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[元素的世界]——No.13铝 (Al)

 茶香飘万里 2013-02-10
姓名:铝;
英文名:Aluminum
德语,法语,荷兰语名:Aluminium;
希腊文名:Αργ?λιο;
意大利文名:Alluminio;
日文名:アルミニウム;
韩文名:????;
葡萄牙文名:Alumínio;
西班牙文名:Aluminio;
俄文名:Алюминий
出生年:1827年 至今已经178岁了
元素排行:13
居住地:从上往下数三层,第三号房间 (第三周期,第IIIA族)
体重:每mol我重26.98154克
密度:2.7g/cm^3
元素种类:金属(且由于我密度小,属于轻金属)
状态:固体,面心立方晶体,肤色为白色,且呈金属光泽。
熔点:660摄氏度
沸点:2467摄氏度
电导率:350 000 S/m,远大于石墨(约250 S/m)
地壳中含量排行:第三(前面两位是氧和硅,连铁的含量都在我之后呢)
常见的是铝硅酸盐和其风化产物——黏土
全球有色金属用量排行:第一
西方国家里每年每人12至少公斤
美国每人每年多达35公斤


想当年,当我身价百倍的时候……

很多很多年前,我并不象现在这样普遍,不象这样被用做日常的锅碗瓢盆,在那个时候,我可是很尊贵的哦~!相传在古罗马,一个陌生人从黏土中将我提炼出来,用我做成一只金属的杯子献给当时的罗马皇帝泰比里厄斯(Tiberius)。我做的杯子象银子一样闪闪发亮,但是却比银质的杯子轻多了。皇帝表面上表示感谢,而暗地里却担心我的光彩夺目会使他的金银财宝变的一钱不值,所以他下令将提炼出我的这位发明家斩首,从此许多年里,没有人再有过提炼我这种金属的念头了。也就是因为这样,我的工业化提炼也拖到了19世纪……
在19世纪以前,由于我性格活泼,在自然界也很少以单质形式存在,提炼变的极为困难,因此在19世纪以前,我就被认为是一种极其罕见的金属,价格比黄金还要昂贵。那些欧洲的君主们,都以能穿上一件有用我制成纽扣的衣服为荣;比赛中第一名的奖牌是用我制成的;我已经成为了一种等级和身份的象征:在国王举办的宴会上,只有王室的成员和贵族的来宾才可以荣幸的使用我制成的餐具用餐;而让自己的警卫部队穿上铝胸甲对于一个国王来说,也是非常有面子的事情……
可是后来,随着提炼水平的发展,我的产量也飞速的增加,由此导致我的身价不断下跌:在1854年时,我每公斤要卖到1200卢布,而到19世纪末,一公斤就只要1卢布了…… 可悲啊,我就这么从一个身份的象征变成了厨房里的锅碗瓢盆……

想当初,当我被发现的时候……

在古代,明矾的矿物就被应用做为染色的固定剂。明矾是什么?十二水和硫酸铝钾。两个硫酸根,一个钾离子,然后再加上一个+3价的我,结合上12个水分子,就是明矾了。事实上,我后来的名字,aluminium一词就是从古罗马语 alumen(明矾)衍生而 来的
16世纪,德国医生兼自然科学历史学家帕拉塞斯(Parace/sus P.A.T.1949-1541)在我的发现史上写下了新的一页。他研究了许多物质和金属,其中也当然也包括明矾(硫酸铝),证实它们是“某种矾土盐”。这种矾土盐的一种成分是当时还不知道的一种金属氧化物(后来证明是我啦!)。
18世纪法国的拉瓦锡(A.L.Lavoisier) 认为这是一种未知金属的氧化物,它与氧的亲和力极大, 以致不可能用碳和当时已知的其他还原剂将它还原出来。 1807年英国人戴维(H.Davy)试图电解熔融的氧化铝以 取得金属,没有成功
到1754年,德国化学家马格拉夫(Marggraf.A.S.1709-1937)终于能够分离“矾土”了。这正是帕拉塞提到过的那种物质。但是,直到1807年,英国的戴维才把隐藏在明矾中的金属分离出来,用电解法发现了钾和钠,却没能够分解氧化铝。瑞典化学家贝采尼乌斯进行了类似的实验,但是失败了。不过,科学家还是给这种含糊不清的金属取了一个名字。开始贝采尼乌斯称它为“铝土”。后来,戴维又改称它为铝。于是,在我没有正式诞生的时候,我就有了自己的名字。
1825年,丹麦科学家奥斯特将氯气通过红热的木炭和铝土,得到的物质和钾汞齐作用,得到铝汞齐,隔绝空气下蒸掉汞,最后提炼出一块金属。 在我看来,那并不能算是我的纯净单质,再加上他后来又没有继续对我的提炼进行研究,提炼我的实验便没有被奥斯特继续做下去。但他将提炼这块金属的过程告诉了他的好朋友,德国年轻的化学家维勒(Wohler.F.1800-1882)。维勒非常感兴趣,他先重复了奥斯特的试验,并写信给贝采里乌斯,告知重复奥斯特的试验制不出金属铝的单质。于是他自己设计实验,用钾还原无水氯化铝得到少 量金属粉末,大小没超过一个针头。1845年他用氯化铝气体通过熔融金属钾的 表面,得到一些铝珠,每颗重约10~15毫克,从而对铝的 密度和延展性作了初步测定,指出铝的熔点不高。(同样的方法,他还制得了金属Be,也就是住在我斜上方的那个家伙,我们在元素周期表中的位置是对角线关系,且我们性质相近,这种“处于对角线位置的元素具有相似的物理化学性质”在元素周期表中被也称为“对角线规则”。)


