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铝   13Al
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外觀
银灰色金属


铝的原子光谱
概況
名稱·符號·序數 铝(aluminium)·Al·13
元素類別 貧金屬
·週期· 13·3·p
標準原子質量 26.9815386(13)
電子排布

[] 3s2 3p1
2, 8, 3

铝的电子層(2, 8, 3)
歷史
預測 拉瓦節[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

蒸汽壓

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 豐度 半衰期 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,带14个中子

英语Aluminium或Aluminum)是一种化学元素,属于硼族元素,其化学符号Al原子序数是13。铝是一种较软的易延展的银白色金属。铝是地壳第三大丰度的元素(仅次于),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,一般很难找到自然金属英语Native metal形态的铝。被发现的含铝的矿物超过270种。[5]最主要的含铝矿石铝土矿

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硫酸盐

尽管铝在环境中广泛存在,但没有一种生命形式中包含有铝

性状[编辑]

铝有特殊化学物理特性,是当今工业常用金属之一,不仅重量轻,质地坚,而且具有良好延展性导电性导热性耐热性耐核辐射性,是国家经济发展的重要基础原材料。鋁在空气中会迅速形成一层致密的氧化鋁薄膜,阻止腐蚀的继续进行。

自然分布[编辑]

铝元素在地壳中的含量居金属首位,占地壳总量的7.57 %。

历史[编辑]

英国化学家汉弗里·戴维爵士

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·奥斯特成功用氯化铝中还原出铝:

\mathrm{4\ AlCl_3 + 3\ K \rightarrow Al + 3\ KAlCl_4}

1827年弗里德里希·维勒用金属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)各自独立发现了以霍尔-埃鲁法命名的电解制铝法。在1889年卡尔·约瑟夫·拜尔(Carl Josef Bayer)继续优化了此过程。迄今仍以这种方法为大规模工业制铝的主要手段。

性质[编辑]

铝是轻金属密度僅是三分之一左右。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,質輕而較堅韌。

纯净的铝是银白色的,因在空气中易与氧气化合,在表面生成致密的氧化物薄膜(氧化铝Al2O3),所以通常略显银灰色。

4Al + 3O2 → 2Al2O3

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。

两性[编辑]

铝能够与稀的强酸进行反应,生成氢气和相应的铝

如与稀盐酸反应生成氯化铝

2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2

与稀硝酸反应生成硝酸铝:

Al + 4HNO3 → Al(NO3)3 + NO+2H2O 该反应为其中的一个反应。

常温下,铝在浓硝酸浓硫酸中被钝化,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。

同时与一般的金属不同的是,它也可以和强碱进行反应,形成四羟基合铝酸盐(曾被认为是偏铝酸盐)和氢气。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

如与氢氧化钠反应生成四羟基合铝酸钠(曾被认为是偏铝酸钠):

2Al+2NaOH+6H2O→ 2Na[Al(OH)4]+3H2

品种分类[编辑]

根據鋁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%)。

铝的应用[编辑]

白色、软、易加工,金属铝熔点为660度,是重要工业原料。

  • 铝的合金质量较轻而强度较高,通常的工业用铝合金,如6063-T5,其强度超过了3Cr13高速不锈钢,因而在制造飞机汽车軌道車輛火箭中被广泛应用。
  • 由于铝有良好的导电性导热性,可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铁路铺设时的临时炼铁(这种方法称为“铝热法”)。
  • 铝富展性,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(特別是氧化,因為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,是電腦機殼的上選材料。
  • 鋁對於人體可以排泄,早期研究人員懷疑鋁是導致阿茲海默症的元兇,但是經過幾十年的研究,沒有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[编辑]

目前铝的期货交易主要在伦敦金属交易所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[编辑]

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)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”[13]的测试程序的基础。[14]

参见[编辑]

参考[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Aluminum. Los Alamos National Laboratory. [3 March 2013]. 
  2. ^ 一氧化铝
  3. ^ 碘化铝
  4. ^ Lide, D. R. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds. CRC Handbook of Chemistry and Physics 81st. CRC Press. 2000. ISBN 0849304814. 
  5. ^ Shakhashiri, B. Z. Chemical of the Week: Aluminum. SciFun.org. University of Wisconsin. 17 March 2008 [2012-03-04]. 
  6. ^ Aluminium and Alzheimer's disease. [2012-06-15]. 
  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. Effect of aluminum on δ-aminolevulinic acid dehydratase (ALA-D) and the development of cucumber (Cucumis sativus). Environmental and experimental botany. 2006, 57 (1–2): 106–115. doi:10.1016/j.envexpbot.2005.05.004. 
  8. ^ Andersson, Maud. Toxicity and tolerance of aluminium in vascular plants. Water, Air, & Soil Pollution. 1988, 39 (3–4): 439–462. doi:10.1007/BF00279487. 
  9. ^ Horst, Walter J. The role of the apoplast in aluminium toxicity and resistance of higher plants: A review. Zeitschrift für Pflanzenernährung und Bodenkunde. 1995, 158 (5): 419–428. doi:10.1002/jpln.19951580503. 
  10. ^ Ma, Jian Feng; Ryan, PR; Delhaize, E. Aluminium tolerance in plants and the complexing role of organic acids. Trends in Plant Science. 2001, 6 (6): 273–278. doi:10.1016/S1360-1385(01)01961-6. PMID 11378470. 
  11. ^ Turner, R.C. and Clark J.S. Lime potential in acid clay and soil suspensions. Trans. Comm. II & IV Int. Soc. Soil Science. 1966: 208–215. 
  12. ^ corrected lime potential (formula). Sis.agr.gc.ca. 2008-11-27 [2010-05-03]. 
  13. ^ Turner, R.C. A Study of the Lime Potential. Research Branch, Department Of Agriculture. 1965. 
  14. ^ 应用石灰来降低铝对植物的毒性。One Hundred Harvests Research Branch Agriculture Canada 1886–1986. Historical series / Agriculture Canada – Série historique / Agriculture Canada. Government of Canada. [2008-12-22].