鋁

鋁（Aluminium）的英文名出自古羅馬語alumen(明礬)，即硫酸複鹽KAl(SO₄)₂·12H₂O。史前時代，人類已經使用含鋁化合物的黏土（Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O）製成陶器。鋁在地殼中的含量僅次於氧和硅，位列第三。但是由於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)從明礬製得一種氧化物,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，後來改為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絡合鹽，製得金屬鋁。同年建廠，生產出一些鋁製頭盔、餐具和玩具 ^[4]  。

在以後的一段時期裏，鋁是帝王貴族們享用的珍寶，當時鋁的價格接近黃金。法國皇帝拿破崙三世在宴會上使用過鋁製叉子；泰國國王使用過鋁製錶鏈。1855年在巴黎博覽會上，它與王冠上的寶石一起展出，標籤上註明“來自黏土的白銀”。1889年，門捷列夫還曾得到倫敦化學會贈送的鋁合金製成的花瓶和杯子。到19世紀末，鋁的價格發生了成千倍的跌落。首先是由於19世紀70年代西門子改進了發電機後，有了廉價的電力；其次是由於法國的Heroult和美國的C.M.Hall於1886年分別發展了將氧化鋁溶解在冰晶石（Na₃AlF₆）中電解的方法。當時他們都是22歲。這項創舉使鋁以大規模生產，奠定了今天世界電解鋁的工業方法。1888年在美國匹茲堡建立第一家電解鋁廠，鋁的生產從此進入新的階段。1956年世界鋁產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。 ^[1] 

2017年10月27日，世界衞生組織國際癌症研究機構公佈的致癌物清單初步整理參考，鋁生產過程在一類致癌物清單中。

2018年7月30日，一個國際研究團隊説，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恆星相撞而“飛濺”到星際空間的。 ^[2] 

鋁在地殼中含量僅次於氧和硅，含量8.3%，居第三位，是地殼中含量最豐富的金屬元素，其藴藏量在金屬中居第2位。在金屬品種中，僅次於鋼鐵，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於α-Al₂O₃，它的硬度僅次於金剛石，熔點高、耐酸鹼，常用來製作一些軸承，製造磨料、耐火材料。如剛玉坩堝，可耐1800℃的高温。Al₂O₃由於含有不同的雜質而有多種顏色。例如含微量Cr(III)的呈紅色，稱為紅寶石；含有Fe(II)，Fe(III)或Ti(IV)的稱為藍寶石 ^[5]  。

根據鋁的成分可分三類：

鋁原子的外圍電子構型為3s²3p¹，在化合物中經常表現為+3氧化態。鋁原子有空的3d軌道，與電子對給予體能形成配位數是6或4的穩定配合物。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⁺），低價鋁離子在低温下通常不穩定 ^[6]  。

鋁的晶格屬於面心立方體型。鋁原子（鋁離子）位於晶格的節點上和麪的中心，這相當於每個晶格內有4個鋁原子。

鋁為銀白色輕金屬。有延展性。商品常製成柱狀、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2.303 g/cm³。彈性模量70Gpa，泊松比0.33。鋁的電導率約為銅的60％，如果按單位質量計，鋁的電導率則超過了銅，在遠距離傳輸時經常代替銅。以其輕、良好的導電和導熱性能、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（室温）25℃的熱膨脹係數0.0000236mm/℃或23.6ppm·k^{-1 [7]}  。

鋁有24種同位素，其中只有一種是穩定的。同位素列表如下 ^[10]  ：

備註:畫上#號的數據代表沒有經過實驗的證明，只是理論推測而已，而用括號括起來的代表數據不確定性。

鋁是活潑金屬，在乾燥空氣中鋁的表面立即形成厚約50埃（1埃=0.1納米）的緻密氧化膜，使鋁不會進一步氧化並能耐水；但鋁的粉末與空氣混合則猛烈燃燒併發出眩目的白色火焰；熔融的鋁能與水猛烈反應；鋁是兩性的，極易溶於強鹼，也能溶於稀酸。不溶於水，但可以和熱水緩慢地反應生成氫氧化鋁 ^[8]  。

