丹凤千字科普：地壳中含量最多金属（详细资料介绍）

《元素之旅》系列回顾（请搜索公众号：若然-与知同行）

《能量之源：氢（H）》

《超导核心：氦（He）》

《白色石油：锂（Li）》

幕后英雄：鋇（Be）

跨界之王：硼（B）

无限拼搭：碳（C）

生命之缘：氮（N）

掌控生死：氧（O）

双面侠：氟（F）

霓虹精灵：氖（Ne）

唯一咸素：钠（Na）以及生命之光：镁（Mg）。下面我们将深入解读关于铝（Al）元素的故事。

铝，是元素周期表中的第13号金属元素，原子量为26.98。其原子核内拥有13个质子，核外则分布着三层电子，最外层拥有3个电子。这种独特的电子结构赋予了铝金属特性，使其具备了良好的导电性、导热性和延展性。在化学反应中，铝容易失去最外层的3个电子，形成带有正三价的铝离子，表现出强烈的还原性。这也使得铝能与多种酸、碱及某些金属氧化物发生化学反应。

在19世纪中叶以前，铝的制取过程被视为炼金术的一部分。直到1825年，丹麦化学家厄斯泰德才首次成功用钾汞齐还原氯化铝，得到不足1克的铝珠。到了19世纪中叶，法国科学家德维尔建立了首个铝厂，但当时的年产量仅以公斤计，这使得铝的价格超过了黄金，成为的象征。例如，拿破仑三世曾用铝制餐具宴请宾客，而门捷列夫因编制元素周期表而获得铝杯的赏赐。甚至在沙皇俄国，科学成就的表彰都用铝制奖章。

历史性的转折点出现在1886年。那一年，的霍尔和法国的埃鲁各自独立发明了冰晶石-氧化铝熔盐电解法。这一突破使铝生产的能耗降低了90%。随着水力发电的普及，铝的价格在20世纪初暴跌至每公斤仅1卢布，完成了从贵族金属到普通工业材料的转变。

值得注意的是，这一切的变化都离不开“电”的发展。铝的提取主要依赖熔盐电解法从氧化铝中获取金属铝，这一过程需要在高温（950℃）和强电流的条件下进行，因而需要大量的电力支撑。事实上，生产1吨铝大约需要消耗13000-15000千瓦时的电能，相当于普通家庭130-150个月的用电量。尽管经过100多年的改进，这一能耗水平仍然较高。在刚开始使用电解法提取铝时，生产1吨铝的电能消耗更是高达20000千瓦时以上。

尽管如此，铝的生产能耗仍然远高于其他常见金属，如铁和铜等。铝在地壳中的丰度极高，达到7.45%，远超铁（4.2%）和铜（0.006%）。这一特性使得铝成为地球化学的重要角色，每一立方千米的地壳大约含有1.3亿吨的铝元素。其主要存在形式是铝硅酸盐矿石，如长石、云母、高岭土等主要的造岩矿物。

这种矛盾的统一性是铝的独特魅力所在。其表面形成的纳米级氧化铝薄膜（Al₂O₃）既能隔绝腐蚀，又不影响金属本体的导电性。而且，虽然其密度仅为钢的1/3（2.7g/cm），但通过与其他金属合金化，可以获得与结构钢相当的强度。这些特性奠定了铝在现代工业中的核心地位。

铝合金以其独特的性能优势，几乎渗透到了现代工业和日常生活的各个角落。例如，波音787梦想客机使用了50%的铝合金，比传统材料减轻了20%的重量。在建筑行业，铝合金因其良好的耐腐蚀性、美观性和易加工性而被广泛应用于门窗框架、幕墙、屋顶结构以及室内装饰等方面。在电子设备领域，铝合金常用于制造手机、电脑的外壳，提供良好的机械保护、散热效果以及质感和外观品质。

在全球范围来看，铝元素在现代工业中的应用量在所有金属中排名第二，仅次于钢铁；而在有色金属合金中则稳居第一，占比超过60%，是铜合金产量的5倍。这是因为相比其他金属，铝具有许多明显的优势：资源丰富、密度小、质量轻、耐腐蚀性强、导电性良好、易加工成型以及可回收性高等。

铝的特性恰到好处地满足了各种领域的需求，使其在各行各业得到了广泛的应用。从贵族金属的辉煌到今天的广泛应用，背后蕴科技的进步和人们对材料性能的不断探索。真是巧合中的天意！