铝：修订间差异

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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：
相对于其他金属，铝的发现比较晚。生产金属铝的尝试可以追溯到 1760 年。{{sfn|Richards|1896|p=3}}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]][[汞齐]]从[[氯化铝]]中还原出一块看起来像锡的金属块，也就是铝<ref>{{cite conference|last1=Örsted|first1=H. C.|date=1825|title=Oversigt over det Kongelige Danske Videnskabernes Selskabs Forhanlingar og dets Medlemmerz Arbeider, fra 31 Mai 1824 til 31 Mai 1825|trans-title=Overview of the Royal Danish Science Society's Proceedings and the Work of its Members, from 31 May 1824 to 31 May 1825|url=https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=osu.32435054254693&view=1up&seq=17|language=da|pages=15–16|conference=|access-date=27 February 2020|archive-date=16 March 2020|archive-url=https://web.archive.org/web/20200316113549/https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=osu.32435054254693&view=1up&seq=17|url-status=live}}</ref><ref name="(København)1827">{{cite book|url=https://books.google.com/books?id=L2BFAAAAcAAJ&pg=PR25|title=Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskabs philosophiske og historiske afhandlinger|author=Royal Danish Academy of Sciences and Letters|author-link=Royal Danish Academy of Sciences and Letters|publisher=Popp|year=1827|pages=xxv–xxvi|language=da|trans-title=The philosophical and historical dissertations of the Royal Danish Science Society|access-date=11 March 2016|archive-date=24 March 2017|archive-url=https://web.archive.org/web/20170324064522/https://books.google.com/books?id=L2BFAAAAcAAJ&pg=PR25|url-status=live}}</ref><ref name="woehler">{{cite journal|last=Wöhler|first=Friedrich|date=1827|title=Ueber das Aluminium|url=http://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=uc1.b4433551;view=1up;seq=162|journal=[[Annalen der Physik und Chemie]]|series=2|volume=11|issue=9|pages=146–161|bibcode=1828AnP....87..146W|doi=10.1002/andp.18270870912|access-date=11 March 2016|archive-date=11 June 2021|archive-url=https://web.archive.org/web/20210611060735/https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=uc1.b4433551&view=1up&seq=162|url-status=live}}</ref> ：
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他在 1825 年展示了他的结果并展示了新金属的样品。{{sfn|Drozdov|2007|p=36}}<ref name="FontaniCosta2014">{{cite book|url=https://books.google.com/books?id=Ck9jBAAAQBAJ&pg=PA30|title=The Lost Elements: The Periodic Table's Shadow Side|last1=Fontani|first1=Marco|last2=Costa|first2=Mariagrazia|last3=Orna|first3=Mary Virginia|publisher=Oxford University Press|year=2014|isbn=978-0-19-938334-4|page=30}}</ref> 1827年，[[弗里德里希·维勒]]重复了奥斯特的实验，不过没有得到任何铝。<ref name="Venetski">{{cite journal|last1=Venetski|first1=S.|date=1969|title='Silver' from clay|journal=Metallurgist|volume=13|issue=7|pages=451–453|doi=10.1007/BF00741130|s2cid=137541986}}</ref>（这种不一致的原因直到 1921 年才被发现。）{{sfn|Drozdov|2007|p=38}}同年，他用金属[[钾]]还原熔融的无水氯化铝得到较纯的金属铝单质。<ref name="woehler" /> 1845 年，他能够生产出小块的金属铝，并描述了这种金属的一些物理特性。{{sfn|Drozdov|2007|p=38}}多年后，维勒被认为是铝的发现者。<ref name="Holmes1936">{{Cite journal|last=Holmes|first=Harry N.|date=1936|title=Fifty Years of Industrial Aluminum|journal=The Scientific Monthly|volume=42|issue=3|pages=236–239|jstor=15938|bibcode=1936SciMo..42..236H}}</ref>
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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]]。 ref name="Venetski" />

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由于取之不易，当时铝的价格高于[[黄金]]。 <ref name="Venetski" />


[[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%。
[[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%。

2021年6月28日 (一) 07:04的版本

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)
电子排布[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）
2.7g/cm3 g·cm−3
熔点時液體密度2.375[1] g·cm−3
熔点933.47 K，660.32 °C，1220.58 °F
沸點2792 K，2519 °C，4566 °F
熔化热10.71 kJ·mol−1
汽化热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
氧化态3, 2[2], 1[3]
（两性氧化物）
电负性1.61（鲍林标度）
电离能第一：577.5 kJ·mol−1

第二：1816.7 kJ·mol−1
第三：2744.8 kJ·mol−1

（更多）
原子半径143 pm
共价半径121±4 pm
范德华半径184 pm
铝的原子谱线
雜項
晶体结构面心立方
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
杨氏模量70 GPa
剪切模量26 GPa
体积模量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号7429-90-5
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粒中子

