鋁   ₁₃Al

氫（非金屬） 氦（惰性氣體） 鋰（鹼金屬） 鈹（鹼土金屬） 硼（類金屬） 碳（非金屬） 氮（非金屬） 氧（非金屬） 氟（鹵素） 氖（惰性氣體） 鈉（鹼金屬） 鎂（鹼土金屬） 鋁（貧金屬） 矽（類金屬） 磷（非金屬） 硫（非金屬） 氯（鹵素） 氬（惰性氣體） 鉀（鹼金屬） 鈣（鹼土金屬） 鈧（過渡金屬） 鈦（過渡金屬） 釩（過渡金屬） 鉻（過渡金屬） 錳（過渡金屬） 鐵（過渡金屬） 鈷（過渡金屬） 鎳（過渡金屬） 銅（過渡金屬） 鋅（過渡金屬） 鎵（貧金屬） 鍺（類金屬） 砷（類金屬） 硒（非金屬） 溴（鹵素） 氪（惰性氣體） 銣（鹼金屬） 鍶（鹼土金屬） 釔（過渡金屬） 鋯（過渡金屬） 鈮（過渡金屬） 鉬（過渡金屬） 鎝（過渡金屬） 釕（過渡金屬） 銠（過渡金屬） 鈀（過渡金屬） 銀（過渡金屬） 鎘（過渡金屬） 銦（貧金屬） 錫（貧金屬） 銻（類金屬） 碲（類金屬） 碘（鹵素） 氙（惰性氣體） 銫（鹼金屬） 鋇（鹼土金屬） 鑭（鑭系元素） 鈰（鑭系元素） 鐠（鑭系元素） 釹（鑭系元素） 鉕（鑭系元素） 釤（鑭系元素） 銪（鑭系元素） 釓（鑭系元素） 鋱（鑭系元素） 鏑（鑭系元素） 鈥（鑭系元素） 鉺（鑭系元素） 銩（鑭系元素） 鐿（鑭系元素） 鎦（鑭系元素） 鉿（過渡金屬） 鉭（過渡金屬） 鎢（過渡金屬） 錸（過渡金屬） 鋨（過渡金屬） 銥（過渡金屬） 鉑（過渡金屬） 金（過渡金屬） 汞（過渡金屬） 鉈（貧金屬） 鉛（貧金屬） 鉍（貧金屬） 釙（貧金屬） 砈（類金屬） 氡（惰性氣體） 鍅（鹼金屬） 鐳（鹼土金屬） 錒（錒系元素） 釷（錒系元素） 鏷（錒系元素） 鈾（錒系元素） 錼（錒系元素） 鈽（錒系元素） 鋂（錒系元素） 鋦（錒系元素） 鉳（錒系元素） 鉲（錒系元素） 鑀（錒系元素） 鐨（錒系元素） 鍆（錒系元素） 鍩（錒系元素） 鐒（錒系元素） 鑪（過渡金屬） 𨧀（過渡金屬） 𨭎（過渡金屬） 𨨏（過渡金屬） 𨭆（過渡金屬） 䥑（預測為過渡金屬） 鐽（預測為過渡金屬） 錀（預測為過渡金屬） 鎶（過渡金屬） 鉨（預測為貧金屬） 鈇（貧金屬） 鏌（預測為貧金屬） 鉝（預測為貧金屬） 鿬（預測為鹵素） 鿫（預測為惰性氣體） 硼 ↑ 鋁 ↓ 鎵 鎂 ← 鋁 → 矽
外觀
銀灰色金屬 鋁的原子光譜
概況
名稱·符號·序數	鋁（aluminum）·Al·13
元素類別	貧金屬
族·週期·區	13 ·3·p
標準原子質量	7001269815386000000♠26.9815386（13）
電子排布	[氖] 3s2 3p1 2, 8, 3
歷史
預測	拉瓦錫[1]（1787年）
分離	弗里德里希·維勒[1]（1827年）
命名	漢弗里·戴維[1]（1807年）
物理性質
物態	固態
密度	（接近室溫） 2.70 g·cm−3
熔點時液體密度	2.375 g·cm−3
熔點	933.47 K，660.32 °C，1220.58 °F
沸點	2792 K，2519 °C，4566 °F
熔化熱	10.71 kJ·mol−1
汽化熱	294.0 kJ·mol−1
比熱容	24.200 J·mol−1·K−1
蒸氣壓 壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k 溫/K 1482 1632 1817 2054 2364 2790
原子性質
氧化態	3, 2[2], 1[3] （兩性氧化物）
電負性	1.61（鮑林標度）
電離能	第一：577.5 kJ·mol−1 第二：1816.7 kJ·mol−1 第三：2744.8 kJ·mol−1 （更多）
原子半徑	143 pm
共價半徑	7002121000000000000♠121±4 pm
范德華半徑	184 pm
雜項
晶體結構	面心立方
磁序	順磁性[4]
電阻率	（20 °C）28.2 n Ω·m
熱導率	237 W·m−1·K−1
膨脹系數	（25 °C）23.1 µm·m−1·K−1
聲速（細棒）	（室溫）(細棒) 5,000 m·s−1
楊氏模量	70 GPa
剪切模量	26 GPa
體積模量	76 GPa
泊松比	0.35
莫氏硬度	2.75
維氏硬度	167 MPa
布氏硬度	245 MPa
CAS號	7429-90-5
最穩定同位素
主條目：鋁的同位素 同位素 豐度 半衰期 (t1/2) 衰變 方式 能量（MeV） 產物 26Al 微量 7013226267992000000♠7.17×105 yr β+ 1.17 26Mg ε - 26Mg γ 1.8086 - 27Al 100% 穩定，帶14個中子

