特集：
2008/06/24 日記<アルミニウム>
アルミニウム
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colspan="2" style="background: #cccccc" | 一般特性
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style="width: 43%" | 元素の一覧 (名前順)|名称, 元素の一覧 (記号順)|記号, 元素の一覧 (番号順)|番号 || アルミニウム, Al, 13
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元素の分類|分類 || 卑金属
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元素の族|族, 元素の周期|周期, 元素のブロック|ブロック || 第13族元素|13 (IIIB), 第3周期元素|3 , pブロック元素|p
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密度, モース硬度|硬度 || 2700 kg?m−3, 2.5
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単体の色 || style="text-align: center" | 銀白色
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colspan="2" style="background: #cccccc" | 原子特性
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原子量 || 26.9815386 原子質量単位|u
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原子半径 （計測値） || 125 (118) ピコメートル|pm
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共有結合半径 || 118 pm
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ファンデルワールス半径|VDW半径 || no data
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電子配置 ||
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電子殻 || 2, 8, 3
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酸化数（酸化物） || 3（酸化物|両性酸化物）
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結晶構造 || 面心立方構造
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colspan="2" style="background-color: #cccccc" | 物理特性
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相 || 固体 （常磁性）
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融点 || 933.47 ケルビン|K
(660.32 摂氏|°C, 1220.58 °華氏|F)
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沸点 || 2792 K
(2519 摂氏|°C, 4566 °華氏|F)
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モル体積 || 10.00 × 10−3 m3?mol−1
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気化熱 || 293.4 kJ?mol−1
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融解熱 || 10.79 kJ?mol−1
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蒸気圧 || 24.2 × 10−21 パスカル|Pa (933 K)
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音速|音の伝わる速さ || 5100 メートル毎秒|m?s−1 (293.15 K)
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colspan="2" style="background: #cccccc" | その他
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クラーク数 || 7.56パーセント|%
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電気陰性度 || 1.61 （ライナス・ポーリング|ポーリング）
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比熱容量 || 900 J?kg−1?K−1
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導電率 || 37.7 × 106/m?オーム|Ω
