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铝Al元素介绍

作者:小编 日期:2021-01-26 10:14:55 点击数:

化学元素铝被归为“其他金属”。于在18世纪50年代由安德烈亚斯·马格拉夫(Andreas Marggraf)发现。

铝元素的发现

自古以来,人们就用明矾来染色、制革和止血。明矾是硫酸铝钾。

18世纪50年代,德国化学家安德烈亚斯·马格拉夫发现,可以用碱溶液从明矾中沉淀出一种新物质。1746年,马格拉夫是第一个分离出锌的人。

从明矾中获得的物质马格拉夫在1760年被法国化学家Louis de Morveau命名为矾土。我们现在知道矾土是铝的氧化物,化学式是Al2O3。

德·莫沃认为矾土含有一种新的金属元素,但是,像马格拉夫一样,他无法从氧化物中提取出这种金属。

在1807或1808年,英国化学家汉弗莱·戴维在电弧中分解氧化铝,得到了一种金属。这种金属不是纯铝,而是铝和铁的合金。

戴维称这种新金属为alumium,然后又重新命名为aluminum(铝)。

铝在1825年首次由Hans Christian Ørsted(奥斯特)在哥本哈根分离,丹麦人报道,“一块色泽有点像锡的金属”。

奥斯特通过减少使用钾-汞合金减少氯化铝提取了铝(通过加热除去汞,留下铝)。

德国化学家弗里德里希·维勒(Woehler)重复奥斯特的实验,但发现只产生了金属钾。两年后维勒进一步发展了这种方法,使氯化铝与钾反应生成少量的铝。

1856年贝采里乌斯说,是维勒在1827年取得了成功。因此,维勒通常被认为是这铝的发现者。

最近,Fogh(福格)重复最初的实验,表明Ørst的方法可以给出令人满意的结果。

这印证了的奥斯特的原始工作以及他是铝的发现者这一事实。

在将近三十年的时间里,铝一直是一种新奇的东西,生产成本昂贵,比黄金更有价值。直到1854年,法国巴黎的亨利·圣克莱尔·德维尔(Henri Saint-Claire Deville)在分离铝的反应中找到了一种用更便宜的钠取代钾的方法。铝后来变得更受欢迎,但由于仍然相当昂贵,所以被用于装饰而不是实际应用。

最后,在1886年,美国化学家查尔斯·马丁·霍尔和法国化学家保罗·埃罗特独立发明了霍尔-埃罗特工艺,该工艺以低廉的成本电解分离铝金属与其氧化物。

今天仍然使用霍尔-赫罗特法生产铝。

关于铝的有趣事实

铝制造需要大量能源——生产一公吨铝需要17.4兆瓦时的电能;这比制造一公吨钢铁所需的能量多三倍。

铝是一种很容易回收利用的金属。回收利用的能源只占从铝土矿中生产铝所需能源的5%。

铝在正常情况下不吸引磁体。

地壳中的铝比其他任何金属都多。铝大约占8%,是地球外壳中第三丰富的元素,仅次于氧和硅。

尽管铝的含量很高,但在19世纪50年代,铝比黄金更值钱。在1852年,铝的价格是1200美元每公斤,黄金是664美元每公斤。

铝的价格说明了金融投机的危险:1854年,圣克莱尔•德维尔(Saint-Claire Deville)找到了一种方法,在分离铝的反应中用便宜得多的钠代替钾。到1859年,铝的价格是每公斤37美元;其价格在短短五年内下跌了97%。

上一项强调了投机的危险,而这一项则强调了化学的胜利之一:霍尔-埃罗特电解过程是在1886年被发现的。到1895年,铝的价格降到了每公斤1.20美元。

红宝石主要以氧化铝为主,其中少量的铝离子被铬离子取代。

当质子加入镁时,重恒星在核火中产生铝。(镁本身在恒星中是通过两种碳的核聚变产生的。)

外观和特性

铝是地球外壳中最丰富的金属:只有氧和硅比铝更丰富。

危害:

没有证明问题;摄入可能导致阿尔茨海默病

特点:

铝是银白色的金属。不吸引磁铁(铝是顺磁性的,所以它的磁性在正常情况下非常、非常弱)。铝是一种优良的导体。低密度,高延展性。由于太活泼而不能像其他金属那样被普遍发现,尽管在非常罕见的情况下,可以找到天然金属。

铝的外观是钝化的,其反应活性是钝化的——铝氧化物膜在正常条件下自然形成在金属表面。氧化膜形成了一种耐腐蚀的材料。用电解剂或氧化剂可使氧化膜增厚,这种形式的铝能抵抗稀酸、稀碱和浓硝酸的侵蚀。

铝是元素周期表右边的元素,能表现出一些非金属行为,与热碱金属反应形成铝酸离子[Al(OH)4]–——以及更典型的金属与酸反应,释放出氢气,形成带正电的金属离子。也就是说铝是两性的。

纯铝很软,强度弱。商业应用中的铝添加了少量的硅和铁(少于1%),从而大大提高了强度和硬度。

铝的使用

铝由于其低密度、低成本、耐腐蚀等优点,在世界各地得到广泛应用。

铝被广泛应用于从饮料罐到窗框、船只到飞机的各种产品中。一架波音747-400载有147000磅(66150公斤)的高强度铝。

广泛用于食品包装和烹饪锅。

虽然铝的性能不如银或铜,但它是一种优良的导电体。它比这些金属要便宜得多,也轻得多,因此广泛应用于电力线路架设。

在所有的金属中,只有铁比铝使用得更广泛。

同位素及丰度

丰度地壳:按重量占8.23%,按摩尔占6.32%

丰度太阳系:按重量为56 ppm,按摩尔为2.7 ppm

来源

铝是地壳中最丰富的金属,也是地壳中第三大元素,仅次于氧和硅。铝的反应性太强,很难找到纯净的铝。铝土矿(主要是氧化铝)是最重要的矿石。

同位素

15个半衰期已知,质量数22到35。其中,只有两个是自然产生的:27Al,它是稳定的,和 26Al,它是放射性的,半衰期是7.17 × 105年。铝是由宇宙射线在地球大气中轰击氩而形成的。


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