鋁（Aluminum）是化學元素，屬於硼族元素，化學符號是Al，原子序數是13，相對密度是2.70。鋁是較軟的易延展的銀白色金屬，也是地殼中第三大豐度的元素（僅次於氧和矽），也是豐度最大的金屬，在地球的固體表面中占約8%的質量。鋁金屬在化學上很活躍，因此除非在極其特殊的氧化還原環境下，一般很難找到游離態的金屬鋁。被發現的含鋁的礦物超過270種。^[5]最主要的含鋁礦石是鋁土礦。

鋁因其低密度以及耐腐蝕（由於鈍化現象）而受到重視。利用鋁及其合金製造的結構件不僅在航空航天工業中非常關鍵，在交通和結構材料領域也非常重要。最有用的鋁化合物是它的氧化物和硫酸鹽。

儘管鋁在環境中廣泛存在，但沒有一種已知生命形式需要鋁元素。

性質

物理性質

鋁是輕金屬，密度僅是鐵三分之一左右。純鋁較軟，在300℃左右失去抗張強度，熔點660.4度。經處理過的鋁合金較堅韌、易延展。有着金屬光澤，光滑時表面銀白而發亮，粗糙時呈暗灰色。無磁性且不易點燃。反射可見光能力強（約92%），反射中遠紅外線可達98%。純鋁的強韌度為7～11MPa，而鋁合金可達200～600MPa。鋁很容易加工、切割、塑形。

鋁原子以立方晶格排列。

鋁有良好的導電導熱性（都為銅的59%），而遠輕於銅。鋁可以在低於1.2K 的溫度和磁通量大於100高斯下超導。

化學性質

鋁容易與氧反應，暴露於空氣中會在其表面生成緻密的氧化鋁Al₂O₃（此過程為鈍化），有效的防止其繼續氧化，所以通常略顯銀灰色。

${\displaystyle {\ce {4Al + 3O2 -> 2Al2O3))}$

平常我們可見的鋁製品，均已經被氧化。而其氧化薄膜又使鋁不易被腐蝕。

在280 °C的溫度之下鋁開始會被水氧化，生成氫氣和氫氧化鋁和熱。

${\displaystyle {\ce {2Al + 6H2O -> 2Al(OH)3 + 3H2))}$

同時與一般的金屬不同的是，它既可以和酸進行反應，又可以和強鹼進行反應，因此認為鋁是兩性金屬，鋁的氧化物稱為兩性氧化物，而氫氧化鋁則稱為兩性氫氧化物。

鋁和鹼反應形成四羥基合鋁酸鹽（曾被認為是偏鋁酸鹽）和氫氣。

如與氫氧化鈉反應生成四羥基合鋁酸鈉:

${\displaystyle {\ce {2Al + 2NaOH + 6H2O -> 2Na[Al(OH)4] + 3H2))}$

鋁能夠與稀的強酸進行反應，生成氫氣和相應的鋁鹽。

如與稀鹽酸反應生成氯化鋁：

${\displaystyle {\ce {2Al + 6HCl -> 2AlCl3 + 3H2))}$

與稀硝酸反應生成硝酸鋁:

${\displaystyle {\ce {Al + 4HNO3 -> Al(NO3)3 + NO ^ + 2H2O))}$

該反應為其中的一個反應。

在常溫下，鋁在濃硝酸和濃硫酸中被鈍化，不與它們反應，所以濃硝酸是用鋁罐（可維持約180小時）運輸的。

同位素

已知鋁的同位素有24個，原子量從19～42，但只有${\displaystyle {\ce {^27Al))}$（穩定）和 ${\displaystyle {\ce {^26Al))}$（有放射性，半衰期為7.2×10⁵年）存在於自然界。其中${\displaystyle {\ce {^27Al))}$占 99.9% 以上。${\displaystyle {\ce {^26Al))}$的比例可用於測定隕石的年齡。

自然分佈

鋁元素在地殼中的含量居金屬首位，佔地殼總量的8.3 %。

歷史

相對於其他金屬，鋁的發現比較晚。1808年漢弗里·戴維爵士首次使用了「Aluminum」這個詞，並開始嘗試生產鋁。 1825年丹麥化學家漢斯·奧斯特成功用鉀從氯化鋁中還原出鋁：

