铝

铝（Aluminum）是化学元素，属于硼族元素，化学符号是Al，原子序数是13，相对密度是2.70。铝是较软的易延展的银白色金属，也是地壳中第三大丰度的元素（仅次于氧和硅），也是丰度最大的金属，在地球的固体表面中占约8%的质量。铝金属在化学上很活跃，因此除非在极其特殊的氧化还原环境下，一般很难找到游离态的金属铝。被发现的含铝的矿物超过270种。[5]最主要的含铝矿石是铝土矿。

铝   13Al
氫（非金屬） 氦（惰性氣體）
鋰（鹼金屬） 鈹（鹼土金屬） 硼（類金屬） 碳（非金屬） 氮（非金屬） 氧（非金屬） 氟（鹵素） 氖（惰性氣體）
鈉（鹼金屬） 鎂（鹼土金屬） 鋁（貧金屬） 矽（類金屬） 磷（非金屬） 硫（非金屬） 氯（鹵素） 氬（惰性氣體）
鉀（鹼金屬） 鈣（鹼土金屬） 鈧（過渡金屬） 鈦（過渡金屬） 釩（過渡金屬） 鉻（過渡金屬） 錳（過渡金屬） 鐵（過渡金屬） 鈷（過渡金屬） 鎳（過渡金屬） 銅（過渡金屬） 鋅（過渡金屬） 鎵（貧金屬） 鍺（類金屬） 砷（類金屬） 硒（非金屬） 溴（鹵素） 氪（惰性氣體）
銣（鹼金屬） 鍶（鹼土金屬） 釔（過渡金屬） 鋯（過渡金屬） 鈮（過渡金屬） 鉬（過渡金屬） 鎝（過渡金屬） 釕（過渡金屬） 銠（過渡金屬） 鈀（過渡金屬） 銀（過渡金屬） 鎘（過渡金屬） 銦（貧金屬） 錫（貧金屬） 銻（類金屬） 碲（類金屬） 碘（鹵素） 氙（惰性氣體）
銫（鹼金屬） 鋇（鹼土金屬） 鑭（鑭系元素） 鈰（鑭系元素） 鐠（鑭系元素） 釹（鑭系元素） 鉕（鑭系元素） 釤（鑭系元素） 銪（鑭系元素） 釓（鑭系元素） 鋱（鑭系元素） 鏑（鑭系元素） 鈥（鑭系元素） 鉺（鑭系元素） 銩（鑭系元素） 鐿（鑭系元素） 鎦（鑭系元素） 鉿（過渡金屬） 鉭（過渡金屬） 鎢（過渡金屬） 錸（過渡金屬） 鋨（過渡金屬） 銥（過渡金屬） 鉑（過渡金屬） 金（過渡金屬） 汞（過渡金屬） 鉈（貧金屬） 鉛（貧金屬） 鉍（貧金屬） 釙（貧金屬） 砈（類金屬） 氡（惰性氣體）
鍅（鹼金屬） 鐳（鹼土金屬） 錒（錒系元素） 釷（錒系元素） 鏷（錒系元素） 鈾（錒系元素） 錼（錒系元素） 鈽（錒系元素） 鋂（錒系元素） 鋦（錒系元素） 鉳（錒系元素） 鉲（錒系元素） 鑀（錒系元素） 鐨（錒系元素） 鍆（錒系元素） 鍩（錒系元素） 鐒（錒系元素） 鑪（過渡金屬） 𨧀（過渡金屬） 𨭎（過渡金屬） 𨨏（過渡金屬） 𨭆（過渡金屬） 䥑（預測為過渡金屬） 鐽（預測為過渡金屬） 錀（預測為過渡金屬） 鎶（過渡金屬） 鉨（預測為貧金屬） 鈇（貧金屬） 鏌（預測為貧金屬） 鉝（預測為貧金屬） 鿬（預測為鹵素） 鿫（預測為惰性氣體）
 硼
↑
铝
↓
镓
镁 ← 铝 → 矽
外觀
银灰色金属


铝的原子光谱
概況
名稱·符號·序數铝（aluminum）·Al·13
元素類別貧金屬
族·週期·區13 ·3·p
標準原子質量26.9815386（13）
電子排布[氖] 3s2 3p1
2, 8, 3
歷史
預測拉瓦錫[1]（1787年）
分離弗里德里希·維勒[1]（1827年）
命名漢弗里·戴維[1]（1807年）
物理性質
物態固态
密度（接近室温）
2.70 g·cm−3
熔點時液體密度2.375 g·cm−3
熔點933.47 K，660.32 °C，1220.58 °F
沸點2792 K，2519 °C，4566 °F
熔化熱10.71 kJ·mol−1
汽化熱294.0 kJ·mol−1
比熱容24.200 J·mol−1·K−1
蒸氣壓
壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 1482 1632 1817 2054 2364 2790
原子性質
氧化態3, 2[2], 1[3]
（两性氧化物）
電負性1.61（鲍林标度）
電離能第一：577.5 kJ·mol−1