铝（拼音：lǚ，注音：ㄌㄩˇ，粤拼：leoi5；英語：aluminum ），是一種化學元素，其化學符號为Al，原子序數为13，原子量為26.9815386 u，属于硼族元素，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。

物理性质

铝是轻金属，密度为 2.70 g/cm3，僅是钢的三分之一左右。使铝制零件通过它们的轻盈易于识别。[6]与大多数金属相比，铝的密度低是因为它的原子核要轻得多，而晶胞大小的差异并不能弥补这种差异。比铝的密度低的金属只有反应性太高，不能用作结构的碱金属和碱土金属（铍和镁除外，但铍有剧毒）。[7] 铝不像钢那样坚固和坚硬，但在航空航天工业等应用中，低密度弥补了这一点。[8]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%。纯铝相当软，缺乏强度。在大多数应用中，都会使用各种铝合金，因为它们具有更高的强度和硬度。[9]纯铝的屈服为7～11MPa，而铝合金可达200～600MPa。[10] 铝是有延展性的，伸长率为 50-70%，[11] 可以容易地进行拉拔（英语：Drawing_(manufacturing)）和挤型。[12] 它也很容易被机械加工和铸造（英语：Casting (metalworking)）。[12]

铝原子以立方晶格排列。[13]

铝有良好的导电导热性（都为铜的59%），而远轻于铜。[14]铝可以在低于1.2K 的温度和磁通量大于100高斯下超导。[15]它是顺磁性因此基本上不受静磁场的影响。[16]然而，高导电性意味着它通过涡电流的感应，受到交变磁场的强烈影响。[17]

同位素

主条目：铝的同位素

在所有铝同位素中，只有27
Al
是稳定的。它是唯一一种原生铝同位素（英语：primordial nuclide），也就是从地球形成到现在一直存在的同位素。地球上几乎所有的铝都是这种同位素，使得铝是一种单一自然同位素元素（英语：mononuclidic element）。铝的标准原子量（英语：standard atomic weight）几乎和铝-27的质量一样。这使得铝在核磁共振 (NMR)中非常有用，因为铝-27有很高的 NMR灵敏度。[18]

剩下的铝同位素都有放射性。其中最稳定的是26Al：虽然它与稳定的 27Al 一起存在于形成太阳系的星际介质中，也是可以通过恒星核合成产生的，但它的半衰期只有 717000 年，因此自行星形成以来，铝-26就全部衰变了。[19] 然而，由于宇宙射线质子轰击大气层中的氩气引起散裂（英语：Spallation），会产生微量的 26Al。26Al 和10Be的比例可用于放射性定年法，适用于 105 至106 年的尺度（运输、沉积、沉积物储存、埋藏时间和侵蚀）。[20] 大多数陨石学家认为，26Al 衰变释放的能量是一些小行星在 45.5 亿年前形成后熔化和分异的原因。[21]

剩下的铝同位素的质量数介于 22 到43之间，半衰期都小于一小时。铝还有三个已知的同核异构体，半衰期都小于一分钟。[22]

化学性质

主条目：铝化合物（英语：Compounds of aluminium）

铝结合了过渡金属和后过渡金属的特性。由于它几乎没有可用于金属键的电子，就像其较重的硼族元素一样，它具有后过渡金属的物理性质，原子间的距离长于预期。[23] 此外，由于 Al3+是一种小而高度带电的阳离子，它具有很强的极化性。这使得铝化合物的化学键趋向于共价键。[24]这种性质和铍 (Be2+)类似，它们存在对角线关系。[25]

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）薄层（室温下厚度为5纳米）[26]，有效的防止其继续氧化，或是与水和稀酸反应。[24][27]由于铝具有一般的耐腐蚀性，因此它是为数不多的以细粉形式保留银色的金属之一，使其成为银色颜料的重要组成部分。[28]

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，铝在强氧化性酸中被钝化，不与它们反应，所以浓硝酸、浓硫酸和一些有机酸是用铝罐存放的。[29]

铝和大部分非金属加热时反应，形成像是氮化铝 (AlN)、硫化铝 (Al2S3)和卤化铝 (AlX3)的化合物。铝也可以和几乎整个周期表的元素混合，形成金属间化合物。[24]