${\displaystyle {\ce {4AlCl3 + 3K -> Al + 3KAlCl4))}$

英國化學家漢弗里·戴維爵士

1827年弗里德里希·維勒用金屬鉀還原熔融的無水氯化鋁得到較純的金屬鋁單質。由於取之不易，當時鋁的價格高於黃金。

德維爾（Henri Etienne Sainte-Claire Deville）在1846年純化了維勒過程，並發表在1859年的一本書上。由此十年內鋁的價格降低了90%。

1886年查爾斯·馬丁·霍爾（Charles Martin Hall）和保羅·埃魯（Paul Héroult）各自獨立發現了以命名的電解制鋁法。在1889年卡爾·約瑟夫·拜耳（Carl Josef Bayer）繼續最佳化了從鋁土礦中提取氧化鋁的過程，使得生產鋁的原料氧化鋁更加經濟易得。迄今以拜耳法與霍爾-埃魯法聯用生產鋁的方法為大規模工業制鋁的主要手段。

品種分類

根據鋁錠主成份含量可以分成三類：高級純鋁（鋁的含量99.93%－99.999%）、工業高純鋁（鋁的含量99.85%－99.90%）、工業純鋁（鋁的含量98.0%－99.7%）。

應用

白色、軟、易加工，金屬鋁熔點為660度，是重要工業原料。

• 鋁的合金較輕而強度高。通常的工業用鋁合金，如6063-T5，其強度超過了3Cr13高速不鏽鋼，因而成為飛機、汽車、軌道車輛及火箭的主要生產原料。
• 由於鋁有良好的導電性和導熱性且較輕，可取代銅用作超高電壓的電纜材料。高純鋁具有更優良的性能。
• 鋁在高溫時的還原性極強，可以用於冶煉高熔點金屬以及長焊鋼軌鐵路鋪設時的臨時煉鐵（這種方法稱為「鋁熱法」）。
• 鋁富延展性，可製成鋁箔，用於包裝。
• 鋁是金屬，所以可以回收再造，但是回收率不高。
• 鋁的抗腐蝕性（特別是抗氧化，因其氧化物氧化鋁在金屬表面形成緻密的膜，反而增加了鋁的抗腐抗熱性）優異，外觀質感佳，價格適中，為電腦機殼的首選材料。
• 鋁可被人體自然排泄。早期加拿大研究人員一項不可重複的研究指出鋁是導致阿茲海默症的元兇，但幾十年的研究並沒有發現任何證據可以證明鋁會導致老人痴呆。^[6]

近五十年來，鋁已成為世界上最為廣泛應用的金屬之一。除上所述，在建築業上，由於鋁在空氣中的穩定性和陽極處理後的極佳外觀而受到很大應用；在航空及國防軍工部門也大量使用鋁合金材料；在電力輸送上則常用高強度鋼線補強的鋁纜，在一些地方因銅製電纜價格較高常遭竊而改用鋁製電纜；集裝箱運輸、日常用品、家用電器、機械設備等都需要大量的鋁。

鋁期貨

目前鋁的期貨交易主要在倫敦金屬交易所和上海期貨交易所進行。鋁是倫敦金屬交易所的重要品種。

對植物的影響

雖然鋁在pH值中性土壤中難溶並且對植物一般是無害的，但它在酸性土壤中是減緩植物生長的首要因素。在酸性土壤中，Al³⁺陽離子濃度會升高，並影響植物的根部生長和功能。^{[7][8][9][10]}

絕大多數酸性土壤中鋁（而不是氫）是飽和的。因此，土壤的酸度來源於鋁化合物的水解。^[11]「修正石灰位」的概念^[12]是用來定義土壤中鹼飽和的程度。在土壤測試（英語：Soil test）實驗室中，這個概念成為了確定土壤的「石灰（英語：Agricultural lime）需求」^[13]的測試程序的基礎。^[14]

參考資料

參見

• 鋁合金
• 氫氧化鋁
• 易拉罐
• 鋁箔紙
• 各國鋁產量列表

外部連結

• 元素鋁在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的介紹（英文）
• EnvironmentalChemistry.com —— 鋁（英文）
• 元素鋁在The Periodic Table of Videos（諾丁漢大學）的介紹（英文）
• 元素鋁在Peter van der Krogt elements site的介紹（英文）
• WebElements.com – 鋁（英文）

維基共享資源中相關的多媒體資源：鋁

• Aluminum （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards - Aluminum （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• Electrolytic production
• World production of primary aluminum, by country （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• Price history of aluminum, according to the IMF （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• History of Aluminum （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） – from the website of the International Aluminum Institute
• Emedicine – Aluminum （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• 短片 ALUMINUM (1941) 可在互聯網檔案館自由下載

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