第二：1816.7 kJ·mol−1
第三：2744.8 kJ·mol−1

（更多）
原子半徑143 pm
共價半徑121±4 pm
范德華半徑184 pm
雜項
晶體結構面心立方
磁序顺磁性[4]
電阻率（20 °C）28.2 n Ω·m
熱導率237 W·m−1·K−1
膨脹係數（25 °C）23.1 µm·m−1·K−1
聲速（細棒）（室溫）(细棒) 5,000 m·s−1
楊氏模量70 GPa
剪切模量26 GPa
體積模量76 GPa
泊松比0.35
莫氏硬度2.75
維氏硬度167 MPa
布氏硬度245 MPa
CAS號7429-90-5
最穩定同位素
主条目：铝的同位素
同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰變
方式 能量（MeV） 產物
26Al 微量 7.17×105 yr β+ 1.17 26Mg
ε - 26Mg
γ 1.8086 -
27Al 100% 穩定，帶14個中子

铝因其低密度以及耐腐蚀（由于钝化现象）而受到重视。利用铝及其合金制造的结构件不仅在航空航天工业中非常关键，在交通和结构材料领域也非常重要。最有用的铝化合物是它的氧化物和硫酸盐。

尽管铝在环境中广泛存在，但没有一种已知生命形式需要铝元素。

性质

物理性质

铝是轻金属，密度僅是鐵三分之一左右。純鋁較軟，在300℃左右失去抗張強度，熔点660.4度。經處理過的鋁合金較堅韌、易延展。有着金属光泽，光滑时表面银白而发亮，粗糙时呈暗灰色。无磁性且不易点燃。反射可见光能力强（约92%），反射中远红外线可达98%。纯铝的强韧度为7～11MPa，而铝合金可达200～600MPa。铝很容易加工、切割、塑形。

铝原子以立方晶格排列。

铝有良好的导电导热性（都为铜的59%），而远轻于铜。铝可以在低于1.2K 的温度和磁通量大于100高斯下超导。

化学性质

铝容易與氧反應，暴露于空气中会在其表面生成致密的氧化铝Al2O3（此过程为钝化），有效的防止其继续氧化，所以通常略显银灰色。

平常我们可见的铝制品，均已经被氧化。而其氧化薄膜又使鋁不易被腐蝕。

在280 °C的温度之下铝开始会被水氧化，生成氢气和氢氧化铝和热。

同时与一般的金属不同的是，它既可以和酸进行反应，又可以和强碱进行反应，因此认为铝是两性金属，铝的氧化物称为两性氧化物，而氢氧化铝则称为两性氢氧化物。

铝和碱反应形成四羟基合铝酸盐（曾被认为是偏铝酸盐）和氢气。

如与氢氧化钠反应生成四羟基合铝酸钠:

铝能够与稀的强酸进行反应，生成氢气和相应的铝盐。

如与稀盐酸反应生成氯化铝：

与稀硝酸反应生成硝酸铝:

该反应为其中的一个反应。

在常温下，铝在浓硝酸和浓硫酸中被钝化，不与它们反应，所以浓硝酸是用铝罐（可维持约180小时）运输的。

同位素

已知铝的同位素有24个，原子量从19～42，但只有（稳定）和 （有放射性，半衰期为7.2×105年）存在于自然界。其中占 99.9% 以上。的比例可用于测定陨石的年龄。

自然分布

铝元素在地壳中的含量居金属首位，占地壳总量的8.3 %。

历史

相对于其他金属，铝的发现比较晚。1808年汉弗里·戴维爵士首次使用了“Aluminum”这个词，并开始尝试生产铝。 1825年丹麦化学家汉斯·奥斯特成功用钾从氯化铝中还原出铝：

英国化学家汉弗里·戴维爵士

1827年弗里德里希·维勒用金属钾还原熔融的无水氯化铝得到较纯的金属铝单质。由于取之不易，当时铝的价格高于黄金。

德维尔（Henri Etienne Sainte-Claire Deville）在1846年纯化了维勒过程，并发表在1859年的一本书上。由此十年内铝的价格降低了90%。

1886年查尔斯·马丁·霍尔（Charles Martin Hall）和保罗·埃鲁（Paul Héroult）各自独立发现了以命名的电解制铝法。在1889年卡尔·约瑟夫·拜耳（Carl Josef Bayer）继续了从铝土矿中提取氧化铝的过程，使得生产铝的原料氧化铝更加经济易得。迄今以拜耳法与霍尔-埃鲁法联用生产铝的方法为大规模工业制铝的主要手段。

品种分类

根據鋁锭主成份含量可以分成三类：高级纯铝（铝的含量99.93%－99.999%）、工业高纯铝（铝的含量99.85%－99.90%）、工业纯铝（铝的含量98.0%－99.7%）。

