铝（拼音：lǚ，注音：ㄌㄩˇ，粤拼：leoi5；英语：aluminum ），是一种化学元素，其化学符号为Al，原子序数为13，原子量为26.9815386 u，属于硼族元素，相对密度是2.70。铝是较软的易延展的银白色金属，也是地壳中第三大丰度的元素（仅次于氧和硅），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。最主要的含铝矿石是铝土矿。
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天工业中非常关键，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和硫酸盐。
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。
铝是轻金属，密度为 2.70 g/cm3，仅是钢的三分之一左右。使铝制零件通过它们的轻盈易于识别。
铝有良好的导电导热性（都为铜的59%），而远轻于铜。
铝原子有 13 个电子，电子排布为 [Ne] 3s2 3p1，
一个自由铝原子的原子半径为 143 pm。
主条目：铝的同位素
在所有铝同位素中，只有27
Al
是稳定的。这在原子序是奇数的元素中很常见。这对元素的属性有影响。
剩下的铝同位素都有放射性。其中最稳定的是26Al：虽然它与稳定的 27Al 一起存在于形成太阳系的星际介质中，也是可以通过恒星核合成产生的，但它的半衰期只有 717000 年，因此自行星形成以来，铝-26就全部衰变了。
剩下的铝同位素的质量数介于 22 到43之间，半衰期都小于一小时。铝还有三个已知的同核异构体，半衰期都小于一分钟。
主条目：铝化合物
铝结合了过渡金属和后过渡金属的特性。由于它几乎没有可用于金属键的电子，就像其较重的硼族元素一样，它具有后过渡金属的物理性质，原子间的距离长于预期。
铝的原子实的电子结构是惰性气体核心，而较重的同系物镓、铟、铊和钅尔已经有充满的 d壳层，有些还有 f壳层。因此，铝的内部电子几乎完全屏蔽了价电子，这与铝较重的同系物不同。铝是整个硼族元素中电正性最高的元素，它的氢氧化物也比氢氧化镓的碱性更强。
铝容易与氧反应，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）薄层（室温下厚度为5纳米）
在热浓盐酸中，铝与水反应放出氢气，并在氢氧化钠或氢氧化钾水溶液中形成铝酸盐——在这些条件下保护性钝化可以忽略不计。
铝和大部分非金属加热时反应，形成像是氮化铝 (AlN)、硫化铝 (Al2S3)和卤化铝 (AlX3)的化合物。铝也可以和几乎整个周期表的元素混合，形成金属间化合物。
大部分的铝化合物中，铝的氧化态为 +3。Al3+ 的配位数通常是4或6。几乎所有的铝(III)化合物都是无色的。
在水溶液中，Al3+ 以六水合物 [Al(H2O)6]3+ 的形式存在，Ka 约为 10−5。 这种溶液是酸性的，因为这种阳离子可以作为质子供体并逐渐水解，直到形成氢氧化铝（Al(OH)3）沉淀。
氢氧化铝可溶于酸和碱，分别形成铝盐和铝酸盐，也与酸性和碱性氧化物融合。
2[Al(H2O)6]Cl3 加热→ Al2O3 + 6 HCl + 9 H2O
铝的四种三卤化物都是已知的。不像更重的三种卤化物，氟化铝 (AlF3) 具有六配位铝，这解释了它的不挥发性、不溶性以及高生成热。每个铝原子都被六个氟原子包围，形成扭曲八面体结构，每个氟原子则桥接在两个八面体的角之间。这些 {AlF6} 单元也存在于三元氟化物中，例如冰晶石 Na3AlF6。AlF3的熔点是 1,290 °C（2,354 °F） ，可以由氧化铝和氟化氢在 700 °C（1,300 °F）下反应而成。
