铝
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| 铝 | |||||||||||||||||||||||||
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| 发音 |
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| 备用名称 | 铝（美国，加拿大） | ||||||||||||||||||||||||
| 外貌 | 银灰金属 | ||||||||||||||||||||||||
| 标准原子重量r ° （al） | |||||||||||||||||||||||||
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| 周期表中的铝 | |||||||||||||||||||||||||
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| 原子数（ z ） | 13 | ||||||||||||||||||||||||
| 团体 | 第13组（硼小组） | ||||||||||||||||||||||||
| 时期 | 周期3 | ||||||||||||||||||||||||
| 堵塞 | P块 | ||||||||||||||||||||||||
| 电子配置 | [ NE ] 3S 2 3P 1 | ||||||||||||||||||||||||
| 每个外壳的电子 | 2, 8, 3 | ||||||||||||||||||||||||
| 物理特性 | |||||||||||||||||||||||||
| STP的阶段 | 坚硬的 | ||||||||||||||||||||||||
| 熔点 | 933.47 K （660.32°C，1220.58°F） | ||||||||||||||||||||||||
| 沸点 | 2743 K（2470°C，4478°F） | ||||||||||||||||||||||||
| 密度（接近RT ） | 2.70 g/cm 3 | ||||||||||||||||||||||||
| 当液体（ MP ） | 2.375 g/cm 3 | ||||||||||||||||||||||||
| 融合热 | 10.71 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| 汽化热 | 284 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| 摩尔热容量 | 24.20 j/（mol·k） | ||||||||||||||||||||||||
蒸汽压力
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| 原子特性 | |||||||||||||||||||||||||
| 氧化状态 | -2，-1、0，+1，+2， +3 （两性氧化物） | ||||||||||||||||||||||||
| 电负性 | 鲍林量表：1.61 | ||||||||||||||||||||||||
| 电离能 |
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| 原子半径 | 经验：143 pm | ||||||||||||||||||||||||
| 共价半径 | 121±4 pm | ||||||||||||||||||||||||
| 范德华半径 | 184 pm | ||||||||||||||||||||||||
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| 其他属性 | |||||||||||||||||||||||||
| 自然发生 | 原始 | ||||||||||||||||||||||||
| 晶体结构 | 以面部为中心的立方体（FCC） |
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| 声速薄杆的速度 | （滚动）5000 m/s（在RT ） | ||||||||||||||||||||||||
| 热膨胀 | 23.1 µm/（M·K）（在25°C下） | ||||||||||||||||||||||||
| 导热系数 | 237 W/（M·K） | ||||||||||||||||||||||||
| 电阻率 | 26.5nω·毫米（在20°C下） | ||||||||||||||||||||||||
| 磁性排序 | 顺磁性 | ||||||||||||||||||||||||
| 摩尔磁敏感性 | +16.5 × 10 -6 cm 3 /mol | ||||||||||||||||||||||||
| 杨的模量 | 70 GPA | ||||||||||||||||||||||||
| 剪切模量 | 26 GPA | ||||||||||||||||||||||||
| 散装模量 | 76 GPA | ||||||||||||||||||||||||
