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13Al




外觀
銀灰色金屬


鋁的原子光譜
概況
名稱·符號·序數 鋁(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

鋁的電子層(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 固態
密度 (接近室溫
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]
兩性氧化物)
電負性 1.61(鮑林標度)
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 順磁性[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)(細棒) 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

主條目:鋁的同位素

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% 27Al帶14個中子穩定

英語Aluminium或Aluminum)是一種化學元素,屬於硼族元素,其化學符號Al原子序數是13。鋁是一種較軟的易延展的銀白色金屬。鋁是地殼第三大豐度的元素(僅次於),也是豐度最大的金屬,在地球的固體表面中占約8%的質量。鋁金屬在化學上很活躍,因此除非在極其特殊的氧化還原環境下,一般很難找到自然金屬英語Native metal形態的鋁。被發現的含鋁的礦物超過270種。[5] 最主要的含鋁礦石鋁土礦

鋁因其低密度以及耐腐蝕(由於鈍化現象)而受到重視。利用鋁及其合金製造的結構件不僅在航空太空工業中非常關鍵,在交通和結構材料領域也非常重要。最有用的鋁化合物是它的氧化物硫酸鹽

儘管鋁在環境中廣泛存在,但沒有一種生命形式中包含有含鋁。與鋁的無處不在相對應的是,動物和植物對鋁有很好的耐受性[6] 鋁化合物的潛在益處和生物學角色正受到越來越多得關注。

性狀[編輯]

鋁有特殊化學物理特性,是當今工業常用金屬之一,不僅重量輕,質地堅,而且具有良好延展性導電性導熱性耐熱性耐核輻射性,是國家經濟發展的重要基礎原材料。鋁在空氣中會迅速形成一層緻密的氧化鋁薄膜,阻止腐蝕的繼續進行。

自然分布[編輯]

鋁元素在地殼中的含量居金屬首位,佔地殼總量的7.57 %。

歷史[編輯]

英國化學家漢弗里·戴維爵士

相對於其他金屬,鋁的發現比較晚。1808年漢弗里·戴維爵士首次使用了「Aluminum」這個詞,並開始嘗試生產鋁。 1825年丹麥化學家漢斯·奧斯特成功用氯化鋁中還原出鋁:

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

1827年弗里德里希·維勒用金屬還原熔融的無水氯化鋁得到較純的金屬鋁單質。由於取之不易,當時鋁的價格高於黃金

德維爾(Henri Etienne Sainte-Claire Deville)在1846年純化了維勒過程,並發表在1859年的一本書上。由此十年內鋁的價格降低了90%。

1886年查爾斯·馬丁·霍爾(Charles Martin Hall)和保羅·埃魯(Paul Héroult)各自獨立發現了以霍爾-埃魯法命名的電解制鋁法。在1889年卡爾·約瑟夫·拜爾(Carl Josef Bayer)繼續最佳化了此過程。迄今仍以這種方法為大規模工業制鋁的主要手段。

性質[編輯]

鋁是輕金屬密度僅是三分之一左右。純鋁較軟,在300℃左右失去抗張強度,熔點660.4度。經處理過的鋁合金,質輕而較堅韌。

純淨的鋁是銀白色的,因在空氣中易與氧氣化合,在表面生成緻密的氧化物薄膜(氧化鋁Al2O3),所以通常略顯銀灰色。

4Al + 3O2 → 2Al2O3

平常我們可見的鋁製品,均已經被氧化。而其氧化薄膜又使鋁不易被腐蝕。

兩性[編輯]

鋁能夠與稀的強酸進行反應,生成氫氣和相應的鋁,但一般需要將其氧化膜去掉或快速摩擦後放入酸液中。

如與稀鹽酸反應生成氯化鋁

2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2

與稀硝酸反應硝酸鋁:

2Al + 6HNO3 → 2Al(NO3)3 + 3H2

常溫下,鋁在濃硝酸濃硫酸中被鈍化,不與它們反應,所以濃硝酸是用鋁罐(可維持約180小時)運輸的。


同時與一般的金屬不同的是,它也可以和強鹼進行反應,形成四羥基合鋁酸鹽(曾被認為是偏鋁酸鹽)和氫氣。因此認為鋁是兩性金屬,鋁的氧化物稱為兩性氧化物,而氫氧化鋁則稱為兩性氫氧化物

如與氫氧化鈉反應生成四羥基合鋁酸鈉(曾被認為是偏鋁酸鈉):

2Al+2NaOH+6H2O→ 2Na[Al(OH)4]+3H2

品種分類[編輯]

根據鋁主成份含量可以分成三類:高級純鋁(鋁的含量99.93%-99.999%)、工業高純鋁(鋁的含量99.85%-99.90%)、工業純鋁(鋁的含量98.0%-99.7%)。

鋁的應用[編輯]

白色、軟、易加工,金屬鋁熔點為660度,是重要工業原料。

  • 鋁的合金質量較輕而強度較高,通常的工業用鋁合金,如6063-T5,其強度超過了3Cr13高速不鏽鋼,因而在製造飛機汽車軌道車輛火箭中被廣泛應用
  • 由於鋁有良好的導電性導熱性,可用作超高電壓的電纜材料。高純鋁具有更優良的性能
  • 鋁在高溫時的還原性極強,可以用於冶煉高熔點金屬以及鐵路鋪設時的臨時煉鐵(這種方法稱為「鋁熱法」)
  • 鋁富展性,可製成鋁箔,用於包裝
  • 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凶,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。[7]

近五十年來,鋁已成為世界上最為廣泛應用的金屬之一。除上所述,在建築業上,由於鋁在空氣中的穩定性和陽極處理後的極佳外觀而受到很大應用;在航空國防軍工部門也大量使用鋁合金材料;在電力輸送上則常用高強度鋼線補強的鋁纜,在一些地方因銅製電纜價格較高常遭竊而改用鋁製電纜;貨櫃運輸、日常用品、家用電器、機械設備等都需要大量的鋁。

鋁期貨[編輯]

目前鋁的期貨交易主要在倫敦金屬交易所上海期貨交易所進行。鋁是倫敦金屬交易所的重要品種。

對植物的影響[編輯]

雖然鋁在pH值中性土壤中對植物一般是無害的,但它在酸性土壤中是減緩植物生長的的首要因素。在酸性土壤中,Al3+陽離子濃度會升高,並影響植物的根部生長和功能。[8][9][10][11]

絕大多數酸性土壤中鋁(而不是)是飽和的。因此,土壤的酸度來源於鋁化合物的水解[12]「修正石灰位」的概念 [13] 是用來定義土壤中鹼飽和的程度。在土壤測試英語Soil test實驗室中,這個概念成為了確定土壤的「石灰英語Agricultural lime需求」[14] 的測試程序的基礎。[15]

參見[編輯]

參考[編輯]

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Aluminum. Los Alamos National Laboratory. [3 March 2013]. 
  2. ^ Aluminium monoxide
  3. ^ Aluminium iodide
  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. ^ Helmboldt, O. Aluminum Compounds, Inorganic//Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH. 2007. doi:10.1002/14356007.a01_527.pub2. 
  7. ^ Aluminium and Alzheimer's disease. [2012-06-15]. 
  8. ^ 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. 
  9. ^ Andersson, Maud. Toxicity and tolerance of aluminium in vascular plants. Water, Air, & Soil Pollution. 1988, 39 (3–4): 439–462. doi:10.1007/BF00279487. 
  10. ^ 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. 
  11. ^ 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. 
  12. ^ 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. 
  13. ^ corrected lime potential (formula). Sis.agr.gc.ca. 2008-11-27 [2010-05-03]. 
  14. ^ Turner, R.C. A Study of the Lime Potential. Research Branch, Department Of Agriculture. 1965. 
  15. ^ 應用石灰來降低鋁對植物的毒性。One Hundred Harvests Research Branch Agriculture Canada 1886–1986. Historical series / Agriculture Canada – Série historique / Agriculture Canada. Government of Canada. [2008-12-22].