原子序为13的化学元素
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Aluminium)是化学元素,属于硼族元素化学符号Al原子序数是13,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   13Al
氢(非金属) 氦(惰性气体)
锂(碱金属) 铍(碱土金属) 硼(类金属) 碳(非金属) 氮(非金属) 氧(非金属) 氟(卤素) 氖(惰性气体)
钠(碱金属) 镁(碱土金属) 铝(贫金属) 硅(类金属) 磷(非金属) 硫(非金属) 氯(卤素) 氩(惰性气体)
钾(碱金属) 钙(碱土金属) 钪(过渡金属) 钛(过渡金属) 钒(过渡金属) 铬(过渡金属) 锰(过渡金属) 铁(过渡金属) 钴(过渡金属) 镍(过渡金属) 铜(过渡金属) 锌(过渡金属) 镓(贫金属) 锗(类金属) 砷(类金属) 硒(非金属) 溴(卤素) 氪(惰性气体)
铷(碱金属) 锶(碱土金属) 钇(过渡金属) 锆(过渡金属) 铌(过渡金属) 钼(过渡金属) 锝(过渡金属) 钌(过渡金属) 铑(过渡金属) 钯(过渡金属) 银(过渡金属) 镉(过渡金属) 铟(贫金属) 锡(贫金属) 锑(类金属) 碲(类金属) 碘(卤素) 氙(惰性气体)
铯(碱金属) 钡(碱土金属) 镧(镧系元素) 铈(镧系元素) 镨(镧系元素) 钕(镧系元素) 钷(镧系元素) 钐(镧系元素) 铕(镧系元素) 钆(镧系元素) 铽(镧系元素) 镝(镧系元素) 钬(镧系元素) 铒(镧系元素) 铥(镧系元素) 镱(镧系元素) 镏(镧系元素) 铪(过渡金属) 钽(过渡金属) 钨(过渡金属) 铼(过渡金属) 锇(过渡金属) 铱(过渡金属) 铂(过渡金属) 金(过渡金属) 汞(过渡金属) 铊(贫金属) 铅(贫金属) 铋(贫金属) 钋(贫金属) 砈(类金属) 氡(惰性气体)
钫(碱金属) 镭(碱土金属) 锕(锕系元素) 钍(锕系元素) 镤(锕系元素) 铀(锕系元素) 镎(锕系元素) 钚(锕系元素) 镅(锕系元素) 锔(锕系元素) 锫(锕系元素) 锎(锕系元素) 锿(锕系元素) 镄(锕系元素) 钔(锕系元素) 锘(锕系元素) 铹(锕系元素) 𬬻(过渡金属) 𬭊(过渡金属) 𬭳(过渡金属) 𬭛(过渡金属) 𬭶(过渡金属) 鿏(预测为过渡金属) 𫟼(预测为过渡金属) 𬬭(预测为过渡金属) 鿔(过渡金属) 鉨(预测为贫金属) 𫓧(贫金属) 镆(预测为贫金属) 𫟷(预测为贫金属) 鿬(预测为卤素) 鿫(预测为惰性气体)




外观
银灰色金属


铝的原子光谱
概况
名称·符号·序数铝(aluminum)·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
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

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%)。

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。早期加拿大研究人员一项不可重复的研究指出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 Aluminium. Los Alamos National Laboratory. [3 March 2013]. (原始内容存档于2012-08-04). 
  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. ^ Aluminum 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 aluminum 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 aluminum 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. Aluminum 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]. (原始内容存档于2012-02-04). 
  13. ^ Turner, R.C. A Study of the Lime Potential. Research Branch, Department Of Agriculture. 1965 [2013-09-30]. (原始内容存档于2012-07-09). 
  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]. (原始内容存档于2009-07-28). 

参见编辑

外部链接编辑