| 泊松比 | 0.35 | ||||||||||||||||||||||||
| 莫斯硬度 | 2.75 | ||||||||||||||||||||||||
| 维克斯硬度 | 160–350 MPA | ||||||||||||||||||||||||
| Brinell硬度 | 160–550 MPA | ||||||||||||||||||||||||
| CAS号 | 7429-90-5 | ||||||||||||||||||||||||
| 历史 | |||||||||||||||||||||||||
| 命名 | 来自铝，氧化铝的过时名称 | ||||||||||||||||||||||||
| 预言 | Antoine Lavoisier （1782） | ||||||||||||||||||||||||
| 发现 | 汉斯·克里斯蒂安·Ørsted （1824） | ||||||||||||||||||||||||
| 由 | Humphry Davy （1812） | ||||||||||||||||||||||||
| 铝的同位素 | |||||||||||||||||||||||||
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铝（北美英语中的铝）是一种化学元素。它具有符号Al和原子数13。铝的密度低于其他普通金属的密度。大约是钢的三分之一。它对氧气具有很大的亲和力，在暴露于空气时会在表面形成保护层。铝在视觉上类似于银色的颜色和反射光的良好能力。它是柔软的，非磁性的和延展的。它具有一个稳定的同位素： 27 Al，高度丰富，使铝成为宇宙中第十二个公共元素。 26 Al的放射性用于辐射测定。
从化学上讲，铝是硼基中的过渡后金属。这是该组常见的，铝形成化合物主要以+3氧化状态。铝阳离子Al 3+小且高度充电；因此，它具有更具两极分化的能力，铝形成的键具有更高的特征。铝对氧气的强亲和力导致其自然界中氧化物的常见发生。铝在地球上主要是在地壳的岩石中发现的，它是仅次于氧气和矽的第三大元素，而不是地幔，而不是在地幔中，实际上从来没有作为自由金属。它是通过采矿铝土矿（一种富含铝制矿物质的沉积岩）在工业上获得的。
铝的发现于1825年由丹麦物理学家汉斯·克里斯蒂安·Ørsted宣布。铝的首个工业生产是由法国化学家HenriétienneSainte-Claire Deville于1856年发起的。铝变得更加公众可供公众使用， Hall-Héroult流程由法国工程师PaulHéroult和美国工程师Charles Martin Hall独立开发。铝的大规模生产导致其在工业和日常生活中的广泛使用。在第一次世界大战和第二次世界大战中，铝是航空的关键战略资源。 1954年，铝成为最有产质金属，超过铜。在21世纪，大多数铝在美国，西欧和日本的运输，工程，建筑和包装中被消耗掉。
尽管它在环境中的普遍性，但众所周知，尚无生物盐用于代谢，但铝耐受性良好。由于这些盐的丰富性，对它们发挥生物学作用的潜力引起了人们的意义，并且研究继续进行。
身体特征
同位素
铝同位素，只有27AL是稳定的。这种情况对于具有奇数原子数的元素很常见。它是唯一的原始铝同位素，即自从地球形成以来，唯一以地球形式存在的原始铝同位素。因此，它是一种单核元素，其标准原子量与同位素的重量几乎相同。这使铝在核磁共振（NMR）中非常有用，因为其单个稳定同位素具有较高的NMR敏感性。与许多其他金属相比，铝的标准原子量很低。
铝的所有其他同位素都是放射性的。其中最稳定的是26 Al ：虽然在星际介质中与稳定的27 Al一起存在，在该介质中形成太阳系，也是由恒星核合成产生的，但其半衰期仅为717，000年，因此可检测到自从地球形成以来，金额尚未幸存。但是，由宇宙射线质子引起的散布在大气中产生的26个Al的微小痕迹。在10 5至10 6年尺度上，特别是运输，沉积，沉积物存储，埋葬时间和侵蚀的地质过程的放疗26 Al与10的比率。大多数陨石科学家认为， 26 Al衰减的能量是造成45.5亿年前的一些小行星在某些小行星形成后的融化和区分。
铝的其余同位素质量为22至43，所有铝都有一个小时以下的半衰期。已知三个亚稳态的状态，一分钟不到一分钟。
电子外壳
铝原子具有13个电子，以[ NE ] 3S 2 3P 1的电子构型排列，其中3个电子超出了稳定的贵重气体构型。因此，铝的前三个电离能远低於单独的第四个电离能。这种电子构型与其小组的其他特征良好的成员共享，硼，甘油， ins和thallium ； Nihonium也可以预期。铝可以在许多化学反应中投降其三个最外面的电子（见下文）。铝的电负性为1.61（Pauling量表）。
自由铝原子的半径为143 pm 。除去三个最外面的电子时，半径为4配位原子的下午39 pm或6配位原子的53.5 pm。在标准温度和压力下，铝原子（不受其他元素原子的影响）形成一个以面部为中心的立方晶体系统，该系统由原子最外部电子提供的金属粘结约束；因此，铝（在这些条件下）是金属。这种晶体系统由许多其他金属（例如铅和铜）共享。铝的单位电池的大小与其他金属的尺寸相当。但是，该系统没有由其小组的其他成员共享。硼的电离能太高而无法允许金属化，硫硫具有六角形的封闭结构，并且镀凝剂和inim膜的结构异常的结构不像铝和thallium的那样封闭。铝金属中可用于金属键合的少数电子是柔软的熔点和低电阻率的柔软的可能原因。
