物理 [元素周期表] 铝
铝 (Aluminium)
1. 基本信息
元素符号: Al
原子序数: 13
原子量: 26.982
位置: 位于元素周期表第三周期，第IIIA族（13族）。
电子构型: [Ne] 3s² 3p¹
2. 原子结构
三个价电子: 铝原子最外层有三个电子（3s² 3p¹）。
金属性与非金属性之间: 在周期表中位于典型金属（如镁）和类金属（如硅）之间，因此其化合物常表现出共价键和离子键的混合特性。
形成阳离子: 在化学反应中容易失去三个价电子，形成Al³⁺离子。
3. 物理性质
外观: 银白色的轻质金属。
密度: 很低（2.70 g/cm³），约为钢或铜的三分之一。
机械性能: 纯铝较软，延展性好。通过合金化和热处理后可获得极高的强度，其比强度（强度与密度之比）可与优质钢相媲美。
导电导热性: 导电和导热性能优异，约为铜的60%，但按单位重量计算，其导电性超过铜。
其他特性: 无磁性、不易自发燃烧、延展性好，可制成极薄的铝箔。
4. 化学性质
耐腐蚀性: 铝的化学性质其实很活泼，但其表面在空气中会立即形成一层致密、坚固的氧化铝（Al₂O₃）钝化膜，这层膜能防止内部的金属进一步被腐蚀。这是铝具备极佳耐腐蚀性的原因。
与酸和碱反应:
能与大多数酸反应，生成相应的铝盐和氢气。但浓硝酸和浓硫酸会使其钝化。
其氧化膜和单质都能与强碱反应，生成偏铝酸盐和氢气，故铝制品不耐强碱腐蚀。
2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2NaAl(OH)₄ + 3H₂↑
还原性（铝热反应）: 在高温下，铝粉能从其他金属氧化物中夺取氧，释放出巨大的热量，将金属还原出来。此反应常用于焊接铁轨和冶炼难熔金属。
Fe₂O₃ + 2Al → 2Fe + Al₂O₃ + 热量
5. 存在与制备
自然界存在: 是地壳中含量最丰富的金属元素（约占地壳质量的8.2%）。因其活泼，不以单质存在。
主要矿物: 铝土矿（主要成分为AlO(OH)和Al(OH)₃），是工业炼铝的唯一原料。
工业制法（霍尔-埃鲁法）:
这是目前唯一的工业化生产方法，耗能巨大。
步骤：
从铝土矿中提纯出氧化铝（Al₂O₃）。
将氧化铝溶解在熔融的冰晶石（Na₃AlF₆） 中以降低其熔点。
在约950°C的温度下进行电解，在阴极得到液态金属铝。
6. 主要用途
铝的用途极其广泛，几乎渗透到现代生活的方方面面。
运输工业（轻量化核心）:
航空航天: 飞机机身、火箭箭体的主要结构材料。
汽车制造: 发动机缸体、轮毂、车身板件，以减轻重量、降低能耗。
船舶和高速列车。
建筑与结构:
门窗、幕墙、桥梁、屋顶结构。合金铝材强度高、耐腐蚀、美观。
电力输送:
高压输电线路。虽然导电率不如铜，但密度小，同等导电能力下重量更轻、成本更低。
包装材料:
饮料罐、食品包装袋、铝箔用于食品和药品包装。无毒、无味、阻光、防潮。
日用消费品:
手机、电脑外壳、厨具、家具、运动器材等。
化学与材料:
作为还原剂，用于铝热法焊接和冶炼金属（如钒、锰、铬）。
氢氧化铝是制造其他铝化合物的原料，也用作阻燃剂。