铝，是一种轻金属，化学符号为Al，原子序数：13。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素，其蕴藏量在金属中居第2位。在金属品种中，仅次于钢铁，为第二大类金属。
- 目录
- 1、概述
- 2、性质
- 3、来源
- 4、发现
- 5、自然属性
- 6、化学性质
- 7、生产与回收
- 8、危害
- 9、防范措施
化学元素解释：
概述
铝是国民经济中不可缺少的基础原材料，广泛用于建筑、包装、交通运输、电力等领域。新中国成立60年来，从勘探、采选、冶炼到加工，中国铝工业上下游齐全、产业链完整，能充分发挥整体的优势;从科技研发到工程设计，从工程建设到生产、物流服务，中国铝工业门类齐全、体系配套，能充分保障铝工业健康发展。
性质
元素名称：铝
元素符号：Al
元素类型：金属
元素原子量：26.98
原子体积(立方厘米/摩尔)：10.0
原子序数：13
元素中文名称：铝
元素在太阳中的含量(ppm) ：60
元素在海水中的含量太平洋表面(ppm)：0.00013
元素英文名称：Aluminum
相对原子质量：26.98
地壳中含量(ppm)：82000
核内质子数：13
核外电子数：13
核电核数：13
氧化态：Main Al+3
Other Al0, Al+2
质子质量：2.1749E-26
质子相对质量：13.091
所属周期：3
所属族数：IIIA
摩尔质量：27
氢化物：AlH3
氧化物：Al2O3
最高价氧化物化学式：Al2O3
密度：2.702
熔点：660.37
沸点：2467.0
燃点：550摄氏度
热导率W/(m·K)：237
化学键能： (kJ /mol)
Al-H 285
Al-C 225
Al-O 585
Al-F 665
Al-Cl 498
Al-Al 200
声音在其中的传播速率：(m/S)
5000
电离能 (kJ/ mol)
M - M+ 577.4
M+ - M2+ 1816.6
M2+ - M3+ 2744.6
M3+ - M4+ 11575
M4+ - M5+ 14839
M5+ - M6+ 18376
M6+ - M7+ 23293
M7+ - M8+ 27457
M8+ - M9+ 31857
M9+ - M10+ 38459
莫氏硬度：2.75
外围电子排布：3s2 3p1
核外电子排布：2,8,3
晶体结构：晶胞为体心立方晶胞，每个晶胞含有4个金属原子。
晶胞参数：
a = 404.95 pm
b = 404.95 pm
c = 404.95 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 90°
颜色和状态：银白色金属
原子半径：1.82
常见化合价：+3
来源
铝以化合态的形式存在于各种岩石或矿石里，如长石、云母、高岭市、铝土矿、明矾时，等等。有铝的氧化物与冰晶石(Na3AlF6)共熔电解制得。
从铝土矿中提取铝反应过程
①溶解：将铝土矿溶于NaOHaq.
Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O
②过滤：除去残渣氧化铁、硅铝酸钠等
③酸化：向滤液中通入过量CO2.