物質的用途在很大程度上取決於物質的性質。因為鋁有多種優良性能，所以鋁有着極為廣泛的用途。

鋁及鋁合金是當前用途十分廣泛的、最經濟適用的材料之一。世界鋁產量從1956年開始超過銅產量一直居有色金屬之首。當前鋁的產量和用量（按噸計算）僅次於鋼材，成為人類應用的第二大金屬；而且鋁的資源十分豐富，據初步計算，鋁的礦藏儲存量約佔地殼構成物質的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，但可製成各種鋁合金，如硬鋁、超硬鋁、防鏽鋁、鑄鋁等。這些鋁合金廣泛應用於飛機、汽車、火車、船舶等製造工業。此外，宇宙火箭、航天飛機、人造衞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、鋁的導電性僅次於銀、銅和金，雖然它的導電率只有銅的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，所以鋁在電器製造工業、電線電纜工業和無線電工業中有廣泛的用途。

3、鋁是熱的良導體，它的導熱能力比鐵大3倍，工業上可用鋁製造各種熱交換器、散熱材料和炊具等。

4、鋁有較好的延展性（它的延展性僅次於金和銀），在100℃～150℃時可製成薄於0.01mm的鋁箔。這些鋁箔廣泛用於包裝香煙、糖果等，還可製成鋁絲、鋁條，並能軋製各種鋁製品。

5、鋁的表面因有致密的氧化物保護膜，不易受到腐蝕，常被用來製造化學反應器、醫療器械、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），常用來做塗料，俗稱銀粉、銀漆，以保護鐵製品不被腐蝕，而且美觀。

7、鋁在氧氣中燃燒能放出大量的熱和耀眼的光，常用於製造爆炸混合物，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着火的目標或坦克、大炮等)和照明混合物(如含硝酸鋇68%、鋁粉28%、蟲膠4%)。

8、鋁熱劑常用來熔鍊難熔金屬和焊接鋼軌等。鋁還用做鍊鋼過程中的脱氧劑。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後，塗在金屬上，經高温煅燒而製成耐高温的金屬陶瓷，它在火箭及導彈技術上有重要應用。

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，因此常用來製造高質量的反射鏡，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、現代化大型建築室內的天花板等也採用鋁。耐低温，鋁在温度低時，它的強度反而增加而無脆性，因此它是理想的用於低温裝置材料，如冷藏庫、冷凍庫、南極雪上車輛的生產裝置。

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、穩定可靠的電源，是一款對環境十分友好的電池。電池的結構以及使用的原材料可根據不同實用環境和要求而變動，具有很大的適應性，既能用於陸地也能用於深海，既可做動力電池，又能作長壽命高比能的信號電池 ^[12]  。

2017年10月27日，世界衞生組織國際癌症研究機構公佈的致癌物清單初步整理參考，鋁生產過程在一類致癌物清單中。

研究發現，鋁元素能損害人的腦細胞。根據世界衞生組織的評估，規定鋁的每日攝入量為0～0.6mg/kg，這裏的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》中規定，鋁的殘留量要小於等於100mg/kg。以此計算，一個體重60kg的人每天吃油條不多於360g就不必擔心 ^[11]  。

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

避免方法：

1、避免使用鋁製成的炊具。

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製成，應減少服用含鋁元素的藥品，如:可以中和胃酸的Al(OH)₃。

硫糖鋁—鋁的測定—絡合滴定法

採用絡合滴定法測定硫糖鋁中鋁的含量，適用於硫糖鋁中鋁的含量測定。

取供試品適量，經溶解稀釋中和處理後，加醋酸-醋酸銨緩衝液，精密加乙二胺四醋酸二鈉滴定液（0.05mol/L），煮沸3～5分鐘，放冷至室温。每1mL乙二胺四醋酸鈉滴定液（0.05mol/L）相當於1.349mg的鋁，計算，即得。

1、水（新沸放置至室温）

2、醋酸-醋酸銨緩衝液（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-氯化銨緩衝液（pH=10.0）

取本品約1.0g，精密稱定，置200mL量瓶中，加稀鹽酸10mL溶解後，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澱，再滴加稀鹽酸至沉澱恰溶解為止，加醋酸-醋酸銨緩衝液（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，放冷至室温，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變為紅色，並將滴定結果用空白試驗校正。

注1：“精密稱取”係指稱取重量應準確至所稱取重量的千分之一，“精密量取”係指量取體積的準確度應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”用烘乾法，取供試品2～5g，平鋪於乾燥至恆重的扁形稱瓶中，厚度不超過5mm，疏鬆供試品不超過10mm，精密稱取，打開瓶蓋在100～105℃乾燥5小時，將瓶蓋蓋好，移置乾燥器中，冷卻30分鐘，精密稱定重量，再在上述温度乾燥1小時，冷卻，稱重，至連續兩次稱重的差異不超過5mg為止。根據減失的重量，計算供試品中含水量（%）。