求真百科歡迎當事人提供第一手真實資料,洗刷冤屈,終結網路霸凌。

金属铝查看源代码讨论查看历史

跳转至: 导航搜索
金属铝

来自 呢图网 的图片

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

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

工厂自动熔炼金属铝,生产线制作铝锭过程,涨知识!

参考资料

  1. 金属铝的性质,360文库 , 2021年9月14日