铝在重卤化物中的配位数较少。这些卤化物是二聚体或多聚体，含有四配位铝中心。氯化铝 (AlCl3) 在熔点192.4 °C（378 °F） 以下时为层状聚合物结构，在液态为 Al2Cl6 二聚体。在高温下，它会分解成AlCl3 单体，结构类似于BCl3。溴化铝和碘化铝在固态、液态和气态都是 Al2X6二聚体，因此在改变相态时没有显著的变化。
铝形成一种稳定的氧化物——氧化铝，化学式 Al2O3。
铝有三种标准情况下稳定的硫属化物，分别为硫化铝 (Al2S3)、硒化铝 (Al2Se3)和碲化铝 (Al2Te3)。它们三个都可以由铝的硫属元素在1,000 °C（1,800 °F）下反应而成。它们会迅速水解，形成氢氧化铝和对应的氧族元素氢化物。
铝有四种氮族元素化物——氮化铝 (AlN)、磷化铝 (AlP)、砷化铝 (AlAs)和锑化铝 (AlSb)。它们都是三五半导体，和硅和锗是等电子体，除了 AlN 外，所有这些都具有闪锌矿结构。它们都可以由在高温（可能需要高压）下组成元素直接反应而成。
铝和其它金属（大多数碱金属和硼族元素除外）形成的合金和 150 种金属互化物都是已知的。制备这些合金和金属互化物的方法包括按一定比例将金属混合加热，然后逐渐冷却和退火。它们中的键主要是金属键，晶体结构主要取决于堆积效率。
铝也有一些低氧化态的化合物。一些铝(I)化合物是已知的：AlF、AlCl、AlBr和 AlI 存在于气相。它们可以由三卤化铝和金属铝加热或在低温下反应而成。
主条目：有机铝化合物
三甲基铝的结构，含有五配位碳。
一系列实验式 AlR3 和 AlR1.5Cl1.5 的化合物都是已知的。
工业上最重要的铝氢化物是氢化铝锂 (LiAlH4)，在有机化学中用作还原剂。它可以由氢化锂和氯化铝反应而成。
铝在太阳系的丰度是 3.15 ppm。
铝土矿，是铝主要的矿物。它的红棕色来自于氧化铁矿物。
整个地球由 1.59% 的铝组成（质量计，排在第七位）
由于铝对氧的高亲和性，它几乎不以游离态存在。铝通常以氧化物和硅酸盐的形式出现。长石，地壳中最常见的一类矿物，是由铝硅酸盐组成的。铝也存在于绿柱石、冰晶石、石榴石、尖晶石和绿松石中。
尽管铝是一种常见且广泛使用的元素，但并非所有铝矿都是经济上可行的金属铝的来源。几乎所有的金属铝都是从铝土矿 (AlOx(OH)3–2x)生产的。铝土矿是热带气候条件下低铁和二氧化硅基岩的风化产物。
主条目：铝的历史
弗里德里希·维勒，第一个彻底描述金属元素铝的化学家
铝的历史是从明矾的使用开始塑造的。古希腊历史学家希罗多德对明矾的第一个书面记录可以追溯到公元前5世纪。
当时明矾的性质仍然未知。大约在 1530 年，瑞士医生帕拉塞尔苏斯认为明矾是矾土的盐。
相对于其他金属，铝的发现比较晚。生产金属铝的尝试可以追溯到 1760 年。 ：
英国化学家汉弗里·戴维爵士
他在 1825 年展示了他的结果并展示了新金属的样品。
由于取之不易，当时铝的价格高于黄金。
1886年，查尔斯·马丁·霍尔（Charles Martin Hall）和保罗·埃鲁（Paul Héroult）各自独立发现了电解制铝法，后来这种方法被称为霍尔-埃鲁法
铝的价格下降，之后在1890 年代和20 世纪初被广泛用于珠宝、日常用品、眼镜架、光学仪器、餐具和铝箔中。铝与其他金属形成坚硬而轻的合金的能力为当时的其它金属提供了多种用途。
到了20世纪中叶，铝已成为日常生活的一部分和家庭用品的重要组成部分。
从1900年开始，铝的产量
在20世纪期间，铝的产量迅速上升：1900年世界铝产量为6800公吨，1916年的年产量首次突破10万吨，1941年突破100万吨，1971年则突破1000万吨。
铝的实际价格从 1900年的每公吨 14000 美元下降到 1948 年的每公吨 2340 美元（以 1998年美元计）。
参见：各国铝产量列表
铝的生产从地下提取的铝土矿开始。铝土矿使用拜耳法加工并转化为氧化铝，然后使用霍尔－埃鲁法进行加工，从而形成金属铝。
生产铝是高度耗能的，因此铝的生产商倾向于将冶炼厂设在电力充足且价格低廉的地方。 而中国是迄今为止最大的铝生产国，占世界份额的 55%。
