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金属铝

铝虽然藏量比铁多,但是,人们炼铝比炼铁晚得多。这是因为铝的化学性质比铁活泼,不易还原,因此从矿石中冶炼铝也就比较困难。这样,铝一向被称为“年轻的金属”。据世界化学史记载,金属铝是在1825年才被英国化学家戴维制得的。

许多人常常以为铁Fe是地壳中最多的金属。其实,地壳中最多的金属是铝Al,其次才是铁,铝占整个地壳总重量的7.45%,差不多比铁多一倍!地球上到处都有铝的化合物,像普通的泥土中,便含有许多氧化铝Al2O3。最重要的铝矿是明矾矿和铝土矿。我国有极为丰富的铝矿 [1]

现在,铝很普遍,是重要的合金元素。我们平常使用的硬币,便是铝做的。在厨房里,铝锅、铝饭盒、铝匙、铝盆、铝勺、铝镬……。然而,在一百多年前,铝却被认为是一种稀罕的贵金属,价格比黄金还贵,以至被列为“稀有金属”之一。

其实,这是不足为奇的。因为铝的价值贵*,完全取决于炼铝工业的水平。在一百多年前,人们使用金属钠Na来制取铝。钠很贵,当然铝就更贵了。直到十九世纪末,人们发明了大量生产铝的新方法在冰晶石和矾土(氧化铝)的熔融混合物中通入电流进行电解。这时,铝才开始走向大工业,走向生活的每一个角落。

铝,是银白色的轻金属(比重只有2.7)。人们常把铝叫做“钢精”。纯净的铝很软,可以压成很薄的箔,现在包糖果、香烟的“银纸”,其实大都是铝箔。纯铝的导电性很好,又轻盈,人们常用它来代替铜,制造电线,特别在远距离送电时,多用铝线来代替铜线,可以减少电线杆等设备。无产阶级文化大革命以来,我国大力发展“以铝代铜”,攻克了“以铝代铜”的技术关键铝的焊接技术,制成了各种马力的铝线电机,节约了大量的铜。纯铝也大量用于化学、半导体与电子学的研究及光学仪器的生产上。纯铝能很好的反射光线,所以探照灯的灯罩常常用纯铝做。

不过,纯铝太软了些,平常人们总是往里加入少量的铜Cu、镁Mg、锰Mn等,制成坚硬的铝合金“硬铝”。铝和铝合金美观、轻盈而又不易锈蚀,用途很广。例如前些年有人统计,一架飞机中约有五十万个用铝做的铆钉!机身、机翼、机尾、螺旋桨、引擎也离不了铝和铝合金,据统计,铝和铝合金占飞机总重的70%左右。如果火车的车皮都用铝做,重量将大大减轻,机车牵引效率也可提高。铝制的舰艇,不仅速度快、不被海水浸蚀,而且没有磁性,不为磁性水雷所发现,军事上十分重要。最近几年铝合金又成为制造人造卫星、火箭的重要材料。此外,在运输部门,铝也被用来制造高速度的机车、桥梁、输油车的油罐以及船只和汽车中的某些零件;在建筑工业上,用铝作骨架、铝梁、空心铝壁板以及各种铝制构件。

铝是银白色的,可是铝制品用没多久,表面常变得白蒙蒙的,这是什么缘故呢?这便是铝生锈了。铝的表面与空气中的氧化合,生成一层薄薄的氧化膜氧化铝。这层氧化铝非常致密,它紧紧的贴在铝的表面,防止里头的铝继续和氧化合。这层氧化铝不怕水浸,不怕火烧,熔点高达2050℃,怪不得铝制品很难锈蚀,经久耐用。这层氧化铝甚至不怕硝酸的浸蚀,所以硝酸厂里常用铝罐来装浓硝酸。不过,这层氧化膜却怕碱,碱能溶解它,盐酸和硫酸也能溶解它。因此,铝制品不能用来盛碱性物质,脏了也不要用草木灰来擦,草木灰是碱性物质,用它擦铝制品,会缩短使用寿命的。另外,也不要把酸性的菜蔬等方在铝锅里过夜。

别看氧化铝薄膜那么白蒙蒙的,自然界里坚硬而美丽的宝石刚玉,也是氧化铝呢!他是一种晶态无水氧化铝。刚玉的硬度仅次于金刚石,常被用来制造金属制品的磨轮,手表里的轴承就装在这耐磨的刚玉上。常听人们谈起手表里的“钻数”,这钻数就是指表里刚玉的颗数。除手表外,天平、时钟、电流计、电压表里也要用到刚玉。现在,人们从铝土矿里提取纯净的白色氧化铝粉末,放在炽热的电炉里加热熔化,制取人造刚玉,它甚至比天然的刚玉还要坚硬。

