金属铝查看源代码讨论查看历史
| 金属铝 |
 |
|
中文名；金属铝 制得时间；1825年 化学符号；Al 发现者；英国化学家戴维 密 度；2.7g/㎝³ 相对原子质量；26.981539 |
铝（Aluminium）是一种金属元素，元素符号为Al，原子序数为13。其单质是一种银白色轻金属。有延展性。商品常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。铝粉在空气中加热能猛烈燃烧，并发出眩目的白色火焰。易溶于稀硫酸、硝酸、盐酸、氢氧化钠和氢氧化钾溶液，难溶于水。相对密度2.70。熔点660℃。沸点2327℃。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用。 应用极为广泛。
2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，铝制品在一类致癌物清单中。[1]
发展历史
铝（Aluminium）的英文名出自明矾（alum），即硫酸复盐KAl(SO4)2·12H2O。史前时代，人类已经使用含铝化合物的黏土（Al2O3·2SiO2·2H2O）制成陶器。铝在地壳中的含量仅次于氧和硅，位列第三。但是由于铝化合物的氧化性很弱，铝不易从其化合物中被还原出来，因而迟迟不能分离出金属铝。意大利物理学家伏打发明电池后，戴维试图利用电流从矾土中分离出金属铝，都没有成功，但他建议将其命名为“alumium”，后改为“aluminum”，不久即修饰成aluminium。这种词形在全世界通用，但北美除外，那里的美国化学会（ACS）于1925年决定在出版刊物中采用“aluminum”。
化学符号Al，在元素周期表中属ⅢA族,原子序数13，原子量26.98154，面心立方晶体，常见化合价为+3。铝是最重要的轻金属。
aluminium一词是从古罗马语 alumen(明矾)衍生而来的。1746年德国人波特(J.H.Pott)从明矾制得一种氧化物,即氧化铝。18世纪法国的拉瓦锡(A.L.Lavoisier)认为这是一种未知金属的氧化物，它与氧的亲和力极大，以致不可能用碳和当时已知的其他还原剂将它还原出来。1807年英国人戴维（H.Davy）试图电解熔融的氧化铝以取得金属，没有成功，1809年他将这种想象中的金属命名为alumium，后来改为aluminium。1825年丹麦人奥斯忒（H.C.Oersted）用钾汞齐还原无水氯化铝,第一次得到几毫克金属铝，指出它具有与锡相同的颜色和光泽。1827年德国沃勒(F.W?hler)用钾还原无水氯化铝得到少量金属粉末。1845年他用氯化铝气体通过熔融金属钾的表面,得到一些铝珠,每颗重约10～15毫克，从而对铝的密度和延展性作了初步测定，指出铝的熔点不高。1854年法国德维尔（S.C.Deville）用钠代替钾还原NaAlCl4络合盐，制得金属铝。同年建厂，生产出一些铝制头盔、餐具和玩具。当时铝的价格接近黄金。1886年美国霍尔（C.M.Hall）和法国埃鲁 (P.L.T.Héroult)几乎同时分别获得用冰晶石－氧化铝熔盐电解法制取金属铝的专利。1888年在美国匹兹堡建立第一家电解铝厂，铝的生产从此进入新的阶段。1956年世界铝产量开始超过铜而居有色金属的首位。铝的价格在常用有色金属中按体积计是比较便宜的。
在以后的一段时期里，铝是帝王贵族们享用的珍宝。法国皇帝拿破仑三世在宴会上使用过铝制叉子；泰国国王使用过铝制表链。1855年在巴黎博览会上，它与王冠上的宝石一起展出，标签上注明“来自黏土的白银”。1889年，门捷列夫还曾得到伦敦化学会赠送的铝合金制成的花瓶和杯子。到19世纪末，铝的价格发生了成千倍的跌落。首先是由于19世纪70年代西门子改进了发电机后，有了廉价的电力；其次是由于法国的Heroult和美国的C. M. Hall于1886年分别发展了将氧化铝溶解在冰晶石（Na3AlF6）中电解的方法。当时他们都是22岁。这项创举使铝以大规模生产，奠定了今天世界电解铝的工业方法。至今各种铝制品已广泛进入千家万户。
