef Gej-Lisak i Luj-Žak Tenar 1811. godine. Dobili su ga iz ferosilicijuma u reakciji sa ugljenikom i gvožđem, na visokoj temperaturi. Naziv mu je dao Jons Jakob Barcelius po latinskom "silicis" – kremen. Silicijum je "metalne" boje, tvrd i krt, i slabo provodi toplotu i elektricitet. Ovo poslednje – poluprovodničko svojstvo – razlog je što silicijum ima izuzetno veliku primenu u elektronici. Koristi se takođe i u izradi keramike, cementa i drugih građevinskih materijala. Poznata su i organska jedinjenja silicijuma, kao što su silikoni, koji su vrlo termootporni.

Oko 28 odsto Zemljine kore težinski čini silicijum, ali zapreminski tek oko jedan odsto. Po zastupljenosti silicijum je na drugom mestu, odmah nakon kiseonika. Industrijski se može dobiti u izuzetno velikom broju različitih postupaka. Godišnje se, prema podacima iz knjige Hemijski elementi – globalni parametri u svetu proizvede oko 480.000 tona metalurškog silicijuma, 5000 tona elektronskog silicijuma i oko 3,4 miliona tona ferosilicijuma, koji se najviše koristi u metalurgiji za dezoksidaciju rastopljenih metala.

Kiseonik

Smatra se da je kiseonik otkrio Karl Vilhelm Šele 1772. godine kada ga je dobio zagrevanjem KNO3 i HgO. Dve godine kasnije, nezavisno od njegovog rada, kiseonik je takođe iz HgO izdvojio i Džozef Prisli. Teoriju o sagorevanju kiseonika dao je 1777. godine Antoan-Loran Lavoazje. Kiseonik ("oksigenijum" – onaj koji rađa kiselinu) je gas bez boje, ukusa i mirisa. Ima dvoatomne molekule i atomski broj 8, dok troatomne molekule ima alotropska modifikacija kiseonika – ozon.

Kiseonik se jedini sa gotovo svim elementima, a taj proces naziva se oksidacija. Osim oksida, kiseonik gradi i perokside i superokside.

Najpoznatija tiha reakcija kiseonika je disanje, ali čovek ne iskoristi sve što udahne, već izdahne smešu gasova u kojoj ima oko 16 odsto kiseonika. Zato kiseonik ima veliku ulogu u medicini – posebno za reanimaciju. Kiseonik je omogućio podvodne ekspedicije i putovanja na velike visine ili u svemir. Od sredine XIX veka koristi se u proizvodnji čelika, ali veća industrijska primena počinje tek od XX veka. Među najvažnijim primenama kiseonika su one u metalurgiji i energetici, u najrazličitijim tehnološkim procesima kao što je, na primer, zavarivanje i sečenje metala.

Kiseonik je najrasprostranjeniji element na Zemlji. U Zemljinoj kori (u obliku oksida i karbonata) kiseonika ima 47,4 odsto, a ukupno u litosferi, hidrosferi i atmosferi oko 50 odsto. U atmosferi kiseonik apsorbuje veliki deo ultravioletnog zračenja. Ozon se stvara u prirodi pri električnim pražnjenjima, ili ga čovek stvara i upotrebljava u industriji. On ima baktericidna dejstva pa prečišćava vazduh, a njegovo prisustvo može se namirisati posle većih vremenskih nepogoda. Danas se, prema knjizi Hemijski elementi – globalni parametri u svetu proizvede više od 100 miliona tona kiseonika za potrebe industrije i za druge namene.

Aluminijum

Aluminijum je veoma rasprostranjen u prirodi, ali kako je vrlo reaktivan, ne nalazi se slobodan. Zato je, kao i silicijum, otkriven relativno kasno. Godine 1787. Lavoazje je utvrdio da je baza nazvana "alumina" zapravo oksid nekog nepoznatog metala, ali je prvi metalni aluminijum tek 1825. dobio Kristijan Ersted, danski fizičar. Aluminijum je svetle srebrne boje. Veoma je lagan, dobro provodi toplotu i elektricitet. Na vazduhu njegova površina oksidira, ali samo u debljini od oko tri nm, što ga štiti od dalje oksidacije. Ta njegova osobina omogućuje mu široku primenu. Aluminijum se takođe koristi za pravljenje legura, ali se teško zavaruje i lemi.

Pošto je lagan, primenjuje se i u avionskoj industriji, ali i u elektroindustriji i građevini gde su posebno u upotrebi aluminijumski limovi i folije. Od aluminijuma se izrađuje posuđe, a njegova jedinjenja služe za bojenje. Koristi se i u proizvodnji dragog i poludragog kamenja, poput safira i rubina.

Aluminijum je, inače, najzastupljeniji metal u kori Zemlje, ima ga više od osam odsto. Godišnje se proizvede u svetu između 20 i 30 miliona tona aluminijuma.

M. Vidić