鋁（Aluminium）是一種金屬元素，元素符號為Al，原子序數(shù)為13。其單質(zhì)是一種銀白色輕金屬。有延展性。商品常制成棒狀、片狀、箔狀、粉狀、帶狀和絲狀。在潮濕空氣中能形成一層防止金屬腐蝕的氧化膜。鋁粉在空氣中加熱能猛烈燃燒，并發(fā)出眩目的白色火焰。易溶于稀硫酸、硝酸、鹽酸、氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液，難溶于水。相對密度2.70。熔點660℃。沸點2327℃。鋁元素在地殼中的含量僅次于氧和硅，居第三位，是地殼中含量最豐富的金屬元素。航空、建筑、汽車三大重要工業(yè)的發(fā)展，要求材料特性具有鋁及其合金的獨特性質(zhì)，這就大大有利于這種新金屬鋁的生產(chǎn)和應(yīng)用。應(yīng)用極為廣泛。

發(fā)展歷史

鋁（Aluminium）的英文名出自古羅馬語alumen(明礬)，即硫酸復(fù)鹽KAl(SO4)2·12H2O。史前時代，人類已經(jīng)使用含鋁化合物的黏土（Al2O3·2SiO2·2H2O）制成陶器。鋁在地殼中的含量僅次于氧和硅，位列第三。但是由于鋁化合物的氧化性很弱，鋁不易從其化合物中被還原出來，因而遲遲不能分離出金屬鋁。

1746年德國人波特(J.H.Pott)從明礬制得一種氧化物,即氧化鋁。18世紀法國的拉瓦錫(A.L.Lavoisier)認為這是一種未知金屬的氧化物，它與氧的親和力極大，以致不可能用碳和當(dāng)時已知的其他還原劑將它還原出來。1807年英國人戴維（H.Davy）試圖電解熔融的氧化鋁以取得金屬，沒有成功，1809年他將這種想象中的金屬命名為alumium，后來改為aluminium。1825年丹麥人奧斯忒（H.C.Oersted）用鉀汞齊還原無水氯化鋁,第一次得到幾毫克金屬鋁，指出它具有與錫相同的顏色和光澤。1827年德國沃勒(F.W?hler)用鉀還原無水氯化鋁得到少量金屬粉末。1845年他用氯化鋁氣體通過熔融金屬鉀的表面,得到一些鋁珠,每顆重約10～15毫克，從而對鋁的密度和延展性作了初步測定，指出鋁的熔點不高。1854年法國德維爾（S.C.Deville）用鈉代替鉀還原NaAlCl4絡(luò)合鹽，制得金屬鋁。同年建廠，生產(chǎn)出一些鋁制頭盔、餐具和玩具。

在以后的一段時期里，鋁是帝王貴族們享用的珍寶，當(dāng)時鋁的價格接近黃金。法國皇帝拿破侖三世在宴會上使用過鋁制叉子；泰國國王使用過鋁制表鏈。1855年在巴黎博覽會上，它與王冠上的寶石一起展出，標簽上注明“來自黏土的白銀”。1889年，門捷列夫還曾得到倫敦化學(xué)會贈送的鋁合金制成的花瓶和杯子。到19世紀末，鋁的價格發(fā)生了成千倍的跌落。首先是由于19世紀70年代西門子改進了發(fā)電機后，有了廉價的電力；其次是由于法國的Heroult和美國的C.M.Hall于1886年分別發(fā)展了將氧化鋁溶解在冰晶石（Na3AlF6）中電解的方法。當(dāng)時他們都是22歲。這項創(chuàng)舉使鋁以大規(guī)模生產(chǎn)，奠定了今天世界電解鋁的工業(yè)方法。1888年在美國匹茲堡建立第一家電解鋁廠，鋁的生產(chǎn)從此進入新的階段。1956年世界鋁產(chǎn)量開始超過銅而居有色金屬的首位。鋁的價格在常用有色金屬中按體積計是比較便宜的。

2017年10月27日，世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構(gòu)公布的致癌物清單初步整理參考，鋁生產(chǎn)過程在一類致癌物清單中。

2018年7月30日，一個國際研究團隊說，他們首次在宇宙中明確探測到一種放射性分子（氟化鋁，包含鋁的放射性同位素“鋁－26”），且這種分子可能是因兩顆恒星相撞而“飛濺”到星際空間的。