NaAlO2+CO2+2H2O= Al(OH)3↓+NaHCO3
④过滤、灼烧 Al(OH)3
2Al(OH)3= Al2O3+3H2O(高温)
注：电解时为使氧化铝熔融温度降低，在Al2O3 中添加冰晶石(Na3AlF6)
⑤电解：2Al2O3(熔融)= 4Al+3O2 ↑(通电)
注：不电解熔融AlCl3炼Al 原因：AlCl3 是共价化合物，其熔融态不导电。
发现
1854年，法国化学家德维尔把铝矾土、木炭、食盐混合，通人氯气后加热得到NaCl，AlCl3复盐，再将此复盐与过量的钠熔融，得到了金属铝。这时的铝十分珍贵，据说在一次宴会上，法国皇帝拿破仑第三独自用铝制的刀叉，而其他人都用银制的餐具。泰国当时的国王曾用过铝制的表链;1855年巴黎国用博览会上，展出了一小块铝，标签上写到：“来自粘土的白银”，并将它放在最珍贵的珠宝旁边，直到1889年，伦敦化学会还把铝和金制的花瓶和杯子作为贵重的礼物送给门捷列夫。1886年，美国的豪尔和法国的海朗特，分别独立地电解熔融的铝矾土和冰晶石的混合物制得了金属铝，奠定了今天大规模生产铝的基础。 近一个世纪的历史进程中，铝的产量急剧上升，到了20世纪60年代，铝在全世界有色金属产量上超过了铜而位居首位。
自然属性
铝是一种轻金属，其化合物在自然界中分布极广，地壳中铝的含量约为8%(重量)，仅次于氧和硅，具第三位。铝被世人称为第二金属，其产量及消费仅次于钢铁。铝具有特殊的化学、物理特性，是当今最常用的工业金属之一，不仅重量轻，质地坚，而且具有良好的延展性、导电性、导热性、耐热性和耐核辐射性，是国民经济发展的重要基础原材料。
铝的比重2.7，密度约为一般金属的1/3。而常用铝导线的导电度约为铜的61%，导热度为银的一半。虽然纯铝极软且富延展性，但仍可靠冷加工及做成合金来使它硬化。铝土矿是铝的重要来源，制造一镑氧化铝约需要两磅铝土矿，而制造一磅金属铝也需要两磅氧化铝。
化学性质
铝在空气中易与氧气化合，在表面生成一种致密的氧化物薄膜(氧化铝Al2O3)，所以通常略显银灰色。铝能够与稀的强酸(如稀盐酸，稀硫酸等)进行反应，生成氢气和相应的铝盐。与一般的金属不同的是，它也可以和强碱进行反应，形成偏铝酸盐和氢气。因此认为铝是两性金属。
铝 - 主要特性
抗腐蚀性
铝的密度只有2.7g/cm3，约为钢、铜或黄铜的密度(分别为7.83g/ cm3，8.93g/ cm3)，的1/3。在大多数环境条件下，包括在空气、水(或盐水)、石油化学和很多化学体系中，铝能显示优良的抗腐蚀性。
反射性
铝的表面具有高度的反射性。辐射能、可见光、辐射热和电波都能有效地被铝反射，而阳极氧化和深色阳极氧化的表面可以是反射性的，也可以是吸收性的，抛光后的铝在很宽波长范围内具有优良的反射性，因而具有各种装饰用途及具有反射功能性的用途。
电导率
铝由于它的优良电导率而常被选用。在重量相等的基础上，铝的电导率近于铜的两倍。
热导量率
铝合金的热导量率大约是铜的50-60%，这对制造热交换器、蒸发器、加热电器、炊事用具，以及汽车的缸盖与散热器皆为有利。
非铁磁性
铝是非铁磁性的，这对电气工业和电子工业而言是一重要特性。铝是不能自燃的，这对涉及装卸或接触易燃易爆材料的应用来说是重要的。
可机加工性
铝的可机加工性是优良的。在各种变形铝合金和铸造铝合金中，以及在这些合金产出後具有的各种状态中，机加工特性的变化相当大，这就需要特殊的机床或技术。
可成形性
这是铝及许多铝合金较重要的特性之一。特定的拉伸强度、屈服强度、可延展性和相应的加工硬化率支配着允许变形量的变化。商业上可提供的铝合金在不同形态下成形性的额定值取决于成形的工艺方法。这些额定值在作金属加工特性的定性对照中仅能起大致的指导作用，即不能定量地作为成形性的极值。
可锻性