大部分
铝金属的外观从银色白色到暗灰色，具体取决于表面粗糙度。铝制镜子是近紫外线和远红外光的所有金属镜子中最反射的，并且是可见光谱中最反射的，几乎与银色相当，因此两者看起来相似。铝也擅长反映太阳辐射，尽管空气中长时间暴露于阳光，这增加了金属表面的磨损。如果铝氧化烟雾，则可以预防这一点，从而在表面上增加了氧化的保护层。
铝的密度为2.70 g/cm 3 ，大约1/3的钢，比其他常见的金属低得多，使铝零件通过其轻度轻松识别。与大多数其他金属相比，铝的低密度是由于其核更轻得多的事实，而单位细胞尺寸的差异不能补偿这种差异。唯一的较轻的金属是第1组和第2组的金属，除铍和镁外，这些金属对于结构使用太过反应性（而且铍非常有毒）。铝不像钢那样坚固或坚固，但是在航空航天行业以及许多其他重量和相对较高强度至关重要的应用中，低密度弥补了这一点。
纯铝非常柔软，并且缺乏强度。在大多数应用中，由于它们的强度和硬度更高，因此使用了各种铝合金。纯铝的屈服强度为7-11 MPa ，而铝合金的屈服强度范围为200 MPa至600 MPa。铝是延展性的，伸长百分比为50-70％，可延展易于绘制和挤出。它也很容易加工和铸造。
铝是一种出色的热导体和电气导体，其热和电气的电导率约为60％，而铜的密度仅为30％。铝具有超导性，超导临界温度为1.2 kelvin ，临界磁场约为100高斯（10 milliteslas ）。它是顺磁性的，因此本质上不受静态磁场的影响。然而，高电导率意味着它通过涡流的诱导会受到交替的磁场的强烈影响。
化学
铝结合了过渡后金属和后金属的特征。由于它几乎没有可用于金属键合的可用电子，例如其较重的组13个同类物，因此具有过渡后金属的特性，具有比预期的较长的原子间距离。此外，由于Al 3+是一种小且高电荷的阳离子，因此在铝制化合物中呈强烈极化和粘结趋向于共价。这种行为类似于铍的行为（BE 2+ ），两者显示了对角线关系的例子。
铝的价壳下的基础核心是前面的贵重气体，而其重的同类物壳， im依，ins， thallium和nihonium的核心也包括填充的D-Subshell，在某些情况下是填充的F-Subshell。因此，铝的内部电子几乎完全屏蔽了价电子，这与铝的较重同源物不同。因此，铝是其组中最高的金属，其氢氧化物实际上比凝胶更碱性。铝在同一组中还具有与金属硼的相似之处：ALX 3化合物是与BX 3化合物的价等元素（它们具有相同的价电子结构），并且均以刘易斯酸的形式表现出来，并且很容易形成加合物。此外，硼化学的主要基序之一是常规二十面体结构，铝构成了许多二十面体准晶合金的重要组成部分，包括Al – Zn -MG类。
铝对氧的化学亲和力很高，这使其适合用作热反应中的还原剂。铝金属的细粉末在与液体氧气接触时爆炸性地反应。然而，在正常条件下，铝形成一个薄薄的氧化物层（室温下约5 nm），该氧化物层可保护金属免受氧气，水或稀酸的进一步腐蚀，这是一种称为钝化的过程。由于其对腐蚀的一般耐药性，铝是以细粉状形式保留银色反射率的为数不多的金属之一，使其成为银色油漆的重要组成部分。由于铝的钝化，铝不受氧化酸的攻击。这允许铝用于存储诸如硝酸，浓硫酸和一些有机酸之类的试剂。
在热浓盐酸中，铝与水与氢的进化以及在室温下氢氧化钠或氢氧化钾水溶液中反应，以形成铝- 在这些条件下的保护钝化。 Aqua Regia还溶解了铝。铝被溶解的氯化物腐蚀，例如常见的氯化钠，这就是为什么家用管道永远不会用铝制成的原因。铝上的氧化物层也因合并或某些电体金属的盐而与汞接触而破坏。因此，由于与合金铜的电反应，最强的铝合金对耐腐蚀性较小，并且铝的耐腐蚀性大大降低了水盐，尤其是在存在不同金属的情况下。
铝在加热时与大多数非金属反应，形成化合物，例如氮化铝（ALN），硫化铝（Al 2 S 3 ）和铝卤化物（ALX 3 ）。它还形成了涉及元素周期表上每组金属的多种金属间化合物。
无机化合物
绝大多数化合物，包括所有含铝的矿物质和所有具有商业意义的铝化合物，在氧化态3+中具有铝。此类化合物的配位数各不相同，但通常Al 3+是六个或四坐标。几乎所有铝（III）的化合物都是无色的。
在水溶液中，Al 3+存在为六夸阳离子[Al（H 2 O） 6 ] 3+ ，其近似k a为10 -5 。这样的溶液是酸性的，因为这种阳离子可以充当质子供体，并逐渐水解直至氢氧化铝（Al（OH） 3 ）的沉淀。这对于澄清水很有用，因为沈淀物在水中的悬浮颗粒上成核，从而将其去除。随着铝酸盐的形式，增加pH的进一步导致氢氧化物再次溶解，[al（h 2 o） 2 （oh） 4 ] -被形成。
氢氧化铝形成盐和铝酸并溶于酸和碱，以及与酸性和碱性氧化物融合。 Al（OH） 3的这种行为称为两性体现，是形成不溶性氢氧化物的弱基本阳离子的特征，其水合物种也可以捐赠其质子。这样的效果是，将弱酸的铝盐水解在水中至水生氧化物和相应的非金属氢化物：例如，硫化铝会产生硫化氢。然而，水溶液中存在一些像碳酸盐这样的盐，但如此不稳定。对于含有强酸的盐，例如卤化物，硝酸盐和硫酸盐，仅进行不完全的水解。出于类似的原因，无法通过加热其“水合物”来制作无水铝盐：水合氯化铝实际上不是ALCL 3 ·6H 2 O，而是[Al（H 2 O） 6 ] Cl 3 ，Al – O键是如此强大以至于加热不足以打破它们并形成Al -Cl键：