含量分布

鋁在地殼中含量僅次于氧和硅，含量8.3%，居第三位，是地殼中含量最豐富的金屬元素，其蘊藏量在金屬中居第2位。在金屬品種中，僅次于鋼鐵，為第二大類金屬。主要以鋁硅酸鹽礦石存在，還有鋁土礦和冰晶石。氧化鋁為一種白色無定形粉末，它有多種變體，其中最為人們所熟悉的是α－Al2O3和β－Al2O3。自然界存在的剛玉即屬于α-Al2O3，它的硬度僅次于金剛石，熔點高、耐酸堿，常用來制作一些軸承，制造磨料、耐火材料。如剛玉坩堝，可耐1800℃的高溫。Al2O3由于含有不同的雜質(zhì)而有多種顏色。例如含微量Cr(III)的呈紅色，稱為紅寶石；含有Fe(II)，F(xiàn)e(III)或Ti(IV)的稱為藍寶石。

分類

根據(jù)鋁的成分可分三類：

名稱 含鋁量（%）

高級純鋁 99.93~99.999

工業(yè)高純鋁 99.85~99.9

工業(yè)純鋁 98~99.7

物理性質(zhì)

物質(zhì)結(jié)構(gòu)

鋁原子的外圍電子構(gòu)型為3s23p1，在化合物中經(jīng)常表現(xiàn)為 3氧化態(tài)。鋁原子有空的3d軌道，與電子對給予體能形成配位數(shù)是6或4的穩(wěn)定配合物。鋁原子如果同時失去2個3s電子和1個3p電子，則生成三價鋁離子（Al3?）；如果失去1個3s電子和1個3p電子，則生成二價鋁離子（Al2?）；如果失去1個3p電子，則生成一價鋁離子（Al?），低價鋁離子在低溫下通常不穩(wěn)定。

鋁的晶格屬于面心立方體型。鋁原子（鋁離子）位于晶格的節(jié)點上和面的中心，這相當(dāng)于每個晶格內(nèi)有4個鋁原子。

基本物性

鋁為銀白色輕金屬。有延展性。商品常制成柱狀、棒狀、片狀、箔狀、粉狀、帶狀和絲狀。熔點660℃。沸點2327℃。相對密度2.70，鋁液的密度為2.303g/cm3。彈性模量70Gpa，泊松比0.33。鋁的電導(dǎo)率約為銅的60％，如果按單位質(zhì)量計，鋁的電導(dǎo)率則超過了銅，在遠距離傳輸時經(jīng)常代替銅。以其輕、良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能、高反射性和耐氧化而被廣泛使用。做日用皿器的鋁通常叫“鋼精”或“鋼種”。Al在（室溫）25℃的熱膨脹系數(shù)0.0000236mm/℃或23.6ppm·k-1。

同位素

鋁有24種同位素，其中只有一種是穩(wěn)定的。同位素列表如下：

符號 質(zhì)子 中子 質(zhì)量 半衰期 自旋 相對豐度

19Al 13 6 19.0(218)#

20Al 13 7 (20.0194)#

21Al 13 8 21.02804(32)# 1/2 #

22Al 13 9 22.01952(10)# 59(3) ms (3)

23Al 13 10 23.007267(20) 470(30) ms 5/2 #

24Al 13 11 23.9999389(30) 2.053(4) s 4

25Al 13 12 24.9904281(5) 7.183(12) s 5/2

26Al 13 13 25.98689169(6) 7.17(24)E 5 a 5

27Al 13 14 26.98153863(12) 穩(wěn)定 5/2 1

28Al 13 15 27.98191031(14) 2.2414(12) min 3

29Al 13 16 28.9804450(13) 6.56(6) min 5/2

30Al 13 17 29.982960(15) 3.60(6) s 3

31Al 13 18 30.983947(22) 644(25) ms (3/2,5/2)

32Al 13 19 31.98812(9) 31.7(8) ms 1

33Al 13 20 32.99084(8) 41.7(2) ms (5/2 )#

34Al 13 21 33.99685(12) 56.3(5) ms 4-#

35Al 13 22 34.99986(19) 38.6(4) ms 5/2 #

36Al 13 23 36.00621(23) 90(40) ms

37Al 13 24 37.01068(36) 10.7(13) ms

38Al 13 25 38.01723(78) 7.6(6) ms

39Al 13 26 39.02297(158) 7.6(16) ms 3/2 #

40Al 13 27 40.03145(75)# 10# ms [＞260 ns]

41Al 13 28 41.03833(86)# 2# ms [＞260 ns] 3/2 #

42Al 13 29 42.04689(97)# 1# ms

備注:畫上#號的數(shù)據(jù)代表沒有經(jīng)過實驗的證明，只是理論推測而已，而用括號括起來的代表數(shù)據(jù)不確定性。

化學(xué)性質(zhì)