铝合金可以锻造成形状与品种繁多的锻件，它们的最终部件锻造设计标准的选择范围(基于预定的用途)是很宽的。 连接铝可用各式各样的方法连接，包括熔焊、电阻焊、硬 焊、软 焊、粘结以及诸如铆接和栓接之类的机械方法。
可回收性
铝具有极高的回收性，再生铝的特性与原生铝几乎没有别。
铝 - 应用
铝广泛用於各种建筑中，如挢梁、塔楼和储罐等。虽然结构钢型材与板材的基建投资费用较低，但当人们考虑到工程的结构特点、独特的建筑设计、质轻和(或)抗腐蚀性时，就采用了铝。 铝可用於挢梁与公路的辅助结构上，如挢梁栏杆、公路护栏、照明标准件、交通指挥塔、交通标志和连接围栏等。铝也普遍用於挢梁结构上，特别是长墩距挢梁或活动挢梁的平衡装置和嶺升挢的施工中。
脚手架、爬梯、变电所构筑物及其他公用工程构筑物，常使用的铝材形式主要是结构型材和特殊挤压型材。吊车、输送机和重载装卸系统包含了大量的铝材。储水大罐常用铝合金建造，以增强抗腐蚀性并形成引人注意的外观。
包装业一直是用铝的市场之一，且发展最快。包装业产品包括家用包装材料、软包装和食品容器、瓶盖、软管、饮料罐与食品罐。铝箔颇适用於包装，箔制盒，包用於盛食品与药剂，并可作家用。
变形铝制品和铸造铝制品在汽车结构中应用颇广。每台汽车的典型铝用量约70kg(150lb)，此数可望急剧增加，因为普遍的节省燃料的要求迫使如此，而且人们还不断强调回收铝的重要性。
生产与回收
世界上的产铝量集中于中国、美国、前苏联、加拿大、澳洲、巴西、挪威，上列国家的产铝量占全球产量的60%以上。铝的供应来源除了新铝外，回收铝也占有很高的比例，回收铝又分为旧料回收(主要来源是饮料罐和汽车废件)、新料回收(加式过程中的铝屑)两种。由于环保意识升高，回收铝量年年创新高。1980年代未期以来，世界铝价就不断重挫，其中最大的原因就是苏联瓦解后为换取外汇而对西方大量输出铝，最明显的影响就是LME的库存量由1990年底的315，600吨暴升到144万吨以上。由于铝的化学性质好，所以取代了很多原料既有用途，如饮料罐和建材，美国铝的最大消耗是发生在制罐和馐业，约占全美用量的28%，接着是运输业约19%，再来是房屋和建筑业约18%.
危害
早在1965年，克拉佐首次发现铝中毒的兔脑内，出现了老年性痴呆特有的神经元纤维缠结病变，但并末引起人们的重视。直到1973年他又根据研究结果指出猫的大脑皮层含铝量的增多，使猫出现了明显的脑功能障碍，这才唤醒世人警觉。
铝盐一旦进入人体，首先沉积在大脑内，可能导致脑损伤，造成严重的记忆力丧失，这是早老性痴呆症特有的症状。参与这项工作的研究人员说，对老鼠的实验表明，仅给它们喝下一杯经铝盐处理的水后，它们脑中的铝含量就达到可测量水平。对老鼠的研究发现，混在饮用水中的微量铝进入老鼠的脑中并在那里逐渐积累。研究人员对痴呆病人的研究发现，这类病人脑内有30%新皮层区的铝浓度大于4微克/克(干重)，患者脑部神经元细胞核内，铝的含量为健康人的4倍，最大达30倍。研究人员认为，如果随时间推移，铝在脑中逐渐积累，就会杀死神经原，使人的记忆力丧失。一位科学家说：我们一生都在喝铝盐净化过的水，吃含铝盐的食品，因此到我们很老时，我们体内已经积累了很多铝。他指出，过去70年早老性痴呆症发病率在世界范围内普遍上升。他说，铝也被用在食品乳化剂中。
铝能直接损害成骨细胞的活性，从而抑制骨的基质合成。同时，消化系统对铝的吸收，导致尿钙排泄量的增加及人体内含钙量的不足。铝在人体内不断地蓄积和进行生理作用，还能导致脑病骨病肾病和非缺铁性贫血。
