铝

铝（英语：Aluminum），铝是一种发现历史短、用途极其广泛的新型轻金属。

发现历史

铝的英文名称“aluminum”一词是从古罗马语“alumen”（明矾）衍生而来的。公元前1世纪，汉代《本草经》一书中记载了365种药物，其中有16种矿物药物，包括了矾石、铅丹、石灰、朴硝、磁石。明代宋应星所著《天工开物》一书记载了矾石的制造和用途。50年代初，考古学者在西晋周处（公元249-297）墓中发现铝质带饰，光谱分析含Al超过90%。中世纪，历史学家帕拉塞斯（P.A.T.Paracesus）使铝的发展更进一步，：他研究了许多物质和金属，其中也包括明矾（硫酸铝），证实它们是“某种矾土盐”。1754年，德国化学家马格拉夫（A.S.Marggraf）终于能够分离帕拉塞斯提到过的物质“矾土”。但是，直到1807年，英国人戴维才把“隐藏”在明矾中的金属分离出来，他用电解法发现了钾和钠，却没能分解氧化铝。1825年，丹麦科学家汉斯·克利斯季安·艾尔斯捷德在一家科技杂志上发表论文写道，他进行试验得到了一块金属，颜色和光泽有些像锡。其实这块新金属就是后来用途很广泛的铝。1827年，德国化学家弗利德利赫·维列尔着手研究这块新金属，终于年底发表了制取新金属铝的方法。当时维列尔的方法只能分离出颗粒状的铝，继续实验最后才制得了高质量的铝。人们发现铝之后，铝的矿产资源逐年减少，并且从铝土矿的开采、氧化铝的生产、铝的电解冶炼到铝加工成品，需要消耗大量的能源和原材料，生产成本昂贵，污染环境、影响人类的健康。不过铝有很高的回收与再生性，为了节约成本，人们逐渐将目光转向发展再生铝工业。

分布情况

铝是地壳中分布最广、储量最多的金属元素之一，约占地壳总质量的8.2%，仅次于氧和硅，比铁（约占5.1%）、镁（约占2.1%）和钛（约占0.6%）的总和还多。在火成岩中由铝和氧结合形成的矿物的质量中40%-60%为Al₂O₃，其他为SiO₂、Fe₂O₃等杂质。单独的氧化铝矿有铝土矿、薄水铝矿（α-Al₂O₃·H₂O）、刚玉（Al₂O₃）等，和硅酸盐结合在一起的有长石。高岭土含铝约20%，蒙脱土中含铝约11%。含有长石的岩石（花岗岩、片麻岩、斑岩等）受空气中二氧化碳与水分的作用发生风化，生成可溶性的碱土金属碳酸氢盐和碱金属硅酸盐，它们是植物的重要滋养料，而不溶性硅酸铝则残存下来形成粘土土壤。刚玉与刚玉砂的化学成分是氧化铝（Al₂O₃）。含有微量其他金属而带颜色的结晶刚玉是贵重的宝石（蓝宝石，红宝石）。苏联、美国、意大利、北美的阿肯色河与南美的瓜雅那等地拥有巨大的铝矾土矿。德国只在顽格尔斯堡的西部有一个很小的矿产地。苏联的巨大铝矾土矿分布在乌拉尔北部和中部、齐赫文、哈蘸克斯坦、西伯利亚东部。特别是乌拉尔北部的红帽山矿区出产很高质量的铝矾土。

物质结构

1.塑性好，强度低。铝具有面心立方晶体结构，结晶后无同素异构转变，表现出极好的塑性，适于冷加工成形。可以采用多种方式（轧制、挤压、模锻、冷冲、弯曲等）加工成多种复杂形状的材料与构件。2.铝原子的外围电子构型为3s²3p¹，在化合物中经常表现为+3氧化态。铝原子有空的3d轨道，与电子对给予体能形成配位数是6或4的稳定配合物。如：Na₃[AlF₆]等。²⁷Al的原子核内有14个中子和13个质子，13个电子在各层轨道上的分布是1s²2s²2p⁶3s²3p¹。如果同时失去2个3s电子和1个3p电子，则生成三价铝离子（Al³⁺）；如果失去1个3s电子和1个3p电子，则生成二价铝离子（Al²⁺）；如果失去1个3p电子，则生成一价铝离子（Al⁺），低价铝离子在低温下通常不稳定。铝的晶格属于面心立方体型。铝原子（铝离子）位于晶格的节点上和面的中心，这相当于每个晶格内有4个铝原子。