根据国际资源委员会的社会金属库存报告，全球平均每人在社会中使用的铝（即汽车、建筑、电子产品等）为80千克（180磅）。
主条目：拜耳法
铝土矿通过拜耳法转化成氧化铝。将铝土矿混合均匀，然后进行研磨。将得到的泥浆与热氢氧化钠溶液混合，然后在远高于大气压的压力下的反应釜中处理混合物。将氢氧化铝溶解在铝土矿中，同时将杂质转化为相对不溶的化合物：
Al(OH)3 + Na+ + OH− → Na+ + [Al(OH)4]−
在该反应之后，这些泥浆处于高于其常压沸点的温度。随着压力的降低，它通过去除蒸汽来冷却。铝土矿的残留物将从溶液中分离并丢弃。这时，溶液中不含固体，之后以小的氢氧化铝晶体为晶种，使 [Al(OH)4]− 离子分解成氢氧化铝。在大约一半的铝沉淀后，混合物被送到分级器。之后，收集小的氢氧化铝晶体作为晶种，而粗的氢氧化铝颗粒通过加热转化为氧化铝。多余的溶液将通过蒸发去除，纯化（如果需要），并循环使用。
在把铝土矿转化成氧化铝之后，可以通过霍尔－埃鲁法变成金属铝。氧化铝、冰晶石 (Na3AlF6) 和氟化钙在950和980 °C（1,740和1,800 °F）的熔融混合物中电解，形成金属铝。液态铝金属会沉到溶液底部并被取出，通常浇铸成称为铝坯的大块以进行进一步加工。
电解槽的阳极由碳——最耐氟化物腐蚀的材料制成，并在过程中或过程前烘烤。前者（过程中烘烤）也称为 Söderberg 阳极，功率效率较低，并且在烘烤过程中释放的烟雾收集起来成本很高，这就是为什么它们被后者取代的原因，尽管它们节省了预前烘烤阴极的电力、能源和劳动力。用于阳极的碳最好是纯的，这样铝和电解质都不会被灰污染。尽管碳具有抗腐蚀能力，但每生产一千克铝仍以 0.4-0.5 千克的速度消耗碳。电解槽的阴极则是由无烟煤制成。它们不需要高纯度，因为杂质的浸出非常缓慢。阴极的消耗率为每千克铝 0.02-0.04 千克。电解槽的电池通常在阴极失效后 2-6 年后终止。
霍尔－埃鲁法可以生产纯度超过 99%的铝。继续纯化可以通过Hoopes法实现。该过程涉及使用钠、钡和铝的氟化物电解液电解熔融的铝。在这个过程之后，铝的纯度达到 99.99%。
电力约占铝的生产成本的 20% 至 40%，具体取决于冶炼厂的位置。铝的生产消耗了美国大约 5% 的电力。
资源回收金属已成为铝工业的一项重要任务。直到 1960 年代后期，回收利用一直是一项低调的活动。当时，铝制饮料罐的使用量不断增加，使公众意识到了这一点。
来自原铝生产和二次回收操作的浮渣仍然含有可工业提取的铝。这个过程生产铝坯以及高度复杂的废料，并且浪费很难管理。它与水反应，释放出混合气体（包括氢气、乙炔和氨），与空气接触时会自燃，
参见：铝合金
铝在 2016年的全球产量为 5880万吨，仅次于铁（12.31亿吨）。
铝几乎总是以合金的形式出现，这显着改善了其机械性能，尤其是回火时。例如，常见的铝箔和饮料罐都是含有92%～99%铝的合金。
铝金属的主要用途是：
因为密度低，铝可用于制作交通工具（汽车、飞机、卡车、铁路车辆、船舶、自行车、航天器等）。
因为无毒（见下）、不易吸附和不易碎片，铝也用于包装（铝罐、箔、框架等）。
当需要重量轻、耐腐蚀性或工程特性很重要的情况下，铝也用于建筑和施工（窗户、门、建筑电线、护套、屋顶等）。
铝可用于与电力相关的用途（导体合金、电动机和发电机、变压器、电容器等），因为它相对便宜、导电性高、具有足够的机械强度和低密度、并且耐腐蚀。
从炊具到家具，很多家庭物品都是用铝制成的。低密度、美观、易于制造和耐用是铝制物品使用的关键因素。
机械设备（加工设备、管道、工具）中也会使用铝，因为它具有耐腐蚀性、不会自燃和足够的机械强度。
铝也用于制造便携式电脑机箱。2018 年，苹果公司公开了使用使用过的饮料罐 (UBC) 材料来包裹其MacBook Air产品的电子元件。铝可以回收利用，清洁的铝具有剩余的市场价值。