铝对人体的毒害严重，对生物也有毒害作用。可溶性铝化合物对大多数植物都是有毒的，酸性土壤的水分里溶解的铝化合物，使一般作物难以正常生长。通常当溶解的铝达到10-20PPM以上时，植物就会出现铝毒症兆。土壤中的铝能与可溶性磷酸盐结合生成不溶性磷酸铝，致植物缺磷而枯死。铝还能使植物细胞原生质脱水，然后破坏而死亡。铝与细胞壁内的果胶结合，强化果胶的交联结构，有碍植物吸收水分和营养。铝与植物中的钙磷等矿物质营养成分亦有密切关联。它能抑制一般植物对钙磷的吸收与累积，也影响它们对钾镁铁锰铜锌等元素的吸收和累积。铝对水生动物亦有毒害，当pH值约为5时，以氢氧化铝形态沉积在鱼鳃内，使氧气难以进入血液中，且使鱼体内含盐浓度失调，致鱼于死地。铝对水生动物毒害浓度一般为70微克/升以上。水体中铝含量增加，将导致大量有机物凝聚，致水生动物因营养匮乏而死亡。铝能使磷沉淀，严重威胁水生动物繁衍生息。
铝和人体的亲密接触，会对健康产生不利影响。许多研究团体曾经报道，广泛使用铝盐净化水可能导致脑损伤，造成严重的记忆力丧失，这是早老性痴呆症特有的症状。早在1972年，就有报道透析性脑病患者脑皮质和血清中的铝明显高于正常人。研究人员对老鼠的实验表明，混在饮水中的微量铝进入老鼠的脑中并在那里逐渐积累，给它们喝一杯经铝盐处理过的水后，它们脑中的含铝量就达到可测量的水平。更有研究人员认为，铝不属于人体的必需微量元素，过量摄入对于人体健康的损害是十分广泛的，不仅涉及人体的中枢神经系统，还会涉及骨骼、造血系统、内分泌及生殖系统等方面的不利影响。有研究报道，早老性痴呆症病人的脑组织铝含量是正常人的1.5-30倍，在神经元纤维缠结区脑铝含量明显升高。
1989年，世界卫生组织和联合国粮农组织正式将铝确定为食品污染物，建议加以控制，提出成年人每天允许铝摄入量为60毫克。有人研究我国民众的铝摄入状况，从目前情况看，每人每天可能从食物中摄入8毫克-12毫克的铝;由于使用铝制的炊具、餐具，使铝溶在食物中而被摄入约4毫克;大量的铝可能来自滥用含铝的食品添加剂，该类食品添加剂经常用于炸油条、油饼等油炸食品，也涉及含铝发酵粉加工的馒头、花卷、糕点等。据有关部门抽查曾经发现，每千克油饼中含铝量超过1000毫克，如果吃50克这样的油饼，就有可能超过了每人每天允许的铝摄入量。
大量研究表明，铝的神经毒性与许多神经退行性病变有关。铝的过量接触和体内蓄积可能是导致老年性痴呆(AD)、透析性脑病(Dialysis Encephalopathy)以及关岛肌萎缩性侧索硬化综合症(Guam ALS-PD Complex)的病因之一。
有人认为，如果铝的摄入量过多，人体无法将多余的铝清除，其进入脑内，对脑神经细胞产生毒性作用，引起脑内神经原纤维缠结和神经细胞变性坏死等病理损害，导致痴呆;但也有研究认为，铝不是老年性痴呆的病因。虽然铝制品与痴呆的关系至今未完全明确，但从预防观点出发，最好减少铝元素的摄入。
防范措施
防止铝的危害主要有三条途径：一是建议城市自来水公司本着对自己对人民负责的宗旨，不要用铝盐[如硫酸铝钾(KAI(SO4)2)作净水剂;二是尽量不用铝制品作炊具;三是少吃含铝盐添加剂较多的食物(如油条)。
正确使用铝制炊具。由于铝制炊具，质轻软，易刮伤，能与糖、盐、酸、碱、酒等发生缓慢的化学反应而溢出较多的铝元素，从而增加了人们摄入铝元素的机会。因此用铝制炊具盛放盐、酸、碱类食物时间不要过久。不使用铝铲、铝勺等用具，因为它们在炒菜、盛饭的长期刮擦中，产生肉眼看不见的铝屑，这些铝屑可随饭菜入口进入人体。铝锅应用竹木勺或无毒塑料勺盛饭。建议有条件的家庭不使用铝制炊具，除使用铁锅、砂锅外，一律使用不锈钢制炊具。因为不锈钢制品金属性能稳定，而且对人体无害。
不食用含铝量多的食物。少吃或不吃使用含铝食品添加剂制作的油饼、油条、糕点、面包及饼干等食物。以吃油条为例，每根油条约含铝10mg，每天吃两根，一个月就摄入铝600mg，为正常人体中含铝量的10倍。自来水中的铝元素含量极微少，符合国家卫生安全标准，可以放心饮用。