- 2 [al（h 2 o） 6 ] Cl 3 Al 2 O 3 + 6 HCl + 9 H 2 O
所有四个Trihalides都是众所周知的。与三三层较重的三亚甲质体的结构不同，氟化铝（ALF 3 ）具有六坐标铝的结构，这解释了其其含量和不溶性以及高热量的地层。每个铝原子都被六个氟原子包围，以扭曲的八面体排列，每个氟原子在两个八面体的角落之间共享。这种{alf 6 }单位也存在于复杂的氟化物中，例如冰晶石，na 3 alf 6 。 ALF 3在1,290°C（2,354°F）下熔化，并通过氧化铝与氟化氢气体在700°C（1,300°F）下的反应制成。
在较重的卤化物中，配位数较低。其他三卤化物是二聚体或聚合物，具有四面体四坐标铝中心。三氯化铝（ALCL 3 ）在其192.4°C（378°F）的熔点下方具有层状聚合物结构，但在熔化到Al 2 Cl 6二聚体时会转变。在较高的温度下，越来越多的人分解为三角平面ALCL 3单体类似于BCl 3的结构。铝三元纤维胺和三碘化铝在所有三个阶段中形成2 x 6二聚体，因此在相变时没有显示出如此重大的特性变化。这些材料是通过用卤素处理铝金属来制备的。 Trihalides铝形成许多添加化合物或复合物；它们的刘易斯酸性性质使它们可作为弗里德尔 - 工艺反应的催化剂。三氯化铝具有涉及这种反应的主要工业用途，例如在蒽醌和苯乙烯的制造中；它通常也被用作许多其他铝化合物的前体，并用作将非金属氟化物转化为相应的氯化物的试剂（一种转Hal核酸反应）。
铝形成一个稳定的氧化物，具有化学式Al 2 O 3 ，通常称为氧化铝。它可以在自然界中在矿物圆锥体中找到α-铝菌。还有一个γ-铝相。它的结晶形式（圆锥形）非常坚硬（ MOHS硬度9），高熔点为2,045°C（3,713°F），具有非常低的波动性，是化学惰性的，并且经常用于电气绝缘体，它通常用于磨料（例如牙膏），作为耐火材料和陶瓷，以及铝金属电解产生的起始材料。蓝宝石和红宝石是不纯净的圆锥形，被痕量的其他金属污染。两个主要的氧化物羟化物Alo（OH）是Boehmite和dipopore 。有三个主要的三氧化物：拜耳石，吉布斯石和北星，它们的晶体结构（多晶型物）不同。也已知许多其他中级和相关结构。大多数是使用酸和碱的多种湿过程从矿石中产生的。加热氢氧化物会导致刚果的形成。这些材料对铝的生产至关重要，并且本身非常有用。一些混合氧化物相也非常有用，例如尖晶石（MGAL 2 O 4 ），Na-β-铝（NaAl 11 O 17 ）和铝酸三卡菌（Ca 3 Al 2 O 6 ，波特兰水泥中的重要矿物相） 。
在正常条件下唯一稳定的硫化核化合物是硫化铝（Al 2 S 3 ），硒化（Al 2 Se 3 ）和Telluride（Al 2 TE 3 ）。这三个均通过其在约1,000°C（1,800°F）下的元素直接反应制备，并在水中迅速将其迅速水解以产生氢氧化铝和各个氢硫代基因。由于铝是相对于这些葡萄糖剂的小原子，因此它们具有四坐标四面体铝，具有与wurtzite相关的各种多晶型物，其中三分之二可能的金属位点在有序的（α）或随机（β）时尚（β）时尚（β）时尚（β）时尚占据;硫化物还具有与γ-铝有关的γ形式，并且具有异常的高温六边形形式，其中一半的铝原子具有四面体四协调，而另一半则具有三角形的双层肌化五颜色。
已知四个pnictides-氮化铝（ALN），磷化铝（ALP），砷化铝（Alas）和抗抗氧化铝（ALSB）。它们都是III-V半导体对矽和锗的等电子，所有这些都具有锌混合结构。这四个都可以通过其组件元素的高温（可能是高压）直接反应来制作。
铝合金与大多数其他金属（大多数碱金属和13类金属除外）以及与其他金属的150多个金属间质量相当。制备涉及以一定比例的一定比例将固定金属加热，然后进行逐渐冷却和退火。它们中的粘结主要是金属的，晶体结构主要取决于填料效率。
氧化态较低的化合物很少。存在一些铝（i）化合物：当用铝和低温温度加热相应的三甲酯时，ALF，ALCL，ALBR和ALI存在于气态中。铝单二烯的稳定衍生物是由三乙胺，Al 4 I 4 （净3 ） 4形成的循环加合物。 Al 2 O和Al 2 S也存在，但非常不稳定。在Al金属与氧化剂的反应中调用或观察到非常简单的铝（II）化合物。例如，在爆炸后的气相和恒星吸收光谱中发现了一氧化铝ALO。更彻底的研究是配方r 4 al 2的化合物，其中包含Al – Al键，而R是大的有机配体。
存在多种经验公式ALR 3和ALR 1.5 Cl 1.5的化合物。铝制试验烷基和三轮是反应性，挥发性和无色液体或低熔体固体的。他们在空气中自发地着火并与水反应，因此在处理时需要预防措施。与硼类似物不同，它们通常会形成二聚体，但是这种趋势会减少分支链烷基的趋势（例如PR I ， BU I ，ME 3 CCH 2 ）；例如，三异丁基铝作为单体和二聚体的平衡混合物存在。这些二聚体，例如三甲基铝（Al 2 Me 6 ），通常具有四面体Al中心，该中心是由二聚体形成的，在两个铝原子之间桥接了一些烷基。它们是硬酸，并容易与配体反应，形成加合物。在行业中，它们主要用于烯烃插入反应，如卡尔·齐格勒（Karl Ziegler）所发现的那样，最重要的是，在形成长链无支柱的原代烯烃和醇的“生长反应”中，以及在乙烯和丙烯的低压聚合中。还有一些涉及Al – N键的杂环和簇有机铝化合物。