大部分（约 90%）的氧化铝会被转化成金属铝。
铝的各种硫酸盐具有工业和商业应用。硫酸铝的水合物的年生产规模达到了数百万吨。
许多铝化合物都有应用，例如：
乙酸铝的溶液是一类收敛剂。
磷酸铝可用于制造玻璃、陶瓷、木浆和纸制品、化妆品、油漆、油光漆和牙科水泥。
氢氧化铝是一种抗酸药和媒染剂。它也用于水净化、玻璃和陶瓷的制造以及织物的防水。
氢化铝锂是一种强还原剂，用于有机化学。
有机铝化合物是一类路易斯酸和助催化剂。
聚甲基铝氧烷可用于生产乙烯基聚合物，例如聚乙烯。
水合铝离子（如水合硫酸铝）用于对付鱼类寄生虫，如Gyrodactylus salaris。
在许多疫苗中，某些铝盐作为免疫佐剂（免疫反应增强剂），使疫苗中的蛋白质发挥足够的免疫刺激作用。
人体皮肤吸收铝的示意图。
尽管铝广泛存在于地壳，它没有已知的生物作用。
美国卫生与公共服务部将铝归类为非致癌物质。
虽然很少见，但铝会导致维生素D抗性的骨质软化，促红细胞生成素抗性的小细胞性贫血和中枢神经系统改变。肾功能不全的人尤其处于危险之中。
人体吸收的铝主要有五种形式：游离的溶剂化三价阳离子 (Al3+(aq))，低分子量、中性的可溶配合物 (LMW-Al0(aq))，高分子量、中性的可溶配合物 (HMW-Al0(aq))，低分子量、带电的可溶配合物 (LMW-Al(L)n+/−(aq))和纳米微粒 (Al(L)n(s))。它们通过五个主要途径跨越细胞膜或细胞外层/内皮运输：(1) 细胞旁运输、(2) 跨细胞运输、(3) 主动运输、(4)离子通道和 (5) 吸附或受体介导的内吞作用。
在1988年卡姆尔福德水污染事件期间，卡姆尔福德的人们的饮用水被硫酸铝污染了几个星期。2013年对该事件的最终报告得出结论，这不太可能导致长期的健康问题。
铝被怀疑是阿尔茨海默病的可能原因，
在实验室培养的人类乳腺癌细胞中，铝会增加与雌激素相关的基因表达。
接触铝粉或铝焊接的烟雾会导致肺纤维化。
食物是铝的主要来源。饮用水比固体食物含有更多的铝。
抗酸药、止汗剂、疫苗和化妆品的消费提供了可能的铝接触途径。
如果怀疑突然摄入大量铝，唯一的治疗方法是甲磺酸去铁胺，可以通过螯合从体内清除铝。
矿区附近的铝含量很高，少量的铝则在燃煤发电厂或焚化炉中释放到环境中。
酸性沉淀是从天然来源中调动铝的主要自然因素
当水呈酸性时，铝会成为用鳃呼吸的动物（如鱼）的毒剂，其中铝可能会沉淀在鳃上，
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。
铝在生产过程的每一步都对环境是挑战。它的主要挑战是温室气体排放。
一份来自2001年的西班牙科学报告声称真菌白地霉会消耗光碟中的铝。
^ 没有一种原子序是奇数的元素有超过两个稳定同位素，而原子序为偶数的元素具有多种稳定同位素，锡（元素50）在所有元素中的稳定同位素数量最多，有十个。唯一的例外是铍，它的原子序是偶数但只有一种稳定同位素。参见奇数和偶数原子核来获得更多详情。
^ 大多数其它金属具有更大的标准原子量：例如，铁的原子量是 55.8，铜 63.5，铅 207.2。
^ 事实上，铝的电正性、对氧的高亲和力和高负值的标准电极电势都与钪、钇、镧和锕相似，它们像铝一样在惰性气体核心外具有三个价电子，显示出连续的趋势。然而，硼族元素的趋势被镓添加的 d壳层和由此产生的d区块收缩和铊添加的 f壳层以及由此产生的镧系收缩打破。
^ 来源中的丰度是相对于硅而不是按粒子表示法列出的。在定义硅为 106时，所有元素的总和为 2.6682×1010 ，其中铝就是其中的 8.410×104。
^ 比较USGS给出的铝的年产量
^ 虽然铝本身不致癌，但国际癌症研究机构特别指出Söderberg铝生产，可能是由于暴露于多环芳香烃。
声明：本站所有原创文章商业转载请联系WRCA官方获得授权，非商业转载请注明出处，否则均视为侵权。
下一篇：没有了
分享