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自然鋁

Aluminium

礦物下的一個物種

鋁(Aluminum)是化學元素,屬於硼族元素,化學符號是Al,原子序數是13,相對密度是2.70。鋁是較軟的易延展的銀白色金屬,也是地殼中第三大豐度的元素(僅次於氧和矽),也是豐度最大的金屬,在地球的固體表面中占約8%的質量。鋁金屬在化學上很活躍,因此除非在極其特殊的氧化還原環境下,一般很難找到游離態的金屬鋁。被發現的含鋁的礦物超過270種。最主要的含鋁礦石是鋁土礦。 鋁因其低密度以及耐腐蝕(由於鈍化現象)而受到重視。利用鋁及其合金製造的結構件不僅在航空航天工業中非常關鍵,在交通和結構材料領域也非常重要。最有用的鋁化合物是它的氧化物和硫酸鹽。 儘管鋁在環境中廣泛存在,但沒有一種已知生命形式需要鋁元素。

硬度
硬度:

2 - 3.5

關於自然鋁的一般資訊

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自然鋁的物理特性

顏色
灰白色
硬度
2 - 3.5 , 極柔軟到柔軟
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自然鋁的化學特性

化學式
Al
列出的元素
Al

自然鋁的健康風險

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自然鋁有什麼危害?

對大多數人來說,鋁不像重金屬那樣有毒。美國衛生與公共服務部將鋁列為非致癌物。很少有證據表明正常接觸鋁會對健康的成年人構成風險,並且有證據表明如果攝入量不超過每公斤體重40毫克/天,則不會造成毒性。大多數攝入的鋁會通過糞便排出;進入血液的少部分,將通過尿液排出。

自然鋁的特徵

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自然鋁的岩石類型

根據鋁錠主成份含量可以分成三類:高級純鋁(鋁的含量99.93%-99.999%)、工業高純鋁(鋁的含量99.85%-99.90%)、工業純鋁(鋁的含量98.0%-99.7%)。

自然鋁的特徵

鋁是輕金屬,密度僅是鐵三分之一左右。純鋁較軟,在300℃左右失去抗張強度,熔點660.4度。經處理過的鋁合金較堅韌、易延展。有著金屬光澤,光滑時表面銀白而發亮,粗糙時呈暗灰色。無磁性且不易點燃。反射可見光能力強(約92%),反射中遠紅外線可達98%。純鋁的強韌度為7~11MPa,而鋁合金可達200~600MPa。鋁很容易加工、切割、塑形。 鋁原子以立方晶格排列。 鋁有良好的導電導熱性(都為銅的59%),而遠輕於銅。鋁可以在低於1.2K 的溫度和磁通量大於100高斯下超導。

自然鋁的文化意義

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自然鋁的用途

白色、軟、易加工,金屬鋁熔點為660度,是重要工業原料。 鋁的合金較輕而強度高。通常的工業用鋁合金,如6063-T5,其強度超過了3Cr13高速不鏽鋼,因而成為飛機、汽車、軌道車輛及火箭的主要生產原料。 由於鋁有良好的導電性和導熱性且較輕,可取代銅用作超高電壓的電纜材料。高純鋁具有更優良的性能。 鋁在高溫時的還原性極強,可以用於冶煉高熔點金屬以及長焊鋼軌鐵路鋪設時的臨時煉鐵(這種方法稱為「鋁熱法」)。 鋁富延展性,可製成鋁箔,用於包裝。 鋁是金屬,所以可以回收再造,但是回收率不高。 鋁的抗腐蝕性(特別是抗氧化,因其氧化物氧化鋁在金屬表面形成緻密的膜,反而增加了鋁的抗腐抗熱性)優異,外觀質感佳,價格適中,為電腦機殼的首選材料。 鋁可被人體自然排泄。早期加拿大研究人員一項不可重複的研究指出鋁是導致阿茲海默症的元兇,但幾十年的研究並沒有發現任何證據可以證明鋁會導致老人痴呆。 近五十年來,鋁已成為世界上最為廣泛應用的金屬之一。除上所述,在建築業上,由於鋁在空氣中的穩定性和陽極處理後的極佳外觀而受到很大應用;在航空及國防軍工部門也大量使用鋁合金材料;在電力輸送上則常用高強度鋼線補強的鋁纜,在一些地方因銅製電纜價格較高常遭竊而改用鋁製電纜;貨櫃運輸、日常用品、家用電器、機械設備等都需要大量的鋁。

自然鋁的地球化學

鋁結合了過渡前和過渡後金屬的特性。由於鋁的金屬鍵可用電子很少,如其較重的第13族同類,它具有過渡後金屬的物理特性,原子間距超乎預期地長。此外,由於鋁是小型、高電荷陽離子,它具有極強的極性,鋁化合物中的鍵合趨於共價性;這與鈹(Be)的性質類似,二者展示了一種對角線關係。鋁價殼層下的核是前一個惰性氣體的核,而其較重的同係如鎵、銦、鉈和鿔則包括填充的d軌道,有些還有填充的f軌道。因此,鋁的內層電子幾乎完全屏蔽了價電子,不像鋁較重的同類。因而,鋁是其族群中最電正的金屬,其氫氧化物事實上比鎵的更鹼性。鋁也與同族的半金屬硼有少量相似之處:AlX3化合物與BX3化合物價電子同構,它們都作為路易斯酸並容易形成加合物。此外,硼化學的一個主要模式是規則的二十面體結構,鋁在許多二十面體準晶體合金中起著重要作用,包括Al–Zn–Mg類。鋁對氧具有強化學親和力,使其適用於熱氧化還原反應中的還原劑。在正常條件下,鋁會形成一層薄氧化層(室溫下約5納米),該層保護金屬免受氧、水或稀酸進一步腐蝕,這一過程稱為鈍化。由於其對腐蝕的一般抵抗力,鋁是在細粉末狀態下仍能保持銀色反光的少數金屬之一,這使其成為銀色油漆的重要組成部分。鋁不受氧化酸的攻擊,這讓鋁可以用來儲存如硝酸、濃硫酸和一些有機酸的試劑。在熱濃鹽酸中,鋁與水反應生成氫氣,在室溫下與氫氧化鈉或氫氧化鉀形成鋁酸鹽,在這些條件下保護性鈍化作用微不足道。王水也能溶解鋁。鋁會被溶解氯化物如常見的氯化鈉腐蝕,這就是為什麼家用管道從不採用鋁製。金屬表面氧化層與汞接觸會因汞齊化或某些電正金屬鹽的作用而破壞。因此,最強的鋁合金由於與合金銅發生的電解反應而耐腐蝕性較差,鋁在水性鹽中耐腐蝕性會大大降低,尤其是在有異種金屬存在的情況下。鋁在加熱時會與大多數非金屬反應,形成如氮化鋁(AlN)、硫化鋁(Al2S3)和鋁鹵化物(AlX3)等化合物。它還形成了涉及元素周期表中每一組元素的廣泛金屬間化合物。

大家也會問的常見問題

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