正常成年人体内共含铝45~150毫克,平均100毫克左右,而成了人体内的微量元素。通常,每天从一般饮食中摄入肠胃道的铝10~100毫克,吸收率约为0.1%,绝大部分随粪便排出体外。进入体内的微量铝,正常人也有能力通过肾脏等排泄器官将铝排泄出去。

但是,近年来研究发现,人肠壁的这种屏障作用并不十分完善,当人摄入过多的铝后,也会较多地进入组织。而且也难以迅速排泄出去,从而淤积在各器官内。

铝的热熔系数与温度有关,低温时(40k)与温度的三次方成正比,298k-900k之间符合定律C=a+b*T,高温时趋近于25J/mol.C。详细说明请参阅《无机材料物理特性》

由于铝属于无机物,导热系数呈现钟形的变化趋势,最高点在60k左右。等温度升高时趋近一稳定值。详细信息请参阅《无机材料物理特性》。

由于铝是热的良导体,所以很多炊具是铝制的,这就成了人摄入过多的铝的原因之一。用铝制炊具烹调时,从炊具中渗入菜内的铝量一般能占每天摄入铝量的20%左右。如果用铝制品存放酸性食品及菜肴过夜、用铝制容器储存或酿制酸性饮料,或长期与食盐接触都会使食物中的含铝量明显增多,也可通过食物及饮料将铝摄入体内。特别是铝制炊具和铁制炊具的混用,例如炒菜时使用铝锅和铁铲,在盐、水、醋和热的作用下,再加上铲子的搅动和摩擦,更容易使铝元素进入食物。

(1)粉丝、油条中都含有大量的铝。

传统粉丝制作过程中,加入了0.5%左右明矾()。明矾主要起凝固作用,可使粉丝、米粉不为条、不粘连、不浑汤。明矾中含有铝,吃多了易在体内形成慢性积累,发生铝中毒,粉丝吃多了,其铝很难由肾脏排出。为了使油条膨胀变脆,制做油条时也加入了一些明矾,油条吃多了,同样对身体健康造成威胁。

(2)发酵剂中含铝。

食物含铝高的最常见者是发酵剂,特别是磷酸铝钠盐发酵粉。家庭做的面点、食品厂出的糕点、煎饼原料、冷面团都含有较多的铝,最后可使每份(只)成品食品含铝量达5~15毫克。应用硫酸铝钠盐做发酵粉也很常见,每一茶匙可含铝70毫克。如果用1~3茶匙发酵粉,最后做成的每份(只)食品可含铝5~15毫克(相当于每天从普通饮食摄入铝量的1/4~3/4)。美国1970年就生产了磷酸铝钠盐发酵粉1800万千克。

(3)腌菜用的固定剂(如含铝的硫酸盐及明矾)含铝甚高,可明显污染腌菜,而使中等大小的一条黄瓜的含铝量达10毫克。

据报道,北美各国自来水的含铝量增多的主要原因之一是应用明矾沉淀和处理水。广泛使用铝盐净化水可能导致脑损伤,造成严重的记忆力丧失,这是早老性痴呆症特有的症状。

许多药物中含大量的铝。例如,治疗胃酸使用的“胃舒平”,主要成份是氢氧化铝。治疗鼻炎的康鼻炎中也含有氢氧化铝。氢氧化铝的含铝量是34.6%,长期服用胃舒平定会导致体内铝过量。

在加拿大多伦多举行的“铝”讨论会上,斯宾塞证实,长期少量口服含铝抗酸剂对老年人的骨质可以构成威胁。给老年人口服铝30毫克,每天三次,就能降低机体内磷的储存,致使缺钙。其原因之一,是在磷的消耗及缺乏下促使磷和钙从骨骼释放出来,粪内排泄的磷增多,尿内排泄的钙量显著增多;其二是铝能与食物中的磷酸盐形成不溶性复合物,使磷的吸收量减少;其三是氢氧化铝易和氟形成复合物,使食物中的氟摄入量降低50%,骨骼内氟的沉积量减少,发生相对性缺氟,而氟是骨骼中矿物质存储的重要调节因素。由于上述原因,长期口服氢氧化铝(即便是小剂量、间歇)均会使机体缺钙、磷及氟,临床上可见尿内磷酸盐减少,高钙尿、虚弱、不适、骨痛、骨质疏松。在低蛋白质饮食、空腹服铝剂及酒精中毒的老年人特别容易发生。一旦人的肾衰竭,肠壁的结构及功能失常,通透性增加,肠壁对铝的屏障作用更低,病人再进行透析方法,由于透析液内含铝量多,进入病人的铝就更多了。

