铝
性质
物理性质
铝是轻金属,密度仅是铁三分之一左右。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(都为铜的59%),而远轻于铜。铝可以在低于1.2K 的温度和磁通量大于100高斯下超导。
化学性质
铝暴露于空气中会在其表面生成致密的氧化铝Al 2 O 3(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的温度以下铝开始会被水氧化,生成氢气和氢氧化铝和热。
同时与一般的金属不同的是,它可以同时和强酸强碱进行反应,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盐。
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。
在常温下,铝在浓硝酸和浓硫酸中被钝化,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
已知铝的同位素约有22个,原子量从21~42,但只有 Al (稳定) 和 Al (有放射性,半衰期为 7.2×10 年) 存在于自然界。其中 Al 占 99.9% 以上。 Al的比例可用于测定陨石的年龄。
自然分布
铝元素在地壳中的含量居金属首位,占地壳总量的 7.57 % % --> {\displaystyle 7.57\%} 。
历史
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·奥斯特成功用钾从氯化铝中还原出铝:
1827年弗里德里希·维勒用金属钾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。迄今以拜耳法与霍尔-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
根据铝锭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
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、轨道车辆及火箭的主要生产原料。
由于铝有良好的导电性和导热性,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。
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;在航空及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
目前铝的期货交易主要在伦敦金属交易所和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
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,Al 阳离子浓度会升高,并影响植物的根部生长和功能。
绝大多数酸性土壤中铝(而不是氢)是饱和的。因此,土壤的酸度来源于铝化合物的水解。 “修正石灰位”的概念 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” 的测试程序的基础。
参见
铝合金
氢氧化铝
易拉罐
铝箔纸
各国铝产量列表
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