アルミニウムという元素 — アルミニウム原子
Aluminium (北米英語では aluminum) は、記号 Al、原子番号 13 の周期律表の化学元素である。 アルミニウムは銀色で延性があり、主にボーキサイトという鉱石から見つかり、酸化されにくく（実際にはほとんど常に酸化されていますが、他の金属と違ってこの状態で使用できます）、強く、軽いという点で注目されています。 アルミニウムは多くの産業で何百万もの異なる製品を作るために使用されており、世界経済にとって非常に重要なものである。 アルミニウムから作られた構造部品は、航空宇宙産業に不可欠であり、軽量、耐久性、強度が必要とされる他の輸送や建築の分野でも非常に重要です。
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マグネシウム-アルミニウム-シリコン B
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| 全般 | ||||||
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| 名前、記号。 Number | aluminium, Al, 13 | |||||
| Chemical series | poor metals | |||||
| Group, Period, Block | 13 (IIIA, 3, p | |||||
| 密度、硬度 | 2700 kg/m3, 2.3 kg/m3, 2.75 | |||||
| 外観 | 銀色 | |||||
| 原子特性 | ||||||
| 原子量 | 26.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.1.0.0.0.0.0.0.0.1.0.981538 amu | |||||
| 原子半径（calc.) | 125 pm (118 pm) | |||||
| 共有結合半径 | 118 pm | |||||
| バンデア半径 | 125 pm (112 pm) ワールズ半径 | データなし | ||||
| 電子配置 | 3s2 3p1 | |||||
| e・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・。 エネルギー準位 | 2 ごとの’s。 8, 3 | |||||
| 酸化状態（酸化物） | 3 （両性） | |||||
| 結晶構造 | 立方面中心型 | |||||
| 物理的性質 | ||||||
| 物質の状態 | 固体 | |||||
| 融点 | 933.47 K (1220.58 °F) | |||||
| 沸点 | 2792 K (4566 °F) | |||||
| モル量 | 10.00 ×10-6 m3/mol | |||||
| 気化熱 | 293.3 K (2200°F) | 1.5 K (2200°F) | 1.5 K (2200°F) | 2.5 K (2200°F) | 3.5 K (2200°F) | 2.5 K (2200°F) |
| 融解熱 | 10.79 kJ/mol | |||||
| 蒸気圧 | 2.0 kJ/mol | |||||
| 2.0 kJ/mol | ||||||
| 融解熱 | ||||||
| 音速 | 5100 m/s at 933 K | |||||
| その他 | ||||||
| 電子負性 | 1.61（ポーリングスケール） | |||||
| 比熱容量 | 900 J/(kg*K) | |||||
| 電気伝導率 | 37.7 106/m ohm | |||||
| 熱伝導率 | 237 W/(m*K) | |||||
| 第1イオン化係数 | 577.5 kJ/mol | |||||
| 第2イオン化ポテンシャル | 1816.7 kJ/mol | |||||
| 第3イオン化ポテンシャル | 2744.1 kJ/mol | |||||
| 第2イオン化ポテンシャル | 2744.8 kJ/mol | |||||
| 第4イオン化ポテンシャル | 11577 kJ/mol | |||||
| 5 イオン化ポテンシャル | 14842 kJ/mol | |||||
| 第6イオン化ポテンシャル | 18379 kJ/mol | |||||
| 第7イオン化ポテンシャル | 23326キロジュール kJ/mol | |||||
| 第8イオン化ポテンシャル | 27465 kJ/mol | |||||
| 第9イオン化ポテンシャル | 31853 kJ/mol | |||||
| 10th ionization potential | 38473 kJ/mol | |||||
| SI units & STPは特記以外使用する。 | ||||||
注目すべき特性
アルミニウムは柔らかく軽量ですが強い金属で、空気に触れるとすぐに薄い酸化層ができて、それ以上腐食しないため鈍い銀灰色の外観を呈しています。 重さは鉄や銅の約3分の1で、可鍛性、延性があり、機械加工や鋳造が容易で、耐食性と耐久性に優れています。