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熱伝導率 || 237 W?m−1?K−1
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rowspan="10" | イオン化エネルギー || 第1: 577.5 kJ?mol−1
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第2: 1816.7 kJ?mol−1
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第3: 2744.8 kJ?mol−1
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第4: 11577 kJ?mol−1
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第5: 14842 kJ?mol−1
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第6: 18379 kJ?mol−1
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第7: 23326 kJ?mol−1
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第8: 27465 kJ?mol−1
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第9: 31853 kJ?mol−1
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第10: 385473 kJ?mol−1
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colspan="2" style="background: #cccccc" | （比較的）安定同位体
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colspan="2" |
colspan="2" style="background: #cccccc; font-size: 85%" | 注記がない限り国際単位系使用及び標準状態下。
}アルミニウム（英 ''Aluminium'', 米 ''Aluminum''）は原子番号13の元素である。元素記号はAl。軽銀やアルミニウムを略してアルミと言うこともある。単体は常温常圧では良い熱伝導性・電気伝導性を持つ金属。融点660.2°C、沸点2060°C（2467°C、2400°Cという実験値あり）。密度は 2.7g/cm3 で、金属としては軽量である。常温では面心立方格子構造が最安定となる。酸やアルカリに侵されやすいが、空気中では表面に酸化膜（アルマイト）ができ、内部は侵されにくくなる（不動態）。
単体の性質
化学的性質
アルミニウムは両性金属で、酸にもアルカリにも溶解する。アルカリ性の水溶液では、以下の反応によって水が還元されて水素を発生する。:6 OH− + 2 Al + 6 H2O → 6 OH− + 2 Al(OH)3 + 3 H2
ただし、生成する水酸化アルミニウムの溶解度積 ([Al3+][OH−]3) は 1.92 × 10−32 であり、ほとんど水に溶解しない。したがって、薄いアルカリでは皮膜が発生して反応が止まる。しかし、強アルカリ条件では水酸化アルミニウムが次式によって水溶性のアルミン酸を形成するため、反応は表面のみでなく内部まで進行する。:OH− + Al(OH)3 + 2 H2O → [Al(OH)4(H2O)2]−
また、鉄の溶接にも使われているテルミット反応にも使われている。
機械的性質
アルミニウムは鉄の約 35 % の比重 (2.70 [g/cm3]) しかなく金属の中でも軽量な方に属し、展性に富む。純アルミニウムは強度は低いが、ジュラルミンなどのアルミニウム合金はその軽量さ、加工のしやすさを活かしつつ強度を飛躍的に改善しているため、様々な製品に採用され産業界で幅広く活躍している（「用途」を参照）。アルミニウム合金は軟鋼などと違い、応力がかかった時の変形に降伏現象を示さない。それは侵入型固溶体である炭素によるコットレル雰囲気を持つ鉄合金とは違い、アルミニウム合金には置換型固溶体合金が多いことに起因する。よって、構造設計等の計算を行う場合には、材料力学では「引張応力」として「0.2 % 耐力」が代わりに用いられる。「0.2 % 耐力」とは、応力をかけた際の永久ひずみが 0.2 % になる時の応力である。ただし、アルミニウム合金には常温クリープと呼ばれる現象が顕著であり、どんな小さな力、衝撃でも数千、数万回と加え続ければひずみが蓄積して行きいつか必ず破壊されるという点で、鉄とは大きな違いを持つため、機械設計時には構造体の寿命計算等に厳重な注意が必要である。
生産
アルミニウムはボーキサイトを原料としてホール・エルー法で生産されるのが一般的である。ボーキサイトを水酸化ナトリウムで処理し、アルミナ（酸化アルミニウム）を取り出した後、溶融し電気分解を行う。したがって、アルミニウムを作るには大量の電気|電力が消費されることから「電気の缶詰」と呼ばれることもある。電力価格が高いためコスト競争に弱い日本国内のアルミニウム精錬事業は、オイルショック後採算困難になり、大部分は国外に拠点が移った。現在、日本国内で原石（ボーキサイト）から製品まで一貫生産を行っているのは、自前の水力発電所により自家発電を行っているため低価格の電力が入手可能な日本軽金属（工場所在地は静岡市清水区）のみである。ボーキサイトからアルミニウムを精練するのに比し、アルミニウム屑からリサイクルして地金を作る方がコストやエネルギーが少なく済む。そのため、回収された空き缶等をリサイクル原料とし、電気炉等を用いる形態で再生するケースは徐々に増えている。アルミニウム屑を溶解するにあたっても融点が約660℃と銅や鉄などの主要金属の中では低い方なので少ないエネルギーで行うことができる。この利点をとらえて、アルミニウムはしばしば「リサイクルの優等生」や「リサイクルの王様」と表現される。アルミニウムの生産量は2002年時点で2574万トンに及ぶ。中華人民共和国|中国が約 1/6 を生産し、これにロシア、カナダ、アメリカ合衆国|アメリカを加えた4カ国で生産量の過半数を占める。中国、ロシア、アメリカはボーキサイト原産国でもある。他のボーキサイト原産国であるオーストラリア、ブラジル、インドも世界生産量のシェア10位以内に含まれる。