2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，铝制品在一类致癌物清单中。
2018年7月30日，一个国际研究团队说，他们首次在宇宙中明确探测到一种放射性分子（氟化铝，包含铝的放射性同位素“铝－26”），且这种分子可能是因两颗恒星相撞而“飞溅”到星际空间的。
含量分布
地壳中含量最丰富的金属元素，含量8.3%。主要以铝硅酸盐矿石存在，还有铝土矿和冰晶石。氧化铝为一种白色无定形粉末，它有多种变体，其中最为人们所熟悉的是α－Al2O3和β－Al2O3。自然界存在的刚玉即属于α-Al2O3，它的硬度仅次于金刚石，熔点高、耐酸碱，常用来制作一些轴承，制造磨料、耐火材料。如刚玉坩埚，可耐1800℃的高温。Al2O3由于含有不同的杂质而有多种颜色。例如含微量Cr(III)的呈红色，称为红宝石；含有Fe(II)，Fe(III)或Ti(IV)的称为蓝宝石。
铝是一种轻金属，化学符号为Al，原子序数为13。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素，其蕴藏量在金属中居第2位。在金属品种中，仅次于钢铁，为第二大类金属。
分类
根据铝的成分可分三类：
化学性质
铝是活泼金属，在干燥空气中铝的表面立即形成厚约50埃（1埃=0.1纳米）的致密氧化膜，使铝不会进一步氧化并能耐水；但铝的粉末与空气混合则极易燃烧；熔融的铝能与水猛烈反应；铝是两性的，极易溶于强碱，也能溶于稀酸。（也有文献写为）
与水反应
根据铝的还原性可推断铝可以与水反应，但实验发现，铝与沸水几乎没有反应现象，不过铝在加热条件下就可以与水蒸汽发生明显反应，但反应一开始就与水中的氧气生成致密氧化膜阻止反应进一步进行。
铝为银白色轻金属。有延展性。商品常制成柱状、棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。用酸处理过的铝粉在空气中加热能猛烈燃烧，并发出眩目的白色火焰。易溶于稀硫酸、稀硝酸、盐酸、氢氧化钠和氢氧化钾溶液，不溶于水，但可以和热水缓慢地反应生成氢氧化铝，相对密度2.70，弹性模量70Gpa，泊松比0.33。熔点660℃。沸点2327℃。以其轻、良好的导电和导热性能、高反射性和耐氧化而被广泛使用。做日用皿器的铝通常叫“钢精”或“钢种”。Al 在（室温）25℃的热膨胀系数0.0000236mm/℃ 或23.6ppm·k-1。
同位素
铝有24种同位素，其中只有一种是稳定的。同位素列表如下：
备注:画上#号的数据代表没有经过实验的证明，只是理论推测而已，而用括号括起来的代表数据不确定性。
制备方法
1854年，法国化学家德维尔把铝矾土、木炭、食盐混合，通入氯气后加热得到NaCl，AlCl3复盐，再将此复盐与过量的钠熔融，得到了金属铝。1886年，美国的豪尔和法国的海朗特，分别独立地电解熔融的铝矾土和冰晶石（Na3AlF6）的混合物制得了金属铝，奠定了今后大规模生产铝的基础。
铝以化合态的形式存在于各种岩石或矿石里，如长石、云母、高岭石、铝土矿、明矾石等等。由铝的氧化物与冰晶石（Na3AlF6）共熔电解可制得铝，其主要反应过程如下：
从铝土矿中提取铝反应过程：
1、溶解：将铝土矿溶于NaOH(aq)：
（四羟基合铝酸钠）
2、过滤：除去残渣氧化亚铁（FeO）、硅铝酸钠等
3、酸化：向滤液中通入过量CO2：
4、过滤、灼烧 Al(OH)3：
5、电解：
注：电解时为使氧化铝熔融温度降低，在Al2O3中添加冰晶石（Na3AlF6）。不电解熔融AlCl3炼Al，因为AlCl3是共价化合物，其熔融态导电性极差。
主要用途
物质的用途在很大程度上取决于物质的性质。因为铝有多种优良性能，所以铝有着极为广泛的用途。