工业上最重要的氢化铝是氢化锂（Lialh 4 ），它用作有机化学中的还原剂。它可以由氢化锂和三氯化铝产生。最简单的氢化物，铝制氢化物或丙烷并不那么重要。它是具有公式（ALH 3 ） N的聚合物，与相应的氢化氢氢氢氢氢处理油液配方（BH 3 ） 2相反。
自然发生
空间
太阳系中铝的每颗粒丰度为3.15 ppm （百万分之零）。它是所有元素中第十二大最丰富的，在具有氢和氮之后的奇数原子数的元素中，它是第三大的。铝的唯一稳定同位素是27 Al，是宇宙中第十八个最丰富的核。它几乎完全是在大型恒星中融合碳后将成为II型超新星之后创建的：这种融合会产生26毫克，在捕获自由质子和中子后，该融合会变成铝。在进化的恒星的氢燃烧壳中产生了一些较小的27 al，其中26毫克可以捕获自由质子。本质上，现在存在的所有铝都是27 Al。 26 Al存在于早期的太阳系中，相对于27 Al，其丰度为0.005％，但其半衰期为728，000年，任何原始核的生存都太短了。因此26 al被灭绝。与27 Al不同，氢燃烧是26 Al的主要来源，在25毫克的核后出现了核素，捕获了自由质子。但是，存在的26 al的痕量是星际气体中最常见的伽马射线发射极。如果原来的26 Al仍然存在，则银河系的伽玛射线地图将会更明亮。
地球
总体而言，质量的地球约为1.59％的铝（质量为第七）。铝在地壳中比整个宇宙的比例更大，因为铝很容易形成氧化物，并结合到岩石中并留在地壳中，而反应性金属则降低到核心。在地壳中，铝是最丰富的金属元素（质量为8.23％），也是所有元素中第三大的金属元素（仅次于氧气和矽）。地壳中的大量矽酸盐包含铝。相反，地球的地幔仅为质量为2.38％。铝也以2μg/kg的浓度发生在海水中。
由于其对氧气的强烈亲和力，在元素状态下几乎找不到铝。取而代之的是在氧化物或矽酸盐中发现。 Feldspars是地壳中最常见的矿物质群，是铝矽酸盐。铝也发生在矿物绿绿色，冰糖，石榴石，尖晶石和绿松石中。 Al 2 O 3中的杂质，例如铬和铁，分别产生宝石红宝石和蓝宝石。天然铝金属极为罕见，只能在低氧气散热环境（例如某些火山的室内装饰）中找到次要相。据报导，在南中国海东北大陆坡的冷渗水中据报导。这些沉积物可能是由于细菌降低四氢氧化氢（OH） 4-的可能导致的。
尽管铝是一种常见且广泛的元素，但并非所有铝矿物都是经济上可行的金属来源。几乎所有的金属铝都是由矿石产生的（ALO X （OH） 3–2 x ）。铝土矿是在热带气候条件下低铁和二氧化矽基岩的风化产物。 2017年，大多数铝土矿在澳大利亚，中国，几内亚和印度开采。
历史
铝的历史是由明矾的使用来塑造的。希腊历史学家希罗多德斯（Herodotus）制作的明矾的第一张书面记录可以追溯到公元前5世纪。众所周知，古代人将校友用作染色的媒人和城市防御。十字军东征后，校友是欧洲结构行业必不可少的商品，是国际商业的主题。它一直从地中海东部进口到15世纪中叶。
明矾的性质仍然未知。瑞士医师帕拉塞尔斯（Paracelsus）左右左右，建议明矾是明矾大地的盐。 1595年，德国医生和化学家安德烈亚斯·利巴维乌斯（Andreas Libavius）实验证实了这一点。 1722年，德国化学家弗里德里希·霍夫曼（Friedrich Hoffmann）宣布，他相信明矾的基地是一个独特的地球。 1754年，德国化学家Andreas Sigismund Marggraf通过将粘土煮沸在硫酸中，然后加入钾肥，从而合成了氧化铝。
尝试生产铝金属的尝试可以追溯到1760年。但是，第一次成功的尝试是由丹麦物理学家和化学家汉斯·克里斯蒂安·Ørsted于1824年完成的。他用钾汞合金反应无水铝，产生了类似于锡的一块金属。他提出了自己的结果，并在1825年展示了新金属的样本。1827年，德国化学家弗里德里希·沃勒（FriedrichWöhler）重复了Ørsted的实验，但没有识别出任何铝。 （这种不一致的原因仅在1921年才发现。）同年，他通过将无水氯化铝与钾混合并产生了铝粉，从而进行了类似的实验。 1845年，他能够生产小块金属，并描述了这种金属的某些物理特性。此后多年，Wöhler被认为是铝的发现者。
由于Wöhler的方法无法产生大量铝，因此金属仍然很少见。它的成本超过了黄金。铝的首个工业生产是由法国化学家Henri Etienne Sainte-Claire Deville和同伴于1856年成立的。 Deville发现，钠可以减少三氯化铝，这比Wöhler使用过的钾更方便，更便宜。即使那样，铝仍然没有很大的纯度，产生的铝在性能中通过样品有所不同。由于其电导能力的能力，铝被用作华盛顿纪念碑的帽子，于1885年完成。当时世界上最高的建筑物，非校正金属帽旨在用作避雷针峰。
法国工程师PaulHéroult和美国工程师Charles Martin Hall于1886年独立开发了第一种工业大规模生产方法；现在被称为Hall -Héroult过程。 Hall -héroult工艺将氧化铝转化为金属。奥地利化学家卡尔·约瑟夫·拜耳（Carl Joseph Bayer）在1889年发现了一种净化铝土矿，以产生铝菌（现在称为拜耳工艺）。
铝的价格下降，铝的价格广泛用于珠宝，日常物品，眼镜框架，光学仪器，餐具和箔纸，并在1890年代和20世纪初。当时，铝与其他金属形成硬合金的能力为金属提供了许多用途。第一次世界大战期间，主要政府要求大量的铝运输，以供轻型机身轻巧。在第二次世界大战期间，主要政府对航空的需求甚至更高。
