В химии восстановление — это процесс прямо противоположный окислению. В результате происходит снижение степени окисления атома в частице, непосредственно рассматриваемая частица (молекула, атом) принимает к себе свободные электроны (один или несколько), а когда речь идет об органическом веществе, то в его структуре взамен атомов кислорода приобретаются атомы водорода. Это что касается общей трактовки понятия.
В органике и биоорганике особенности данного процесса давно и быстро нашли широкое применение, а вот в неорганических процессах именно для металлов – нет. Проблема в том, что продолжительное время было сложно подобрать условия протекания подобной реакции, причем так, чтобы она позволила получить чистый металл по доступному пути (все известные – слишком затратные, и их применение нерационально, причем для большинства металлов, не говоря об алюминии).
Восстановление и сложности получения алюминия
Все металлы, которые только есть в периодической системе, в природе не находятся в чистом виде, они в большинстве случаев представлены оксидными соединениями в рудах, немного реже – сульфидными. Далее проводится процесс извлечения металлов из их руд путем восстановления до оксида. В качестве восстановителей в промышленных условиях используется углерод, водород, но также бывают и некоторые другие металлы. Если же речь идёт о получении алюминия, то тут наиболее выгодным, рациональным и активно применяющимся процессом является электролиз.
В целом получение алюминия из его окиси усложнено, так как наблюдается слишком прочная химическая связь с кислородом. Также интересен момент за счет того, что у алюминия высокая реакционная способность и достаточно повышена температура плавления у его руд (это корунд, бокситы), что и усложняет восстановительный процесс металла из его природных оксидов.
На практике восстановление оксида алюминия водородом уступило процессу, в котором задействован углерод, хотя и он не вполне рационален. Дело в том, что простым обжигом оксида алюминия с углеродом (как это применяется при получении железа) восстановить данный металл затруднительно из-за его высокого сродства с кислородом (это отмечено выше). Однако неполное восстановление – вполне возможно. В результате будет получен промежуточный продукт (карбид), а уже далее можно будет его легко разложить с образованием металла в ходе электротермической реакции.
Но все данные способы (восстановления углеродом или оксидом) ещё дорабатываются и изучаются с целью получить максимально экономически эффективный процесс.
Сейчас же пока больше востребован метод Холла-Эру, это классический способ растворения оксида алюминия в криолите с дальнейшим электролизом. Есть и некоторые другие разновидности получения алюминия, основанные на термодинамических процессах, но они и классический метод слишком энергозатратные, поэтому однозначно ожидают, пока их сменят инновации и прочие разработки с водородом.
