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13 铝 含量最多的金属元素

本文投稿作者漂泊

铝是我们日常生活中非常常见的一种金属,各种各样的铝制品为我们的日常生活提供着便利——铝制的易拉罐,各式各样的防盗窗,各种电子产品的铝合金外壳……铝合金因其轻便、低廉的优异性质,得到了非常广泛的应用。但是在铝发现之初,这却是一种比黄金还要宝贵的金属,它曾和王冠上的宝石一起展出,被认为是“来自黏土的白银”。冶炼技术的巨大进步,使得铝从昔日王侯将相的奢侈品走进了如今平常百姓的家中,成了随处可见的日用品。此外,氧化铝也是各种宝石的主要成分,五颜六色的美丽宝石让这个世界熠熠生辉……

铝元素在带给我们便利的同时也点缀着我们的生活。

铝的基本物理性质

分类 金属元素
原子序号原子量 13 (26.981538)
电子配置 3s23p1
密度 2700 kg / m 3 
熔点 660.32°C
沸点 2467℃
硬度 2.75
形状 银白色·固体
丰度 地球80,000 ppm,宇宙8.49 x 104
发现者 弗里德里希·维勒
主要的同位素 27 Al(100%)
用途例 铝合金,明矾(净水),抗酸药(Al(OH)3
前后的元素 镁-铝-硅

铝的发现

铝元素其实是一种很早就被人们发现的金属,铝的名字(Aluminium)来自一种非常常见的矿物——明矾(Alum),这种矿物常被人们用来净水。人类很早就开始利用铝元素了,早在史前时代,人们就开始利用含有铝元素的黏土制造陶器,这是史前人类制造使用工具的代表。铝元素由于其活泼的性质,一直难以分离,人们在很长一段时间都只能使用铝的氧化物及其他化合物。意大利科学家伏打发明电池后,一些科学家开始尝试用电解的方法制备铝单质,戴维试图用电解的方法从矾土中分离铝,但没有成功。丹麦化学家奥斯特用稀的钾汞齐与氯化铝反应,第一次制得了不纯的铝单质;德国化学家维勒用钠代替钾重复了奥斯特的实验,成功制得了铝锭。

由于钠、钾的成本较高,导致制造铝单质的成本高昂,所以铝单质在相当长的时间内都只有较小的产量,物以稀为贵,这导致了铝单质价格的高昂,甚至超过了黄金。在拿破仑三世举行的宴会上,宾客们使用的都是金银质地的餐具,唯有拿破仑三世使用的是铝制餐具,以显示他的富有,他还专门命人制作了一顶铝制的王冠来显示他至高无上的地位。1889年,门捷列夫访问伦敦,英国皇家化学会送给门捷列夫的礼物就是铝制的花瓶和杯子……

铝在相当长的一段时间内都与黄金和白银一样是地位和财富的象征。

铝的大规模使用还是得益于廉价电解法的发明。1884年,美国奥柏林学院化学系的一位青年学生——查尔斯▪ 马丁▪霍尔听从了一位教授的劝告,毕业后即投入到了廉价炼铝法的研发之中。他延续了戴维的思路——把电流通到熔融的金属盐中,使金属的离子在阴极沉积下来,从而制备铝单质。可是由于氧化铝的熔点太高(2050℃),使其熔融需要大量的能量,这无疑会需要巨大的成本,必须要想办法降低氧化铝的熔点。经过不断的尝试,他发现将冰晶石(Na3AlF6)加入到氧化铝中,一起熔融,可以使共熔物的熔点降低到950℃左右,这已经可以极大的降低成本了。而且冰晶石在电解的时候不会被分解,只需要不断的补充氧化铝,就可以不断的制得单质铝。经过几年的尝试之后,霍尔终于制得了纯度较高的铝单质。不久之后,法国的化学家埃鲁也发明了相同的炼铝法。这种电解炼铝法是现代电解法的雏形,经过不断的发展,沿用至今。

 

净水的明矾

明矾是一种透明的无色晶体,也是我们日常生活中最常用的净水剂,有时候停水一段时间后,刚接的自来水中会含有大量的泥沙,水体会泛黄色,这时加入一定的明矾,静置一段时间后,水体就会变得澄清,这是为什么呢?明矾加入水中后,会解离出铝离子,铝离子在水中会发生水解,产生氢氧化铝胶体,这些胶体遇到水中的泥沙等悬浮杂质就会发生聚沉,使得水体变澄清。