近年来又发现老年痴呆症的出现也与平时过多摄入铝元素有关。早在1965年,克拉佐首次发现铝中毒的兔脑内,出现了老年性痴呆特有的神经元纤维缠结病变,但并末引起人们的重视。直到1973年他又根据研究结果指出猫的大脑皮层含铝量的增多,使猫出现了明显的脑功能障碍,这才唤醒世人警觉。铝盐一旦进入人体,首先沉积在大脑内,可能导致脑损伤,造成严重的记忆力丧失,这是早老性痴呆症特有的症状。参与这项工作的研究人员说,对老鼠的实验表明,仅给它们喝下一杯经铝盐处理的水后,它们脑中的铝含量就达到可测量水平。对老鼠的研究发现,混在饮用水中的微量铝进入老鼠的脑中并在那里逐渐积累。研究人员对痴呆病人的研究发现,这类病人脑内有30%新皮层区的铝浓度大于4微克/克(干重),患者脑部神经元细胞核内,铝的含量为健康人的4倍,最大达30倍。研究人员认为,如果随时间推移,铝在脑中逐渐积累,就会杀死神经原,使人的记忆力丧失。

铝元素吸收多了,会积聚在肝、脾、肾等部位,当积聚量超过5~6倍时,就会对消化道吸收磷发生抑制作用,还会抑制胃蛋白酶的活性,妨碍人体的消化吸收功能。因此,摄入过量的铝还会使人食欲不振和消化不良,影响肠道对磷、锶、铁、钙等元素的吸收。

透析疗法是重要的治疗手段,血液透析、腹膜透析已广泛用于临床医疗。但是有些患者在原有病变改善以后,却出现了语言障碍、精神运动失常、抑郁、幻觉、妄想狂、肌肉阵发性痉挛、智力减退,进行性痴呆,2/3的患者出现骨营养不良。这引起人们的普遍关注,进行了不少研究。后来发现本症致病原因是由血液透析用的水中含有较高浓度的铝引起。一些长期口服铝凝胶的患者,引起血铝浓度增高,也出现了可逆性痴呆。进一步证明,体内铝过多确实可以引起智力障碍而发生痴呆。

人人都知道“防患于未然”的重要性,对待铝中毒也同样适用这一准则。虽然正常人一般有能力控制铝的吸收,也有能力将吸进体内的铝排泄出去,还能有效地阻止已入体内的进入大脑。但是超过了一定的范围(如大量摄入)或因年老、肾功能衰竭和从透析液中渗入体内、脑内及骨内,发生危害作用。在这些情况下,仅凭生理性屏障作用就不够了,必须采取其他有力的措施,以防止摄入及吸收的铝过多。

明确了人体内过量铝的来源,也就可以采取相应的措施来预防铝中毒。

尽可能少地食用粉丝、油条以及用铝盐发酵粉制做的面食。采用酵母菌来代替铝盐发酵粉发酵。腌菜应避免或少用含铝的物质做固定剂。油炸食品、膨化食品中铝的含量比较高,可以引导孩子少吃这些食品。此外,膨化食品和油炸小食品普遍具有高油脂、高热量、高盐、高糖、高味精等特点,其营养成分并不全面,脂肪、碳水化合物、蛋白质是其主要成分。高脂、高热量食品,将促使体液酸性化,也易带来肥胖、糖尿病、高血压、高血脂等富贵病。而且它们均属于低粗纤维食品,长期大量食用此类食品,若粗纤维摄入不足、运动量也不是很大的话,易造成人体脂肪积累。对于正处于生长发育期的儿童来说,如果长期大剂量食用铝含量超标的食品,甚至会对智力发育等产生影响。

提醒:让孩子少喝易拉罐饮料专家提醒,不要让孩子喝过多的易拉罐饮料,罐装饮料铝的含量比瓶装饮料要高3 到5倍,因此家长不要让孩子喝过多的易拉罐装饮料。同时,由于多数孩子喜欢以膨化食品作零食,家长对此也应予以重视。

为避免铝污染水源,除保护环境外,尚需在沉淀水、做水壶及水管时少用含铝量多的物质;在沉淀和处理水时采用更好的方法。

少用或不用含铝的抗酸剂,或用不含铝的其他抗酸剂治疗胃及十二指肠溃疡和胃酸过高等消化道疾病。这样,一方面可以防止患者吸收大量的铝,也可以防止大量的铝随粪便排出体外,污染环境及农作物。

少用或不用铝制品烹调蔬菜、储存酸性饮料、蔬菜和食盐,更不能长期储放饮料、醋、盐类及蔬菜,对防止铝中毒及污染,是重要的措施之一。

铝本来就是地壳上含量最多的金属,又加上大力开采铝矿、炼铝、制铝、用铝做各种炊具、用具、玩具,以及方泛用铝制剂治疗胃肠疾病与用铝沉淀水,铝对环境的污染应当引起每个人的注意,采取上述措施,尽量减少铝对环境、农作物、食物、水源及空气的污染,以确保身体健康。


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