アルミニウム (Z=13): 軽量で汎用性の高い要素

アルミニウムの本質的な役割

L'アルミニウム(記号 Al、原子番号 13) は軽いが非常に強力な化学元素であり、質量で地球の地殻の約 8% を構成します。主に産業で使用され、多くの技術および建設用途でも重要な要素です。

アルミニウムの現代素材への貢献

アルミニウムは、その軽さと耐食性のおかげで、多くの分野、特に航空、自動車、エレクトロニクス製造、建築材料の製造において貴重な材料です。品質を損なうことなくリサイクルできることも、現代の産業にとって重要な資産です。

発見の歴史

1825: ハンス・クリスチャン・エルステッドによる最初の断熱材
デンマークの化学者ハンス・クリスチャン・エルステッドは、1825 年に塩素化アルミニウムをカリウムで還元することにより、初めて少量の純粋なアルミニウムを単離しました。

1854年: アンリ・エティエンヌ・サント・クレール・ドゥヴィルによる最初の工業生産
純粋なアルミニウムを大規模に入手するためのより効率的なプロセスを開発したのは、当時の大きな技術進歩であるアンリ・エティエンヌ・サント・クレール・ドゥヴィルでした。

原子構造

憲法：アルミニウム原子には 13 個の陽子、14 個の中性子、13 個の電子があり、その電子配置は 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹ です。
同位体:

• アルミニウム-27 (¹²⁷Al): 安定同位体であり、実質的にすべての天然アルミニウムを表します。

物理的性質

• 軽くて延性があり展性のある金属。
• モル質量: 26.98 g/mol
• 融点: 933.47 K (660.32 °C)
• 沸点: 2792 K (2519 °C)
• 密度: 2.70 g/cm3
• 熱伝導性、電気伝導性に優れています。
• 保護酸化層の形成により耐食性を発揮します。

化学反応性

• 酸素と反応して酸化アルミニウム (Al₂O₃) の層を形成し、耐腐食性を高めます。
• 強酸および強塩基と反応してアルミニウム塩を形成します。
• テルミット反応（酸化鉄の還元）などの還元反応に使用できます。

産業および技術用途

• 航空、自動車、輸送構造物用の軽量で耐久性のある部品の製造。
• 軽量で耐食性にも優れているため、食品包装、飲料缶、建材などに使用されています。
• 電気および電子業界で重要な役割を果たしており、ケーブル、コンデンサ、その他のコンポーネントに使用されています。
• アルミニウムをリサイクルして、品質を損なうことなく新しい物体を製造します。

生物学的および生態学的役割

• アルミニウムは生物にとって必須ではなく、高濃度では有毒であり、植物の成長や人間の健康に影響を与える可能性があります。
• 土壌では過剰なアルミニウムが汚染によって放出され、水生生態系の健全性に影響を与える可能性があります。

環境と産業の問題

• 汚染問題は、大量のエネルギーを必要とし、有毒廃棄物を生成するアルミニウムの抽出 (バイエル法) に関連しています。
• リサイクルの課題: アルミニウムは品質を損なうことなく無期限にリサイクルできますが、製造されたアルミニウムの大部分は 1 回の使用後に依然として廃棄されています。