自然分布

太空

铝在太阳系的丰度是 3.15 ppm。[30]它是宇宙中第12多的元素，也是奇原子序的元素中第三多的，仅次于氢和氮。[30]铝唯一的稳定同位素27Al，是宇宙中第18多的核素。它几乎是在大质量恒星中的碳融合之后产生的，这些恒星后来将成为II型超新星。碳融合会产生 26Mg，然后这种同位素吸收一个质子或中子，形成铝-27。较少的 27Al则是在氢燃烧中，26Mg捕获一个质子而成的。[31] 几乎所有的铝都是 27Al，而当时存在于太阳系的26Al 的丰度为 27Al的 0.005%。不过，728,000 年的半衰期无法使铝-26在今天仍然存在，因此26Al 灭绝（英语：extinct radionuclide）了。[31]不像27Al，氢燃烧是 26Al的主要来源，由 25Mg 和自由质子聚合而成。不过，今天仍然存在的微量的26Al 是星际物质中最常见的伽马射线发射体。[31] 如果那时的26Al 仍然存在，银河系的伽马射线图将会更亮。[31]

地球

铝土矿，是铝主要的矿物。它的红棕色来自于氧化铁矿物。

整个地球由 1.59% 的铝组成（质量计，排在第七位）[32] 地壳中的铝则更加丰富，因为它易于形成氧化物，并被束缚在岩石而留在地壳中，而活性较低的金属沉入地核。[31]在地壳中，铝是丰度最高的金属，占了 8.23%（质量计），[11]，也是仅次于氧和硅，第三多的元素。[33]地壳中的大量硅酸盐含有铝。[34]相较之下，地球地幔只含 2.38% 的铝（质量计）。[35] 铝也存在于海水中，浓度 2 μg/kg。[11]

由于铝对氧的高亲和性，它几乎不以游离态存在。铝通常以氧化物和硅酸盐的形式出现。长石，地壳中最常见的一类矿物，是由铝硅酸盐组成的。铝也存在于绿柱石、冰晶石、石榴石、尖晶石和绿松石中。[36]Al2O3中的杂质铬和铁会分别形成红宝石和蓝宝石。[37]游离铝金属（英语：Native aluminium）极度稀有，并且只能在低氧逸度环境中作为次要相态被发现，例如某些火山的内部。[38]在南海东北部大陆坡的冷泉中，已经发现了游离铝。这些游离铝可能是细菌还原 Al(OH)4−的产物。[39]

尽管铝是一种常见且广泛使用的元素，但并非所有铝矿都是经济上可行的金属铝的来源。几乎所有的金属铝都是从铝土矿 (AlOx(OH)3–2x)生产的。铝土矿是热带气候条件下低铁和二氧化硅基岩的风化产物。[40]2017 年，大部分铝土矿在澳大利亚、中国、几内亚和印度开采。[41]

历史

主条目：铝的历史（英语：History of aluminium）
弗里德里希·维勒，第一个彻底描述金属元素铝的化学家

相对于其他金属，铝的发现比较晚。生产金属铝的尝试可以追溯到 1760 年。[42]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·奥斯特成功用钾汞齐从氯化铝中还原出一块看起来像锡的金属块，也就是铝[43][44][45] ：

英国化学家汉弗里·戴维爵士

他在 1825 年展示了他的结果并展示了新金属的样品。[46][47] 1827年，弗里德里希·维勒重复了奥斯特的实验，不过没有得到任何铝。[48]（这种不一致的原因直到 1921 年才被发现。）[49]同年，他用金属钾还原熔融的无水氯化铝得到较纯的金属铝单质。[45] 1845 年，他能够生产出小块的金属铝，并描述了这种金属的一些物理特性。[49]多年后，维勒被认为是铝的发现者。[50]

由于取之不易，当时铝的价格高于黄金。 [48]

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）继续优化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。[51]

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。[52][53][54][55]

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。[56]“修正石灰位”的概念[57]是用来定义土壤中碱饱和的程度。在土壤测试（英语：Soil test）实验室中，这个概念成为了确定土壤的“石灰（英语：Agricultural lime）需求”[58]的测试程序的基础。[59]

对人体的影响

铝离子或铝化合物被吃进人体，99%会随着粪便排出体外，1%会被吸收进入血循，接着随尿液排出体外。许多胃药都含有铝，并未造成不良影响，除非肾功能衰竭，才可能产生铝中毒。一般人使用铝锅、铝罐、铝箔，都不会影响健康。

参考资料

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  2. ^ 一氧化铝
  3. ^ 碘化铝
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外部链接

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 元素周期表（主族金屬）
  IA
1 		IIA
2 		IIIB
3 		IVB
4 		VB
5 		VIB
6 		VIIB
7 		VIIIB
8 		VIIIB
9 		VIIIB
10 		IB
11 		IIB
12 		IIIA
13 		IVA
14 		VA
15 		VIA
16 		VIIA
17 		VIIIA
18
1 H   He
2 Li Be   B C N O F Ne
3 Na Mg   Al Si P S Cl Ar
4 K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
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