用途
アルミニウムは金属の中では軽量であるために利用しやすく、また、軟らかくて展性も高いなど加工が楽な性質を持っており、さらに表面にできる酸化皮膜のためにイオン化傾向が大きい割には耐食性もあることから、一円硬貨やアルミホイル、缶（アルミ缶）、鍋、窓枠（アルミサッシ）、外構|エクステリア、建築物の外壁、道路標識、鉄道車両や自動車の車体、自転車のリム、パソコンや家電製品の筐体など、様々な用途に使用されている。
ただし大抵はアルミニウム合金としての利用であり、1円硬貨のようなアルミニウム 100% のものはむしろ稀な存在である。有名な合金としてはジュラルミンが挙げられる。ジュラルミンは航空機材料などに用いられているが、金属疲労に弱く、腐食もしやすいという欠点を持つため、航空機などでは十分な点検体制を取ることが求められている。
なお、一時期自動車も航空機材料にならうかたちでアルミ化が進んだが、車体強度と安全性を両立させるため、現在はアルミではなくハイテン材料（高張力鋼）の適用が進みつつある。高圧送電線にもアルミニウム線が使用される。銅に比べ電気伝導度は劣るが、密度が低いため断面積を大きく取る（太くする）ことができるので、総体の電気抵抗値は同等となる。材料費もほぼ拮抗する。真性半導体であるケイ素に微量のアルミニウムを添加することにより、P型半導体が得られる。俗に「銀ペン」とも呼ばれる、銀色の塗料には、アルミニウムの微粉末が顔料として加えられている。耐食性があるため、橋梁などの建築物によく使われた。
アルミニウム粉
粉末になったアルミニウムは可燃物であり、粉塵爆発を起こす場合がある。
アルミニウム粉は燃焼熱が大きく、燃焼するときにガスを生じないため熱が集積して高温となり、強い白色の光を発する。
これを利用して火薬類に発熱剤として添加される。
アルミニウム粉の性質は表面積の大きさによって左右されるため、等級は粒度ではなく重量当たりの表面積を示す水面拡散面積で表示される場合が多い。
粒度で表示されるような粒の大きい物は粒状アルミニウム粉（アトマイズドアルミニウム粉）と呼んで区別することが多い。スラリー爆薬などの水湿状態の火薬に混ぜるとアルミニウムの表面で以下のような反応が起きて発熱する。
このため、アルミニウム粉の火災には水をかける事は禁忌とされている。Al + 2H2O → Al(OH)2 + H2アルミニウム粉末は塗料に混ぜて使う場合もある。
また、指紋の検出などでアルミニウムの粉を使用することもある。
アルミニウムと植物
アルミニウムは地殻を構成する元素としては酸素、珪素に次いで3番目に多い（重量比）。工業的に多彩な用途が見出される一方、酸性土壌中のアルミニウム含量は、植物の成長に影響する重要な要素である。農業や園芸における人工的な栽培環境では中性付近に調整された土壌を用いる場合が多いが、それでも有害なアルミニウムイオン（Al3+）が根の伸長成長を阻害する事が知られている。これは、火山性の酸性土壌が広く分布する日本において重要な問題である。
作用機序
土壌中のアルミニウムは、pHが5.0を下回ると急激にイオン化して溶解度が高まり、pH3.5ではほぼ完全に溶存体となる。水溶化したアルミニウムが農作物その他の植物に及ぼす害として、以下のようなもの知られている。* 肥料として土壌に添加したリン酸と結合し、難溶性の塩を形成する。結果として施肥効率が低下する。
アルミニウム耐性植物
コムギやトウモロコシ、アジサイ、ソバなど一部の植物は、アルミニウム耐性を持つ（あるいは高アルミニウム環境にも適応し得る）事が知られている。アルミニウムを無毒化するメカニズムは様々であるが、一般にカルボン酸（シュウ酸、クエン酸、リンゴ酸など）を中心とした有機酸でアルミニウムイオンをキレートし、水溶性の錯体を形成する機構によると言われている。アルミニウム耐性に関与する遺伝子は最初にコムギにおいて発見された。耐性関連遺伝子はトウモロコシからも見つかっている。これらの植物においては単一の遺伝子によりアルミニウム耐性が実現されているが、全ての植物のアルミニウム耐性が同一の機構によるわけではないと考えられている。
アルミニウム耐性土壌菌
遺伝子組み換え作物|遺伝子組み換えによりアルミニウム耐性植物を作出する際、その遺伝子源として注目されているものに、土壌性のアルミニウム耐性菌がある。根粒菌として知られる ''Rhizobium'' もアルミニウム耐性菌の一種である。強酸性（pH3.0）高アルミニウム条件にてスクリーニング (生物学)|選抜されてくる菌はほとんどが糸状菌であり、従ってアルミニウムの多い土壌ではこれらの生物が優占していると考えられる。以下はアルミニウム耐性菌を含む属 (分類学)|属の一部。* ''Emericellopsis''、''Paecilomyces''、''Mortierella''（クサレケカビ）、''Sporothrix''、''Penicillium''（アオカビ）、''Aspergillus''（コウジカビ）、''Metarhizium''
この節の参考文献
化合物
合金についてはアルミニウム合金を参照。
歴史
関連項目
外部リンク
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