鋁是活潑金屬，在干燥空氣中鋁的表面立即形成厚約50埃（1埃=0.1納米）的致密氧化膜，使鋁不會進一步氧化并能耐水；但鋁的粉末與空氣混合則猛烈燃燒并發(fā)出眩目的白色火焰；熔融的鋁能與水猛烈反應(yīng)；鋁是兩性的，極易溶于強堿，也能溶于稀酸。不溶于水，但可以和熱水緩慢地反應(yīng)生成氫氧化鋁。

主要用途

物質(zhì)的用途在很大程度上取決于物質(zhì)的性質(zhì)。因為鋁有多種優(yōu)良性能，所以鋁有著極為廣泛的用途。

鋁及鋁合金是當(dāng)前用途十分廣泛的、最經(jīng)濟適用的材料之一。世界鋁產(chǎn)量從1956年開始超過銅產(chǎn)量一直居有色金屬之首。當(dāng)前鋁的產(chǎn)量和用量（按噸計算）僅次于鋼材，成為人類應(yīng)用的第二大金屬；而且鋁的資源十分豐富，據(jù)初步計算，鋁的礦藏儲存量約占地殼構(gòu)成物質(zhì)的8%以上。

鋁的重量輕和耐腐蝕，是其性能的兩大突出特點。

1、鋁的密度很小，僅為2.7g/cm3，雖然它比較軟，但可制成各種鋁合金，如硬鋁、超硬鋁、防銹鋁、鑄鋁等。這些鋁合金廣泛應(yīng)用于飛機、汽車、火車、船舶等制造工業(yè)。此外，宇宙火箭、航天飛機、人造衛(wèi)星也使用大量的鋁及其鋁合金。例如，一架超音速飛機約由70%的鋁及其鋁合金構(gòu)成。船舶建造中也大量使用鋁，一艘大型客船的用鋁量常達幾千噸。

2、鋁的導(dǎo)電性僅次于銀、銅和金，雖然它的導(dǎo)電率只有銅的2/3，但密度只有銅的1/3，所以輸送同量的電，鋁線的質(zhì)量只有銅線的一半。鋁表面的氧化膜不僅有耐腐蝕的能力，而且有一定的絕緣性，所以鋁在電器制造工業(yè)、電線電纜工業(yè)和無線電工業(yè)中有廣泛的用途。

3、鋁是熱的良導(dǎo)體，它的導(dǎo)熱能力比鐵大3倍，工業(yè)上可用鋁制造各種熱交換器、散熱材料和炊具等。

4、鋁有較好的延展性（它的延展性僅次于金和銀），在100℃～150℃時可制成薄于0.01mm的鋁箔。這些鋁箔廣泛用于包裝香煙、糖果等，還可制成鋁絲、鋁條，并能軋制各種鋁制品。

5、鋁的表面因有致密的氧化物保護膜，不易受到腐蝕，常被用來制造化學(xué)反應(yīng)器、醫(yī)療器械、冷凍裝置、石油精煉裝置、石油和天然氣管道等。

6、鋁粉具有銀白色光澤（一般金屬在粉末狀時的顏色多為黑色），常用來做涂料，俗稱銀粉、銀漆，以保護鐵制品不被腐蝕，而且美觀。

7、鋁在氧氣中燃燒能放出大量的熱和耀眼的光，常用于制造爆炸混合物，如銨鋁炸藥（由硝酸銨、木炭粉、鋁粉、煙黑及其他可燃性有機物混合而成）、燃燒混合物(如用鋁熱劑做的炸彈和炮彈可用來攻擊難以著火的目標或坦克、大炮等)和照明混合物(如含硝酸鋇68%、鋁粉28%、蟲膠4%)。

8、鋁熱劑常用來熔煉難熔金屬和焊接鋼軌等。鋁還用做煉鋼過程中的脫氧劑。鋁粉和石墨、二氧化鈦（或其他高熔點金屬的氧化物）按一定比率均勻混合后，涂在金屬上，經(jīng)高溫煅燒而制成耐高溫的金屬陶瓷，它在火箭及導(dǎo)彈技術(shù)上有重要應(yīng)用。

7、鋁板對光的反射性能也很好，反射紫外線比銀強，鋁越純，其反射能力越好，因此常用來制造高質(zhì)量的反射鏡，如太陽灶反射鏡等。

8、鋁具有吸音性能，音響效果也較好，所以廣播室、現(xiàn)代化大型建筑室內(nèi)的天花板等也采用鋁。耐低溫，鋁在溫度低時，它的強度反而增加而無脆性，因此它是理想的用于低溫裝置材料，如冷藏庫、冷凍庫、南極雪上車輛的生產(chǎn)裝置。