到20世纪中叶，铝已经成为日常生活的一部分，并且是家庭用品的重要组成部分。 1954年，铝的生产超过了铜的生产，历史上仅次于铁，这是生产最多的非有产金属。在20世纪中叶，铝成为一种土木工程材料，并在基本建筑和内部完成工作中进行了建筑应用，并且越来越多地用于军事工程，用于飞机和陆地装甲车发动机。 Earth的第一个人工卫星于1957年推出，由两个单独的铝制半角球组成，随后的所有太空车辆在某种程度上都使用了铝。铝罐在1956年发明，并在1958年被用作饮料的存储空间。
在整个20世纪，铝的生产迅速增长：虽然1900年的铝生产是6,800公吨，但年度生产于1916年首先超过100,000公吨； 1941年100万吨； 1971年10,000,000吨。在1970年代，对铝的需求增加使其成为交换商品；它进入了1978年的伦敦金属交易所，这是世界上最古老的工业金属交易所。2013年，铝的年生产超过50,000,000吨。
铝的实际价格从1900年的每公吨14,000美元下降到1948年的2,340美元（1998年美国美元）。在技术进步和经济规模上，提取和加工成本降低了。但是，需要利用低级较低质量的沉积物以及使用快速增加投入成本（最重要的是）增加了铝的净成本；随着能源成本的上升，真正的价格在1970年代开始增长。产量从工业化国家转变为生产更便宜的国家。由于技术的进步，较低的能源价格，美国美元的汇率和氧化铝价格，20世纪后期的生产成本发生了变化。在21世纪的前十年中，金砖四国在初级生产和初级消费中的综合份额大大增长。由于丰富的资源，廉价的能源和政府刺激，中国正在累积世界上生产的份额特别大。它还将其消费份额从1972年的2％增加到2010年的40％。在美国，西欧和日本，大多数铝都在运输，工程，建筑和包装中被消费。在2021年，铝等工业金属的价格飙升至近记录水平，因为中国的能源短缺提高了电力成本。
词源
铝和铝的名称源自铝制一词，铝是氧化铝的过时术语，这是一种天然存在的铝。铝是从法国借来的，法国人又源自校友，铝业是校友的古典拉丁名称，校友是从中收集的矿物。拉丁词校友源于原始印度 - 欧洲的根源*alu-意思是“苦”或“啤酒”。
起源
进行了许多旨在隔离金属的实验的英国化学家汉弗莱·戴维（Humphry Davy）被认为是命名该元素的人。戴维在1808年的一篇关于他的电化学研究的文章中提出的，提议将金属与校友隔离的名字是铝，该文章发表在皇家学会的哲学交易中。看来该名称是由英语单词明矾和拉丁语 - 词-ium创建的；但是，习惯上给出源于拉丁语的元素名称，因此该名称并未普遍采用。这个名字受到来自法国，德国和瑞典的当代化学家的批评，他们坚持认为金属应以氧化氧化铝的命名，将其与之隔离。英语名称校友不是直接来自拉丁语，而铝/铝显然来自拉丁语校友（随着变化，铝制变为铝铝）。
一个例子是Essai sur la命名Chimique （1811年7月），由瑞典化学家JönsJacob Berzelius用法语撰写，其中铝的名称是由铝合成的元素。 （同一期刊上的另一篇文章还为氧化物的金属称呼铝为蓝宝石的基础。）1811年1月，戴维戴维（Davy）在皇家学会上的一位演讲中的一份摘要提到了铝的名称是一种可能性。第二年，戴维出版了一本化学教科书，他在其中使用了拼写铝。从那以后，这两个拼写都共存。它们的使用是区域性的：铝在美国和加拿大占主导地位；铝，在讲英语的其他世界中。
拼写
1812年，一位英国科学家托马斯·杨（ Thomas Young）对戴维（Davy）的书进行了匿名评论，他提出了铝制名称，而不是铝，他认为这是“不太古典的声音”。这个名字确实引起了人们的注意：尽管-um拼写偶尔在英国使用，但从一开始就使用的美国科学语言。世界上大多数科学家在19世纪使用- im ；它以其他几种欧洲语言为根深蒂固，例如法语，德语和荷兰语。 1828年，一位美国词典师诺亚·韦伯斯特（Noah Webster ）仅在他的美国英语词典中进入铝拼写。在1830年代， -um拼写在美国获得了用法。到1860年代，它已经成为科学以外的更常见的拼写。在1892年，霍尔在他的广告手键中使用-um拼写，尽管他在1886年至1903年之间签署的所有专利中不断使用-ium拼写，但他的新电解方式生产了金属。错误或故意引入；但是，霍尔自引入以来更喜欢铝，因为它类似于铂金，这是享有声望的金属的名称。到1890年，这两个拼写在美国都很普遍， -ium拼写更为普遍。到1895年，情况扭转了；到1900年，铝已经变得是铝的两倍。在接下来的十年中， -um拼写主导了美国的用法。 1925年，美国化学学会采用了这种拼写。
国际纯化学联盟（IUPAC）在1990年采用铝作为该元素的标准国际名称。1993年，他们承认铝为可接受的变体。最近2005年的IUPAC命名法的无机化学命名法也承认了这一拼写。 IUPAC官方出版物使用-ium拼写为主要，它们都列出了合适的地方。
生产和精致
铝的产量始于从地面提取铝土矿岩石。使用拜耳过程将铝土矿处理和转化为氧化铝，然后使用霍尔 - 霍尔特工艺对其进行处理，从而产生最终的铝金属。
铝的生产是高能的，因此生产商倾向于将冶炼厂定位在电力丰富且廉价的地方。生产一公斤铝需要7公斤的油能量，而钢的1.5千克和2公斤的塑料。截至2019年，世界上最大的铝冶炼厂位于中国，印度，俄罗斯，加拿大和阿拉伯联合酋长国，而中国是迄今为止铝的最高生产国，占全球份额的百分之五十五。