铝及铝合金是当前用途十分广泛的、最经济适用的材料之一。世界铝产量从1956年开始超过铜产量一直居有色金属之首。当前铝的产量和用量（按吨计算）仅次于钢材，成为人类应用的第二大金属；而且铝的资源十分丰富，据初步计算，铝的矿藏储存量约占地壳构成物质的8%以上。
铝的重量轻和耐腐蚀，是其性能的两大突出特点。
1、铝的密度很小，仅为2.7 g/cm³，虽然它比较软，但可制成各种铝合金，如硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等。这些铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。此外，宇宙火箭、航天飞机、人造卫星也使用大量的铝及其铝合金。例如，一架超音速飞机约由70%的铝及其铝合金构成。船舶建造中也大量使用铝，一艘大型客船的用铝量常达几千吨。
2、铝的导电性仅次于银、铜和金，虽然它的导电率只有铜的2/3，但密度只有铜的1/3，所以输送同量的电，铝线的质量只有铜线的一半。铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力，而且有一定的绝缘性，所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途。
3、铝是热的良导体，它的导热能力比铁大3倍，工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和炊具等。
4、铝有较好的延展性（它的延展性仅次于金和银），在100 ℃～150 ℃时可制成薄于0.01 mm的铝箔。这些铝箔广泛用于包装香烟、糖果等，还可制成铝丝、铝条，并能轧制各种铝制品。
5、铝的表面因有致密的氧化物保护膜，不易受到腐蚀，常被用来制造化学反应器、医疗器械、冷冻装置、石油精炼装置、石油和天然气管道等。
6、铝粉具有银白色光泽（一般金属在粉末状时的颜色多为黑色），常用来做涂料，俗称银粉、银漆，以保护铁制品不被腐蚀，而且美观。
7、铝在氧气中燃烧能放出大量的热和耀眼的光，常用于制造爆炸混合物，如铵铝炸药（由硝酸铵、木炭粉、铝粉、烟黑及其他可燃性有机物混合而成）、燃烧混合物(如用铝热剂做的炸弹和炮弹可用来攻击难以着火的目标或坦克、大炮等)和照明混合物(如含硝酸钡68%、铝粉28%、虫胶4%)。
8、铝热剂常用来熔炼难熔金属和焊接钢轨等。铝还用做炼钢过程中的脱氧剂。铝粉和石墨、二氧化钛（或其他高熔点金属的氧化物）按一定比率均匀混合后，涂在金属上，经高温煅烧而制成耐高温的金属陶瓷，它在火箭及导弹技术上有重要应用。
7、铝板对光的反射性能也很好，反射紫外线比银强，铝越纯，其反射能力越好，因此常用来制造高质量的反射镜，如太阳灶反射镜等。
8、铝具有吸音性能，音响效果也较好，所以广播室、现代化大型建筑室内的天花板等也采用铝。耐低温，铝在温度低时，它的强度反而增加而无脆性，因此它是理想的用于低温装置材料，如冷藏库、冷冻库、南极雪上车辆的生产装置。
9、铝空气电池，顾名思义就是以铝与空气作为电池材料的一种新型电池。它的一种无污染、长效、稳定可靠的电源，是一款对环境十分友好的电池。电池的结构以及使用的原材料可根据不同实用环境和要求而变动，具有很大的适应性，既能用于陆地也能用于深海，既可做动力电池，又能作长寿命高比能的信号电池。
毒理性质
研究发现，铝元素能损害人的脑细胞。根据世界卫生组织的评估，规定铝的每日摄入量为0～0.6mg/kg，这里的kg是指人的体重，即一个60kg的人允许摄入量为36mg。我国《食品添加剂使用标准GB2760-2011》中规定，铝的残留量要小于等于100mg/kg。以此计算，一个体重60kg的人每天吃油条不多于360g就不必担心。
铝在人体内是慢慢蓄积起来的，其引起的毒性缓慢、且不易察觉，然而，一旦发生代谢紊乱的毒性反应，则后果非常严重。因此，必须引起我们的重视，在日常生活中要防止铝的吸收，减少铝制品的使用。铝及其化合物对人类的危害与其贡献相比是无法相提并论的，只要人们切实注意，扬长避短，它对人类社会将发挥出更为重要的作用。
参考来源