アルミニウム
軽銀(けいぎん)、礬素(ばんそ)とも呼ばれる。軽銀は、軽いことと、外見が銀に似ていることにちなむ。礬素は、ミョウバン(明礬)にちなむ。
アルミニウムは、化合物のミョウバン(羅: alumen、アルーメン)にちなみ、イギリスの化学者ハンフリー・デービーらによって命名された。
俗にアルミまたはニュームとも略される。
アルミニウムは電気分解以外の手法でも製造が可能である。たとえばアルミナを2000 °C以下で炭素と反応させ、炭化アルミニウムを生成させる。これを2200 °C以上の高温部へ移動させ、今度はアルミナと反応させて金属アルミニウムと一酸化炭素に分離させる。
化学式としては以下の通りである。
2 Al 2 O 3 + 9 C ⟶ Al 4 C 3 + 6 CO {\displaystyle {\ce {{2Al2O3}+ 9C -> {Al4C3}+ 6CO}}}
Al 4 C 3 + Al 2 O 3 ⟶ 6 Al + 3 CO {\displaystyle {\ce {{Al4C3}+ Al2O3 -> {6Al}+ 3CO}}}
2つ目の反応では逆反応が起こらないように過剰な炭素が必要である。生成されたアルミニウムは一部揮発して反応ガス成分に含まれるが、大半はスラグの上層に液体で単離する。
日本では第二次世界大戦直前にボーキサイトの輸入が途絶すると、満州地域から産出される礬土頁岩を材料としたアルミニウム生産が行われた。戦後は顧みられることもなく製法の伝承も断絶しているが、ロータリーキルンを使用していたことから、こうした電気を使用しない手法が取れられていた可能性がある。
一方、アルミニウムの純度を上げる精錬工程は、電力を消費する三層電解法に代わり電力を使用しない分別結晶法を採用することが可能である。粗製アルミニウム金属を融解し、これを局所的に冷却すると、純度の高いアルミニウムが初晶として晶出する。シリコン単結晶の引き上げ処理と原理的には同じである。この方法によって得られる精製アルミニウムの純度は99.98–99.996 %であり、三層電解法に迫る純度を得られる。
単体は銀白色の金属で、常温常圧で高い熱伝導性・電気伝導性を持ち、加工性がよく、実用金属としては軽量であるため、広く用いられている。熱力学的に酸化されやすい金属ではあるが、空気中では表面にできた酸化皮膜により内部が保護されるため高い耐食性を持つ。
単体は常温常圧では良好な熱伝導性・電気伝導性を持つ。融点は660.32 °C、沸点は2519 °C(別の報告もある)。密度は2.7 g/cmで、金属としては軽い。常温における安定相は面心立方格子構造をとる。酸やアルカリに侵されやすいが、空気中では表面に酸化アルミニウムAl2O3の膜ができ、内部は侵されにくくなる。この保護現象は酸化物イオンOのイオン半径(124 pm)とアルミニウムの原子半径(143 pm)が近く、アルミニウムイオンAl(68 pm)が酸化物の表面構造の隙間にすっぽり収まることが深く関係している。また濃硝酸に対しても表面に酸化被膜を生じ反応の進行は停止する(不動態)。陽極酸化による酸化被膜はアルマイトとも呼ばれる。