根据国际资源小组在社会报告中的金属股票，社会中使用的铝的全球人均库存（即汽车，建筑物，电子产品等）为80公斤（180磅）。其中大部分是在更发达国家（人均350–500千克（770–1,100磅）），而不是发达的国家（人均35千克（77磅））。
拜耳过程
铝土矿通过拜耳工艺转化为氧化铝。铝土矿被混合以均匀成分，然后是磨碎的。将所得的浆液与氢氧化钠热溶液混合；然后，将混合物在远高于大气的压力的压力中处理，将氢氧化铝溶解在铝土矿中，同时将杂质转化为相对不溶性化合物：
反应后，浆液处的温度高于其大气沸点。随着压力降低，它可以通过去除蒸汽来冷却。铝土矿残留物与溶液分离并丢弃。没有固体的溶液与氢氧化铝的小晶体接种。这导致[Al（OH） 4 ] -离子分解为氢氧铝。大约一半的铝沉淀后，将混合物发送到分类器。收集氢氧化铝的小晶体以用作播种剂。通过加热将粗颗粒转化为氧化铝；通过蒸发（如果需要）纯化并回收，从而去除了多余的溶液。
Hall -Héroult过程
铝金属的转化是通过Hall -Héroult工艺实现的。在这个能源密集型过程中，将氧化铝溶液（950和980°C（ 1,740和1,800 °F）与氟化钙与氟化钙的混合物进行电解为产生金属铝。液体铝金属将其沉入溶液的底部并被挖出，通常铸成称为铝制坯料的大块，以进行进一步加工。
电解电池的阳极由碳制成，这是对氟化物腐蚀的最具耐药物质，并且在此过程中烘烤或预烘烤。前者也称为söderberg阳极，效率较低，烘烤期间释放的烟雾昂贵，这就是为什么即使它们节省了动力，能量和劳动，也可以用预烘烤的阳极代替，以使阴极释放阴极。阳极的碳应优选为纯净，以使铝和电解质均未被灰分污染。尽管碳对腐蚀的电阻率仍然以每公斤生产的铝的0.4-0.5 kg的速度消耗量。阴极由无烟煤制成；对于他们来说，不需要高纯度，因为杂质仅浸出非常缓慢。阴极以每公斤生产的铝为0.02-0.04 kg消耗。阴极故障后2 - 6年后，通常终止一个细胞。
Hall -Heroult过程产生的铝纯度高于99％。可以通过箍工艺进行进一步的纯化。此过程涉及用钠，钡和氟化铝电解质电解熔融铝的电解。由此产生的铝的纯度为99.99％。
电力约占生产铝成本的20％至40％，具体取决于冶炼厂的位置。铝生产消耗了美国产生的电力的大约5％。因此，已经研究了Hall -Héroult进程的替代方案，但事实证明，没有一个在经济上可行的。
回收
通过回收恢复金属已成为铝业行业的重要任务。直到1960年代后期，回收利用是一项低调的活动，当时铝制饮料罐的使用日益增加，将其带入了公众的意识。回收涉及融化废料，该过程仅需要5％用于从矿石中产生铝的能量，尽管很大一部分（最多15％的输入材料）随着滴注（类似灰分的氧化物）而丢失。铝堆栈融化产生的斑点明显较小，值报告低于1％。
来自原铝生产和次级回收操作的白色碎片仍然包含有用的铝，可以在工业上提取。该过程产生铝制的坯料，以及高度复杂的废料。这种废物很难管理。它与水反应，释放出气体的混合物（包括氢，乙炔和氨），这些气体自发地在与空气接触时自发点燃。与潮湿的空气接触会导致大量氨气释放。尽管遇到了这些困难，但废物还是用作沥青和混凝土中的填充物。
申请
金属
2016年铝的全球生产为5880万吨。它超过了铁（12.31亿吨）以外的任何其他金属。
铝几乎总是合金的，这显著改善了其机械性能，尤其是在调节时。例如，常见的铝箔和饮料罐是92％至99％的铝合金。主要合金剂是铜，锌，镁，锰和矽（例如，杜罗蛋白），其他金属的水平为几百分之几。铝制的铝均与：锰，矽，镁，铜和锌等合金。例如，合金的Kynal家族是由英国化学制造商帝国化学工业开发的。
铝金属的主要用途是：
- 运输（汽车，飞机，卡车，铁路汽车，海洋船，自行车，航天器等）。由于其低密度而使用铝；
- 包装（罐，箔，框架等）。之所以使用铝，是因为它是无毒的（见下文），非吸附性和防碎片。
- 建筑物和建筑（窗户，门，壁板，建筑电线，护套，屋顶等）。由于钢更便宜，因此在轻度，耐腐蚀性或工程特征很重要时使用铝。
- 与电力相关的用途（导体合金，电动机和发电机，变压器，电容器等）。之所以使用铝，是因为它相对便宜，高度导电，具有足够的机械强度和低密度，并抵抗腐蚀。
- 从炊具到家具，各种各样的家庭用品。低密度，良好的外观，易于制造和耐用性是铝使用的关键因素。
- 机械和设备（处理设备，管道，工具）。使用铝是因为其耐腐蚀性，非发射力和机械强度。
化合物
绝大多数（约90％）的氧化铝转化为金属铝。作为一种非常硬的材料（ MOHS硬度9），氧化铝被广泛用作磨料。它在化学上非常惰性，在高压钠灯等高反应性环境中很有用。氧化铝通常用作工业过程的催化剂。例如，将硫化氢转化为炼油厂和烷基化胺的claus过程。氧化铝支持了许多工业催化剂，这意味着昂贵的催化剂材料分散在惰性氧化铝的表面上。另一个主要用途是作为干燥剂或吸收剂。
铝的几种硫酸盐具有工业和商业应用。硫酸铝（其水合物形式）是在数百万公吨的年度中生产的。在水处理中消耗了约三分之二。下一个主要的应用是制造纸张。它也被用作染色，腌制种子，矿物油，皮革晒黑以及其他铝制化合物的染色。两种明矾，琥珀琥珀铵和钾校友以前被用作媒人和皮革晒黑，但是在硫酸硫酸盐高纯净铝铝含量后，它们的使用量大大下降。无水铝氯化物用作化学和石化产业，染色工业以及各种无机和有机化合物的催化剂。羟基氯化物用于净化水，造纸工业和止汗剂。铝钠用于处理水和水泥固化的促进剂。