2 用途
量的にも価値的にも、アルミニウムの使用量は鉄以外のどの金属よりも多く、世界経済のほぼすべての分野で重要な役割を担っています。 純粋なアルミニウムは柔らかく弱いですが、少量の銅、マグネシウム、マンガン、シリコン、その他の元素と合金を形成し、さまざまな有用な特性を持つ合金を作ることができます。 アルミニウムを真空中で蒸発させると、可視光と放射熱の両方を反射する皮膜ができる。 これらのコーティングは酸化アルミニウムの薄い保護層を形成し、銀のコーティングのように劣化することはありません。
アルミニウムの多くの用途の中には、その酸化物であるアルミナが、コランダム、エメリー、ルビー、サファイアとして自然に見つかり、ガラス製造に使用されています。 合成ルビーやサファイアはレーザーでコヒーレントな光を作り出すのに使われる。
3 歴史
アルミニウムに関する最も古い文献は、プリニウスのNaturalis Historiaにあります（証明はできませんが）：
ある日、ローマの金細工師がティベリウス皇帝に新しい金属のディナープレートを見せました。 その皿は非常に軽く、ほとんど銀と同じ輝きを放っていた。 金細工師は皇帝に、自分はこの金属を普通の粘土から作ったと言った。 そして、この金属を粘土から作る方法を知っているのは、自分自身と神々だけだと、皇帝に断言した。 皇帝は非常に興味を持ち、また金融の専門家として少し心配になった。 しかし、皇帝はすぐに、もし人々がこの明るい金属を粘土から作り始めたら、金銀財宝の価値が下がってしまうだろうと感じた。
古代ギリシャやローマでは、この金属の塩を染色の媒染剤や傷を縛る収斂剤として使用し、ミョウバンは今も消毒薬として使用されている。 1761年、ギトン・ド・モルヴォーがミョウバン塩基をミュミンと呼ぶことを提唱した。 1808年、ハンフリー・デイヴィーがミョウバンの金属塩基の存在を確認し、命名した（名称については下記のスペルを参照）。
Friedrich Wöhlerは一般に、1827年にアルミニウム（ラテン語でalumen、alum）を単離したと信じられています。 しかし、この金属は2年前にデンマークの物理学者で化学者のHans Christian Ørstedによって初めて不純物の形で生産されました。
Charles Martin Hallは1886年にアルミニウムを抽出する電解プロセスで特許（400655）を取得しています。 アンリ・サントクレール・ドビル（フランス）は、ヴォーラーの方法（1846年）を改良し、1859年に本にまとめて発表した。このとき、ナトリウムの代わりにカリウム、単純塩素の代わりに二重塩素という二つの改良を加えた。 1886年にホール・エロー法が発明され、鉱物からアルミニウムを安価に抽出できるようになったため、現在では世界中で普通に使用されています。
4 発生と資源
Alは地殻中に豊富に存在する元素ですが（8.1%）、自由状態では非常にまれで、かつて金よりも貴重な貴金属と考えられていました（ナポレオンは最高の客用にAlの皿セットを用意したと言われています。 ナポレオンは最高級の客人のためにアルミニウムの皿を用意したと言われている。） そのため、工業用金属としては比較的新しく、商業的に生産されるようになってからわずか100年余りです。
アルミニウムが最初に発見されたとき、それを構成する岩石から分離することは非常に困難でした。 地球上のアルミニウムはすべて化合物の形で結合していたため、地球上で最もありふれた金属の1つであるにもかかわらず、入手が最も困難でした。
この金属をスクラップから（リサイクルによって）回収することは、アルミニウム産業の重要な要素となっています。 リサイクルでは、単に金属を溶かすだけなので、鉱石から作るよりもはるかに安価です。 また、アルミニウムを作るには莫大な量の電力が必要です。 また、アルミニウムを作るには膨大な電力が必要ですが、リサイクルする場合は95％以下の電力で済みます。 1900年代初頭から行われているアルミのリサイクルは、決して新しいものではありません。 しかし、1960年代後半に飲料用アルミ缶のリサイクルによって、ようやくリサイクルが一般に認知されるようになるまでは、あまり目立たない活動でした。
アルミニウムは反応性の金属であり、その鉱石であるボーキサイト（Al2O3）から炭素との還元によって抽出することはできません。 その代わりに、電気分解によって抽出される。金属は溶液中で酸化され、再び還元されて純粋な金属となる。 そのためには、鉱石が液体であることが必要である。 しかし、ボーキサイトの融点は2000℃と高く、経済的に実現するのは難しい。 そこで、ボーキサイトは溶融した氷晶石に溶かし、融点を900℃程度まで下げる方法が長年とられてきた。 しかし、現在では、氷晶石はアルミニウム、ナトリウム、カルシウムのフッ化物からなる人工的な混合物に取って代わられている。 この工程はまだ多くのエネルギーを必要とし、アルミニウム工場は通常近くに独自の発電所を持っている。