9、鋁空氣電池，顧名思義就是以鋁與空氣作為電池材料的一種新型電池。它的一種無污染、長效、穩(wěn)定可靠的電源，是一款對環(huán)境十分友好的電池。電池的結(jié)構(gòu)以及使用的原材料可根據(jù)不同實用環(huán)境和要求而變動，具有很大的適應(yīng)性，既能用于陸地也能用于深海，既可做動力電池，又能作長壽命高比能的信號電池。

毒理性質(zhì)

2017年10月27日，世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構(gòu)公布的致癌物清單初步整理參考，鋁生產(chǎn)過程在一類致癌物清單中。

研究發(fā)現(xiàn)，鋁元素能損害人的腦細胞。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的評估，規(guī)定鋁的每日攝入量為0～0.6mg/kg，這里的kg是指人的體重，即一個60kg的人允許攝入量為36mg。我國《食品添加劑使用標準GB2760-2011》中規(guī)定，鋁的殘留量要小于等于100mg/kg。以此計算，一個體重60kg的人每天吃油條不多于360g就不必擔(dān)心。

鋁在人體內(nèi)是慢慢蓄積起來的，其引起的毒性緩慢、且不易察覺，然而，一旦發(fā)生代謝紊亂的毒性反應(yīng)，則后果非常嚴重。因此，必須引起我們的重視，在日常生活中要防止鋁的吸收，減少鋁制品的使用。鋁及其化合物對人類的危害與其貢獻相比是無法相提并論的，只要人們切實注意，揚長避短，它對人類社會將發(fā)揮出更為重要的作用。

避免方法：

1、避免使用鋁制成的炊具。

2、少吃炸油條、由鋁包裝的糖果等食品，少喝易拉罐裝的軟飲料。

3、部分藥品由含鋁物質(zhì)制成，應(yīng)減少服用含鋁元素的藥品，如:可以中和胃酸的Al(OH)3。

測定方法

方法名稱

硫糖鋁—鋁的測定—絡(luò)合滴定法

應(yīng)用范圍

采用絡(luò)合滴定法測定硫糖鋁中鋁的含量，適用于硫糖鋁中鋁的含量測定。

方法原理

取供試品適量，經(jīng)溶解稀釋中和處理后，加醋酸-醋酸銨緩沖液，精密加乙二胺四醋酸二鈉滴定液（0.05mol/L），煮沸3～5分鐘，放冷至室溫。每1mL乙二胺四醋酸鈉滴定液（0.05mol/L）相當(dāng)于1.349mg的鋁，計算，即得。

測定試劑

1、水（新沸放置至室溫）

2、醋酸-醋酸銨緩沖液（pH=6.0）

3、二甲酚橙指示液

4、鋅滴定液（0.05mol/L）

5、乙二胺四醋酸二鈉滴定液（0.05mol/L）

6、基準氧化鋅

7、稀鹽酸

8、甲基紅的乙醇溶液（0.025%）

9、氨試液

10、鉻黑T指示劑

11、氨-氯化銨緩沖液（pH=10.0）

操作步驟

取本品約1.0g，精密稱定，置200mL量瓶中，加稀鹽酸10mL溶解后，加水稀釋至刻度，搖勻，精密量取20mL，加氨試液中和至恰析出沉淀，再滴加稀鹽酸至沉淀恰溶解為止，加醋酸-醋酸銨緩沖液（pH=6.0）20mL，再精密加乙二胺四醋酸二鈉滴定液（0.05mol/L）25mL，煮沸3～5分鐘，放冷至室溫，加二甲酚橙指示液1mL，用鋅滴定液（0.05mol/L）滴定至溶液自黃色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，并將滴定結(jié)果用空白試驗校正。

注1：“精密稱取”系指稱取重量應(yīng)準確至所稱取重量的千分之一，“精密量取”系指量取體積的準確度應(yīng)符合國家標準中對該體積移液管的精度要求。

注2：“水分測定”用烘干法，取供試品2～5g，平鋪于干燥至恒重的扁形稱瓶中，厚度不超過5mm，疏松供試品不超過10mm，精密稱取，打開瓶蓋在100～105℃干燥5小時，將瓶蓋蓋好，移置干燥器中，冷卻30分鐘，精密稱定重量，再在上述溫度干燥1小時，冷卻，稱重，至連續(xù)兩次稱重的差異不超過5mg為止。根據(jù)減失的重量，計算供試品中含水量（%）。