アルミニウム

I

プロローグ

英語の呼び名には2つあり、アメリカではalminum、カナダとヨーロッパではalminiumがつかわれる。

現代では、アルミニウムは鉄についで多く利用されている。アルミ箔(アルミホイル)、アルミ缶、水筒、アルミサッシなど、身近にアルミニウム製品は数多い。

1825年、デンマークの化学者ハンス・C.エルステッドが酸化アルミニウムから塩化アルミニウムを分離した。その2年後の27年、ドイツの化学者フリードリヒ・ウェーラーがエルステッドの方法を改良して、塩化アルミニウムに金属カリウムを反応させてアルミニウムを単体として分離した。54年には、フランスのアンリ・サント・クレール・ドビーユが、塩化アルミニウムをナトリウムで還元(→ 酸化と還元)することにより、この金属をえている。ナポレオン3世の経済的援助をうけて、ドビーユは大規模な実験プラントを設立し、翌55年のパリ万国博覧会に純粋なアルミニウムを展示した。

II

性質

軽い銀色の金属元素。展延性(→ 延性)にとむ。空気中で表面に酸化被膜ができ、内部が保護される(→ 不動態)ので耐食性にすぐれる。このため、アルミニウムでできた材料は変色したりさびたりしない。また、アルミニウムは他の金属化合物を還元して元の金属にもどす作用がある。たとえば、テルミット(酸化鉄粉末とアルミニウム粉末の混合物)を加熱するとアルミニウムが酸化され、酸化鉄は鉄に還元される。このときに発生する高温により鉄が融解するので、この反応は鉄溶接のテルミット法に利用されている(→ 溶接)。

アルミニウムの酸化物は、酸と塩基両方の性質をしめす。もっとも重要な化合物としては酸化物、水酸化物、硫酸塩および混合硫酸塩化合物(→ ミョウバン)があげられる。ルビーやサファイアなど多くの宝石は、おもに酸化アルミニウムの結晶からなる。

III

存在

地殻中で非金属の酸素とケイ素についで多く存在し、約8.3%を占める。金属元素としては存在量が第1位である。単体でみいだされることはなく、一般にはケイ酸アルミニウムとしてか、ナトリウム、カリウム、鉄、カルシウム、マグネシウムといった他の金属とまじったアルミニウムのケイ酸塩として存在する。ケイ酸塩からアルミニウムをとりだすのは、ケイ素との分離がむずかしく、工程が高価につくので、ケイ酸塩は有用な鉱石ではない。不純物のまじった含水酸化アルミニウムのボーキサイトが、アルミニウムおよびその化合物のおもな原料となる。

1886年、アメリカのチャールズ・M.ホールとフランスのポール・エルーが、ほぼ同時期に別々に、酸化アルミニウムであるアルミナと氷晶石Na₃AlF₆をもちいる融解塩電解法を発明した。新たな方法が研究されてはいるものの、この低コストのホール・エルー法は、今なおアルミニウム製錬に多く使用されている。製品の純度は高く、市販のインゴットは99.5%であり、製錬のくりかえしによって99.99%のものまでえることができる。

IV

用途

軽くて展延性にとみ、加工しやすいため、日用品、建築材料、電気機器などにつかわれる。表面にアルミナの被膜をつくって耐食性を高めた製品は、アルマイトとよばれる。アルミニウムは、銅、マンガン、ケイ素その他の元素をくわえた合金が、航空機、工具、送電線、自動車、その他幅ひろく利用される。アルミニウム合金の代表的なものは、20世紀初めにドイツで開発されたアルミニウム・銅・マグネシウム系の合金、ジュラルミンである。これはひじょうに軽く、強く、硬いので航空機の材料として長くつかわれている。その後アルミニウム・銅・マグネシウム系の添加する元素の量をかえた合金である超ジュラルミン、アルミニウム・亜鉛・マグネシウムを主成分とする超々ジュラルミン、さらにクロムやスズなどを添加して耐食性を高めたジュラルミンが開発されている。ほかに、ケイ素やニッケルをもちいた合金が、鋳造用合金として利用されている。

合金のほか、セラミックなどとの複合材料もつくられている。

元素記号Al。原子番号13。原子量26.9815386。周期表(→ 周期律)13族に属する。融点660°C。沸点2467°C。密度2.699g/cm³(20°C)。モース硬度2.75。