我的资源分布……
(此部分引用自“铝的世界” 上海光明中学 田欣)

铝土 矿是一种以氧化铝水合物为主要成分的矿石,历来是主 要的炼铝原料。自然界的氧化铝水合物有三水铝石、一 水软铝石和一水硬铝石。它们的物理性质和化学性质差 别很大。因此铝土矿按其中氧化铝水合物的矿物形态分 为三水铝石型、一水软铝石型、一水硬铝石型,以及混 合型。全世界已查明的铝土矿的工业储量约250亿吨,加 上远景储量共约 350亿吨左右。储量丰富和产量较大的 国家有几内亚、澳大利亚、巴西、牙买加、印度等国。 这些国家的铝土矿多属于高铁低硅的三水铝石型,适合 于用较简单的拜耳法生产氧化铝。 中国已探明的铝土矿主要分布于河南、山西、贵州、 山东、广西等地,除个别地区外都为低铁高铝的一水硬 铝石型,杂质主要是高岭石中的 二氧化硅和少量的氧化铁、 二氧化钛。中国还有丰富的明矾石矿。浙江、安徽两省有以 亿吨计的钾明矾石资源,是生产氧化铝和钾肥的原料。此 外,在云南等地也发现有较丰富的霞石资源。


日常生活中的我……

不得以我沦落到了做锅碗瓢盆的地步。和当初的价值连城可是天壤之别啊……。但是由于我在空气中表面能生成致密而坚硬的氧化膜,用我制成的锅碗瓢盆开水壶什么的,可以用好久。擦掉表面的氧化膜,仍然光亮如新——虽然这样有损我的健康的说~ 。 我的延展性好,可以加工成铝箔,也可以拉成丝,当然你要把我做的跟砖头一样,我也没什么意见……只要您有用。
我的密度很小,电导率倒挺高。虽然不及铜和银,但是,如果要算单位质量的电导率,我还是远远强与它们的。所以,我还被广泛的应用于制作电线电缆等导电设备。
将我做成合金(注:合金是一种金属在另外一种金属中形成的固溶体)可以改善性能。因为我的强度比较低,但是形成合金以后比强度就可以和钢媲美了,塑性又好,铸造和切削性也好,因此成为了航空工业不可缺少的材料,被大量的用于飞机等航空部件的制造。最后说一句,苹果电脑公司的笔记本电脑PowerBook系列,由于使用了制造飞机的材料镁铝合金,被Mac电脑用户亲切的称呼为“飞机”系列。
我形成的盐类化合物明矾,被广泛的应用作为净水剂。那是因为明矾在水肿,由于我的高价离子存在,容易水解生成氢氧化合物。我的氢氧化合物在这种情况下生成时,以胶体(注:胶体是分散相的尺度在10^-9 尺度的溶液)状态存在,比表面积大,可以吸附水中的杂质,达到净水的目的。
我的三价离子近年来被发现和老年痴呆症的发病有关,据说我被摄入的过多,可能导致老年痴呆症。唉,用我做的锅碗瓢盆什么的,在使用时我都会或多或少的溶出,看来我连锅都没法做了,准备失业吧……

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