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铝   13Al
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外观
银灰色金属


铝的原子光谱
概况
名称·符号·序数 铝(aluminium)·Al·13
元素类别 贫金属
·周期· 13 ·3·p
标准原子质量 26.9815386(13)
电子排布

[] 3s2 3p1
2, 8, 3

铝的电子层(2, 8, 3)
历史
预测 拉瓦锡[1](1787年)
分离 弗里德里希·维勒[1](1827年)
命名 汉弗里·戴维[1](1807年)
物理性质
物态 固态
密度 (接近室温
2.70 g·cm−3
熔点时液体密度 2.375 g·cm−3
熔点 933.47 K,660.32 °C,1220.58 °F
沸点 2792 K,2519 °C,4566 °F
熔化热 10.71 kJ·mol−1
汽化热 294.0 kJ·mol−1
比热容 24.200 J·mol−1·K−1

蒸气压

压/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温/K 1482 1632 1817 2054 2364 2790
原子性质
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
杂项
晶体结构 面心立方
磁序 顺磁性[4]
电阻率 (20 °C)28.2 n Ω·m
热导率 237 W·m−1·K−1
膨胀系数 (25 °C)23.1 µm·m−1·K−1
声速(细棒) (室温)(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
维氏硬度 167 MPa
布氏硬度 245 MPa
CAS号7429-90-5
最稳定同位素

主条目:铝的同位素

同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰变
方式 能量MeV 产物
26Al 微量 7.17×105 yr β+ 1.17 26Mg
ε - 26Mg
γ 1.8086 -
27Al 100% 稳定,带14个中子

AluminiumAluminum)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。相对密度是2.70。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太工业中非常关键,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[编辑]

物理性质[编辑]

铝是轻金属密度仅是三分之一左右。纯铝较软,在300℃左右失去抗张强度熔点660.4度。经处理过的铝合金较坚韧、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。铝很容易被加工,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高斯超导

化学性质[编辑]

铝容易与反应,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。而其氧化薄膜又使铝不易被腐蚀。

在280 °C的温度之下铝开始会被水氧化,生成氢气氢氧化铝和热。

同时与一般的金属不同的是,它既可以和进行反应,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

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。

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。

同位素[编辑]

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[编辑]

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[编辑]

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:

英国化学家汉弗里·戴维爵士

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[编辑]

根据铝主成分含量可以分成三类: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,因而成为飞机汽车轨道车辆火箭的主要生产原料。
  • 由于铝有良好的导电性导热性且较轻,可取代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长焊钢轨铁路铺设时的临时炼铁(这种方法称为“铝热法”)。
  • 铝富延展性,可制成铝箔,用于包装
  • 铝是金属,所以可以回收再造,但是回收率不高。
  • 铝的抗腐蚀性(特别是抗氧化,因其氧化物氧化铝在金属表面形成致密的膜,反而增加了铝的抗腐抗热性)优异,外观质感佳,价格适中,为电脑机壳的首选材料。
  • 铝可被人体自然排泄。早期研究人员怀疑铝是导致阿兹海默症的元凶,但几十年的研究并没有发现任何证据可以证明铝会导致老人痴呆。[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,在一些地方因铜制电缆价格较高常遭窃而改用铝制电缆;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]

参考资料[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 (PDF) 81st. CRC Press. 2000. ISBN 0849304814. (原始内容 (PDF)存档于2011-03-03). 
  5. ^ Shakhashiri, B. Z. Chemical of the Week: Aluminum (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. ^ Aluminium and Alzheimer's disease. [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. 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. PMID 11378470. doi:10.1016/S1360-1385(01)01961-6. 
  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]. 

参见[编辑]

外部链接[编辑]