许多铝化合物具有小众应用，例如：
- 溶液中的乙酸铝被用作收敛剂。
- 铝磷酸盐用于制造玻璃，陶瓷，纸浆和纸制品，化妆品，油漆，清漆和牙科水泥。
- 氢氧化铝被用作抗酸剂和染色。它也用于水净化，玻璃和陶瓷的制造以及面料的防水。
- 铝锂是有机化学中使用的强大还原剂。
- 有机氨基菌作为路易斯酸和共催化剂。
- 甲基铝氧烷是Ziegler – Natta烯烃聚合的共催化剂，以产生乙烯基聚合物，例如聚乙烯。
- 水铝离子（例如硫酸盐水）用于治疗针对鱼寄生虫，例如Gyrodactylus salaris 。
- 在许多疫苗中，某些铝盐是免疫佐剂（免疫反应促进），使疫苗中的蛋白质可作为免疫刺激剂达到足够的效力。直到2004年，在疫苗中使用的大多数佐剂都是铝辅助的。
生物学
尽管铝在地壳中广泛发生，但在生物学中却没有已知功能。在pH 6–9（与大多数天然水有关）时，铝作为氢氧化物从水中沉淀出来，因此不可用。这种行为的大多数元素没有生物学作用或有毒。硫酸铝的6207 mg/kg（口服，小鼠）中有50 ld ，对应于70千克（150磅）的人的435克（约1磅）。
毒性
铝被美国卫生与公共服务部归类为非car霉素。 1988年发表的一项审查说，几乎没有证据表明正常接触铝会给健康的成年人带来风险，而2014年多元素毒理学评论无法发现铝的有害影响，每天不超过40 mg/天的铝。千克体重。大多数消耗的铝都会使身体陷入粪便；进入血液的大部分部分将通过尿液排出。然而，某些铝确实通过了血脑屏障，并且在阿尔茨海默氏症患者的大脑中优先放置。 1989年发表的证据表明，对于阿尔茨海默氏症患者而言，铝可能通过静电交联蛋白来起作用，从而在上颞回中下调基因。
效果
铝虽然很少会引起维生素D-抗骨质乳酸，促红细胞生成素的微细胞贫血和中枢神经系统改变。肾功能不全的人尤其有风险。慢性摄入水合铝矽酸盐（对于过量的胃酸控制）可能导致铝结合与肠道含量，并增加消除其他金属，例如铁或锌。足够高剂量（> 50 g/天）会引起贫血。
在1988年，卡梅尔福德（Camelford）的卡梅尔福德（ Camelford ）水污染事件中，人们的饮用水被硫酸铝污染了数周。 2013年该事件的最终报告得出的结论是，这不太可能引起长期健康问题。
铝已经被怀疑是阿尔茨海默氏病的可能原因，但是对此已有40多年的研究发现，截至2018年，没有良好的因果作用证据。
铝增加了在实验室培养的人类乳腺癌细胞中雌激素相关的基因表达。在非常高剂量的情况下，铝与血脑屏障的功能改变有关。一小部分人会接触铝，并经历瘙痒的红皮疹，头痛，肌肉疼痛，关节疼痛，记忆力不佳，失眠，抑郁症，哮喘，肠易激综合征或其他症状，或其他症状在与含铝的产品接触后。
暴露于铝制铝或铝制焊接烟雾会导致肺纤维化。细铝粉可以点燃或爆炸，从而构成另一种工作场所危险。
曝光路线
食物是铝的主要来源。饮用水含有比固体食物更多的铝；但是，食物中的铝可能比从水中吸收的铝更多。人口腔暴露于铝的主要来源包括食物（由于食品添加剂，食品和饮料包装和烹饪用品的使用），饮用水（由于其在市政水处理中的使用）和含铝的药物（尤其是抗酸药物（尤其/抗硫磺和缓冲阿司匹林配方）。欧洲人的饮食暴露平均为0.2-1.5 mg/kg/kg/kg/kg/kg/kg，但高达2.3 mg/kg/kg/kg。铝的暴露水平较高，主要限于矿工，铝生产工人和透析患者。
食用抗酸剂，止汗剂，疫苗和化妆品可提供暴露途径。用铝的酸性食物或液体的消耗增强了铝吸收，并且已证明Maltol可以增加铝在神经和骨组织中的积累。
治疗
如果怀疑突然摄入大量铝，唯一的治疗方法是脱氟乙酰甲酯，可以通过螯合来帮助消除体内铝的铝。但是，这应该谨慎使用，因为这不仅降低了铝制水平，而且还会降低其他金属（例如铜或铁）的水平。
环境影响
高水平的铝发生在采矿地点附近。少量的铝释放到燃煤电厂或焚化炉的环境中。空气中的铝被雨水冲洗掉或通常沉降，但铝颗粒在空气中长期存在。
酸性降水是动员铝的主要自然因素，也是铝环境影响的主要原因。但是，盐和淡水中铝存在的主要因素是工业过程，也将铝释放到空气中。
在水中，铝在水是酸性时充当g呼吸动物（例如鱼）的毒剂，其中铝可能会沉淀在g上，这会导致血浆损失 - 导致渗透调节性衰竭的血淋巴离子。铝的有机络合物很容易被吸收并干扰哺乳动物和鸟类的代谢，即使这种情况在实践中很少发生。
铝是减少酸性土壤上植物生长的因素之一。尽管通常对pH-中性土壤中的植物生长无害，但在酸性土壤中，有毒Al 3+阳离子的浓度会增加并干扰根生长和功能。小麦已经对铝产生了耐受性，释放了与有害铝阳离子结合的有机化合物。高粱被认为具有相同的耐受性机制。
在生产过程的每个步骤中，铝生产都对环境面临着自己的挑战。主要的挑战是温室气体排放。这些气体是由冶炼厂的电消耗和加工的副产品引起的。这些气体中最有效的是冶炼过程中的全氟化合物。释放的二氧化硫是酸雨的主要前体之一。
金属铝的生物降解极为罕见。大多数铝腐蚀生物不会直接攻击或消耗铝，而是产生腐蚀性废物。真菌Geotrichum candidum可以在紧凑的椎间盘中消耗铝。铜绿假单胞菌和真菌cladosporium resinae通常在使用煤油基燃料（非AVGAS ）的飞机燃油箱中检测到，实验室培养物可以降解铝。