应用

白色、软、易加工，金属铝熔点为660度，是重要工业原料。

  • 铝的合金较轻而强度高。通常的工业用铝合金，如6063-T5，其强度超过了3Cr13高速不锈钢，因而成為飞机、汽车、軌道車輛及火箭的主要生產原料。
  • 由于铝有良好的导电性和导热性且較輕，可取代銅用作超高电压的电缆材料。高纯铝具有更优良的性能。
  • 铝在高温时的还原性极强，可以用于冶炼高熔点金属以及長焊鋼軌铁路铺设时的临时炼铁（这种方法称为“铝热法”）。
  • 铝富延展性，可製成铝箔，用于包裝。
  • 鋁是金屬，所以可以回收再造，但是回收率不高。
  • 鋁的抗腐蝕性（特別是抗氧化，因其氧化物氧化鋁在金屬表面形成緻密的膜，反而增加了鋁的抗腐抗熱性）優異，外觀質感佳，價格適中，為電腦機殼的首選材料。
  • 鋁可被人體自然排泄。早期加拿大研究人員一項不可重複的研究指出鋁是導致阿茲海默症的元兇，但幾十年的研究並沒有發現任何證據可以證明鋁會導致老人痴呆。[6]

近五十年来，铝已成为世界上最为广泛应用的金属之一。除上所述，在建筑业上，由于铝在空气中的稳定性和阳极处理后的极佳外观而受到很大应用；在航空及国防军工部门也大量使用铝合金材料；在电力输送上则常用高强度钢线补强的铝缆，在一些地方因銅製電纜價格較高常遭竊而改用鋁製電纜；集装箱运输、日常用品、家用电器、机械设备等都需要大量的铝。

铝期货

目前铝的期货交易主要在伦敦金属交易所和上海期货交易所进行。铝是伦敦金属交易所的重要品种。

对植物的影响

虽然铝在pH值中性土壤中难溶并且对植物一般是无害的，但它在酸性土壤中是减缓植物生长的首要因素。在酸性土壤中，Al3+阳离子浓度会升高，并影响植物的根部生长和功能。[7][8][9][10]

绝大多数酸性土壤中铝（而不是氢）是饱和的。因此，土壤的酸度来源于铝化合物的水解。[11]“修正石灰位”的概念[12]是用来定义土壤中碱饱和的程度。在土壤测试实验室中，这个概念成为了确定土壤的“石灰需求”[13]的测试程序的基础。[14]

参考资料
  1. . Los Alamos National Laboratory. [3 March 2013]. （原始内容存档于2012-08-04）.
  2. 一氧化铝
  3. 碘化铝
  4. Lide, D. R. . (PDF) 81st. CRC Press. 2000. ISBN 0849304814. （原始内容 (PDF)存档于2011-03-03）.
  5. Shakhashiri, B. Z. (PDF). SciFun.org. University of Wisconsin. 17 March 2008 [2012-03-04]. （原始内容 (PDF)存档于2012年5月9日）.
  6. . [2012-06-15]. （原始内容存档于2012年3月11日）.
  7. Belmonte Pereira, Luciane; Aimed Tabaldi, Luciane; Fabbrin Gonçalves, Jamile; Jucoski, Gladis Oliveira; Pauletto, Mareni Maria; Nardin Weis, Simone; Texeira Nicoloso, Fernando; Brother, Denise; Batista Teixeira Rocha, João; Chitolina Schetinger, Maria Rosa Chitolina. . Environmental and experimental botany. 2006, 57 (1–2): 106–115. doi:10.1016/j.envexpbot.2005.05.004.
  8. Andersson, Maud. . Water, Air, & Soil Pollution. 1988, 39 (3–4): 439–462. doi:10.1007/BF00279487.
  9. Horst, Walter J. . Zeitschrift für Pflanzenernährung und Bodenkunde. 1995, 158 (5): 419–428. doi:10.1002/jpln.19951580503.
  10. Ma, Jian Feng; Ryan, PR; Delhaize, E. . Trends in Plant Science. 2001, 6 (6): 273–278. PMID 11378470. doi:10.1016/S1360-1385(01)01961-6.
  11. Turner, R.C. and Clark J.S. . Trans. Comm. II & IV Int. Soc. Soil Science. 1966: 208–215.
  12. . Sis.agr.gc.ca. 2008-11-27 [2010-05-03]. （原始内容存档于2012-02-04）.
  13. Turner, R.C. . Research Branch, Department Of Agriculture. 1965 [2013-09-30]. （原始内容存档于2012-07-09）.
  14. 应用石灰来降低铝对植物的毒性。. Historical series / Agriculture Canada – Série historique / Agriculture Canada. Government of Canada. [2008-12-22]. （原始内容存档于2009-07-28）.

参见

外部链接
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