ボーキサイトの電気分解に使われる電極は両方とも炭素である。 鉱石が溶けた状態になると、そのイオンは自由に動き回ることができる。 負極での反応は
Al3+ + 3e- ! Al
ここでアルミニウムイオンは還元されます（電子が付加される）。 その後、アルミニウム金属は底に沈み、叩き出されます。
正極ではボーキサイトの酸素が酸化され、炭素電極と反応して二酸化炭素を生成します：
2O2- ! O2 + 2e- O2 + C ! CO2
この正極は反応の一部なので頻繁に交換しなければならない。 電気分解にコストがかかるにもかかわらず、アルミニウムは非常に広く使われている金属である。 アルミニウムは粘土から抽出できるようになりましたが、このプロセスは経済的ではありません。
電力はアルミニウムの精製コストの約3分の1を占めています。 そのため、精錬所はアメリカ北西部やカナダのケベック州など、電力が豊富で安価な場所にある傾向があります。
中国は現在（2004年）、世界一のアルミニウム生産国となっています。 自然界には安定同位体のAl-27と放射性同位体のAl-26（t1/2 = 7.2 × 105 y）しか存在しません。 Al-26は大気中のアルゴンから宇宙線プロトンによる核破砕で生成される。 アルミニウム同位体は、海底堆積物、マンガン団塊、氷河の氷、露出した岩石中の石英、隕石の年代測定に実用化されている。 Al-26とベリリウム10の比は、105年から106年の時間スケールでの輸送、堆積、堆積物の貯蔵、埋没時間、浸食の役割を研究するために使用されています。
Cosmogenic Al-26は、月と隕石の研究に初めて適用されました。 隕石の破片は母天体から離れた後、宇宙空間を移動する間に強い宇宙線にさらされ、かなりのAl-26が生成されます。 地球への落下後、大気のシールドによってAl-26の生成は抑えられ、その崩壊によって隕石の地球年代が決定される。 また、隕石の研究により、惑星系が形成された時代にはAl-26が比較的豊富に存在していたことが分かっている。 Al-26の崩壊によって放出されるエネルギーが、小惑星の形成後4.5年の間にいくつかの小惑星の再溶融と分化に関与した可能性がある。60億年前
6 注意事項
アルミニウムは、生体細胞内で有益な機能を持たないように見える数少ない豊富な元素の一つですが、数パーセントの人がアレルギーを持っています–彼らはあらゆる形態のアルミニウムで接触皮膚炎を経験するのです。 また、下痢止めのカオペクテート®、制酸剤のアンフォジェル®、マーロックス®などの摂取により嘔吐などの中毒症状を起こすことがあります。 その他の人では、アルミニウムは重金属ほどの毒性はないとされていますが、過剰に摂取すると何らかの毒性を示すという証拠があります。ただし、耐食性や熱伝導の良さから人気のあるアルミニウム調理器具の使用は、一般にアルミニウムの毒性につながるとはされていないようです。 アルミニウム化合物を含む制酸剤の過剰摂取や、アルミニウムを含む制汗剤の過剰使用は、毒性の原因としてより有力です。 アルミニウムがアルツハイマー病に関連している可能性が示唆されていますが、その研究は最近反論されています。
7 スペル
この元素の公式のIUPACスペルはaluminiumですが、アメリカ人とカナダ人は一般にaluminumと綴り、発音します。 1808年にハンフリー・デイヴィーがこの当時未発見の金属の名称としてalumiumを提案したが、4年後にaluminumに変更することにした。 この変更はアメリカでは受け入れられたが、イギリスではカリウム、ナトリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム（いずれもデイヴィが発見）の「-ium」の前例に倣わないとして疑問視された。 このため、イギリスではアルミニウムの表記が最も一般的になった。 米国では引き続きアルミニウムが使用されていたが、化学分野では米英ともにアルミニウムが正式名称として使用されていた。 1926年、アメリカ化学会は出版物にアルミニウムを使用することを公式に決定した。
1990年、IUPACはアルミニウムを元素の標準国際名称として採用した。 フランス語、オランダ語、ドイツ語、デンマーク語、ノルウェー語、スウェーデン語でもアルミニウムが使われ、イタリア語ではalluminio、ポルトガル語ではalumínio、スペイン語ではaluminioが使われています。 イタリア語ではalluminio、ポルトガル語ではalumínio、スペイン語ではaluminioが使われている(これらの言葉が他の言語で使われていることが、IUPACがアルミニウムではなくアルミニウムを選んだ理由の1つである)。 1993年、IUPACはアルミニウムを許容される変種として認めたが、依然としてアルミニウムの使用を好んでいる
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