除了净水,明矾还可以作为食用膨胀剂。在之前,明矾在制作油条等食品中大量使用,后来的研究发现,铝会在大脑和皮肤中沉积,尤其影响脑部的发育,对儿童的智力发育有着巨大的危害,所以后来就明令禁止在油条等食品中添加明矾等含铝添加剂。

除此之外,明矾还在药物治疗、灭火剂等多个领域发挥着巨大的用途。

明矾晶体

 

弗里德里希·维勒

弗里德里希·维勒(Friedrich Wöhler),德国化学家,(1800—1882),他因人工合成了尿素,打破了有机化合物的“生命力”学说而闻名。

维勒自1824年开始研究氰酸铵的合成,他发现在氰酸中加入氨水后蒸干得到的白色晶体并不是铵盐,到了1828年他终于证明出这个实验的产物是尿素。这一发现沉重打击了之前处于权威地位的“生命力”学说,即有机物必须依赖生命力或者在动植物体内产生。之后乙酸、酒石酸等一系列有机物被合成出来,宣告了“生命力”学说的破产。

维勒于1827年发现了铝,此外他还发现了硼和钇元素。

 

刚玉宝石

宝石是岩石中最为宝贵,最为美丽的一类石头,它们颜色鲜艳,质地晶莹,光泽灿烂,坚硬耐用,但储量稀少。刚玉是宝石的一种,最常见的红宝石和蓝宝石都属于刚玉,它们的主要成分都是α-氧化铝,质地非常坚硬,纯的α-氧化铝应该无色透明的晶体,可是自然界的氧化铝矿物通常都不是纯净的,它们当中通常会有一些杂质离子,这些杂质离子使得刚玉宝石获得各种各样不同的颜色。混有少量的钛和铁,会使得宝石具有蓝色的光泽,就形成了蓝宝石,而混有铬则会导致氧化铝宝石呈现红色,这就是红宝石。除了红蓝宝石之外,其他的一些著名宝石中也含有铝元素,比如著名的猫眼石,它的主要成分就是BeAl2O4

红宝石                                                                     蓝宝石                                                                   猫眼石

铝合金

铝是最轻的金属之一,其导电导热性仅次于金银,是一种性质十分优异的金属,而且铝还具备非常好的延展性,它能被制成仅3微米厚的铝箔,拉成比蜘蛛丝还要细的细丝。通常情况下,铝表面会形成一层非常薄的氧化铝薄膜,防止内层金属氧化,在一般情况下,铝的性质非常稳定。尽管铝有很多优点,但它也有一定的弱点,那就是强度不够。为了解决这个问题,人们研制了各种各样的铝合金,其中最著名的是硬铝,它是由2%的镁,4%的铜,1%的锰,少量的硅,以及铝构成,它的强度很高,具有良好的机械性能,而且密度小,易于加工,被大量用于航空工业,铝也因此被称为“带翼的金属”。此外,在电子领域,大量的电子产品也使用了铝合金的外壳,如iPhone手机,电脑等等。铝合金材料在很多领域都发挥着巨大的用途。

铝合金以及各种铝合金制品

抗酸药

抗酸药又称胃酸中和剂,通常是一些弱碱性的化合物。氢氧化铝就是一种常见的抗酸药,通常是将氢氧化铝与淀粉一起制成片剂,口服服用。氢氧化铝和碳酸氢钠这类抗酸药不同,它口服后能中和过多的胃酸,但不会像碳酸氢钠那样产生二氧化碳气体,即使是胃溃疡患者,也可以使用氢氧化铝抗酸药,但不能使用碳酸氢钠抗酸药。氢氧化铝还可以降低胃内酸度和胃蛋白酶活性,解除胃酸对胃黏膜及溃疡面的侵蚀和刺激,从而缓解疼痛,促进溃疡愈合。同时,因胃内酸度降低,还可促进血小板聚集而加速凝血,有利于止血和预防再出血。此外,它在中和胃酸的同时,还可形成胶状物,覆盖于溃疡面上,起保护和收敛作用。

抗酸药

 

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Peng Li

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