奇妙的化学元素 | 一种后来居上的金属元素--铝

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铝的特性

奇妙的化学元素 | 一种后来居上的金属元素--铝  第1张

    铝(Aluminium)元素符号是Al,原子序数为13,是一种常见的金属元素,有24种同位素。

化学特性:
    铝是活泼金属,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。熔融的铝能与水猛烈反应,高温下能将许多金属氧化物还原为相应的金属。铝是两性的,极易溶于强碱(氢氧化钠和氢氧化钾溶液),也能溶于稀酸(稀硫酸、硝酸、盐酸),难溶于水,但可以和热水缓慢地反应生成氢氧化铝,不过反应会因生成氧化膜随即停止。

物理特性:
    相对密度2.70。熔点660℃。沸点2327℃。
    铝单质是一种银白色轻金属,有杰出的延展性。有较好的导电性、导热性、耐热性和耐核辐射性。纯铝较软,商品常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。

铝的发现

奇妙的化学元素 | 一种后来居上的金属元素--铝  第2张

    AL(aluminium)一词是从古罗马语alumen(明矾)衍生而来的。
    1746年德国人波特从明矾制得一种氧化物,即氧化铝。

    18世纪法国的拉瓦锡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。

    1800年意大利物理学家伏打发明电池后,1807年英国人戴维试图电解熔融的氧化铝以取得金属,没有成功。
    1825年丹麦人奥斯忒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。

    1854年法国德维尔用钠代替钾还原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。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铝制叉子,而其它客人用的是银制餐具。泰国国王使用过铝制表链。1855年在巴黎博览会上,铝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。
    19世纪70年代西门子改进了发电机后,有了廉价的电力;1886年美国霍尔和法国埃鲁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。这项创举使铝得以大规模生产,奠定了今天世界电解铝的工业方法。
    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。至今各种铝制品已广泛进入千家万户。

铝的来源

奇妙的化学元素 | 一种后来居上的金属元素--铝  第3张

地球上化学元素含量图

    铝元素在地壳中的含量为8%,仅次于氧和硅,居第三位,是地壳中含量最丰富的金属元素。它广泛分布于岩石、泥土和动、植物体内。主要以铝硅酸盐矿石存在,还有铝土矿和冰晶石。另外铝在自然界中还以氧化物形式存在,刚玉、红宝石、蓝宝石主要成分都是氧化铝。

铝的用途
奇妙的化学元素 | 一种后来居上的金属元素--铝  第4张

    铝是国民经济发展的重要基础原材料。在工业和生活中应用极为广泛。铝有重量轻和耐腐蚀两大突出特点,且铝的资源十分丰富,因而在工业和日常生活中有着广泛的用途。
(1)铝的密度很小,仅为2.7g/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0.01mm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。
(9)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。
(10)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。
(11)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使用环境和要求而变动,具有很大的适应性。

铝的危害
奇妙的化学元素 | 一种后来居上的金属元素--铝  第5张

    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。
    2017年,世界卫生组织将铝列入致癌物清单中。
    避免方法:避免使用铝制成的炊具;少吃炸油条、由铝包装的糖果等食品,少喝易拉罐装的软饮料;部分药品由含铝物质制成,应减少服用含铝元素的药品。


结语

    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。

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