アルミニウムのモル質量は何ですか?他の要素と比較してどうですか?

アルミニウムのない世界を想像してみてください。この金属は地球上で最も豊富で、地殻の 8 パーセント以上を占めています。当社は、英国ではアルミニウムとしても知られるアルミニウムを使用して、数え切れないほどの製品を製造しています。これらには、アルミホイル、缶やその他の容器、コンピューターやその他の電子機器、建物、飛行機、冷蔵庫やエアコン、医療機器、自動車部品などが含まれます。しかし、私たちが金属として認識しているアルミニウムは、自然界には存在しません。その代わり、アルミニウムは酸化物などの化合物を形成するため、そこからかなりのエネルギーを使って有用な金属を抽出する必要があります。

この記事では、アルミニウムのモル質量、記号 Al について説明します。それが何を意味するのか、そしてなぜそれが重要なのかを探っていきます。すべての純粋な物質、つまりすべての元素とすべての化合物にはモル質量があります。物質のモル質量は、その物理的および化学的特性に影響を与えます。物質のモル質量は、単にその物質 1 モルの質量をグラム単位で表したものです。

化学におけるモルは、粒子の特定の量です。これらの粒子は原子または分子のいずれかです。モル内の粒子の数は一定、つまり毎回同じになります。物質の各モルに含まれる粒子の正確な数は約 6.022 × 10 ²³ 単位であり、アボガドロ数またはアボガドロ定数としても知られています。この定数は、この数とその重要性を最初に説明したイタリアの科学者アマデオ アボガドロにちなんで名付けられました。アボガドロ数は、化学と世界の仕組みを理解するために不可欠です。

アルミニウムのモル質量は、1 モルあたり約 26.98 グラムです。この値は、周期表に示されている元素の原子量から導出されます。アルミニウム原子 1 モル、つまり 6.022 × 10 ²³ アルミニウム原子の質量は約 26.98 グラムです。これをよりよく理解するために、アルミニウムを既知の最小元素である水素と比較してみましょう。 1 モルの水素原子のモル質量は約 1 グラムです。

水素は周期表の最初の元素です。水素の各原子には陽子が 1 つだけあり、中性子はありません。水素にも電子は 1 つありますが、小さな電子の質量は無視できます。ただし、単一陽子の質量は約 1 原子質量単位です。 1 モルの 水素 原子の質量は 1.00784 グラム/モルで、ほとんどの場合、これは 1 モル/グラムに四捨五入できます。

アルミニウムは周期表の 13 ^番目の 元素です。原子番号は 13 で、ちょうど 13 個の陽子があります。事実上、自然界のアルミニウム原子はすべて、安定な ²⁷ Al 同位体として存在し、14 個の中性子を持っています。ごく一部は、13 個の中性子を持つ放射性同位体 ²⁶ Al として発生します。陽子と中性子のおおよその質量は同じで、電子の質量は無視できるほど小さいため、陽子 13 個と中性子 14 個を含む ²⁷ Al のモル質量は、1 モルあたり約 27 グラムになると予想できます。 1 モルのアルミニウム原子の計算質量は、わずかに少なく、1 モルあたり約 26.98 グラムです。これは、天然に存在する ²⁶ Al 原子の割合が少ないため、モル質量がわずかに低くなるためです。

周期表上のほとんどの元素は、複数の既知の形式で存在します。これらの形態の中には自然界に存在するものもあれば、研究室で製造できるものもあります。同位体と呼ばれるこれらの各元素の異なる形態は、同じ数の陽子を持っています。ただし、各同位体は異なる数の中性子を持っています。アルミニウムには 22 の既知の同位体があり、中性子はわずか 9 個から最大 30 個まで存在します。これらの同位体のほとんどは不安定で短命であり、自然界には存在しません。自然界には、中性子が 14 個ある ²⁷ Al と、中性子が 13 個ある ²⁶ Al だけが存在します。そして、安定した ²⁷ Al 同位体は、天然に存在するアルミニウム原子のほぼ 100% を構成します。

元素のモル質量を決定するには、その元素のさまざまな天然同位体のすべての平均を計算する必要があります。ただし、その平均には、各同位体が表す天然原子の割合も考慮する必要があります。アルミニウムの場合、 ²⁷ Al は ²⁶ Al よりもはるかに多くを占め、 ²⁶ Al は天然元素の 1 パーセント未満に相当します。

アルミニウム原子が特大のボウリングのボールであり、大部分 (ほぼ 100%) の重さが 27 ポンドであると想像してください。ここで、これらのボウリング ボールのごく一部の重さがわずかに軽く、26 ポンドになったと想像してください。これらすべての巨大なボウリング ボールの重量を平均すると、その合計は 27 ポンドに非常に近くなります。これは、少数のボールのみが重量未満であり、平均がわずかに低下するためです。これは、アルミニウムの平均モル質量を決定する方法とよく似ています。 ²⁶ Al の割合と ²⁷ Al の割合を考慮すると、より豊富な ²⁷ Al 同位体の重みがはるかに大きくなります。したがって、モル質量は 1 モルあたり 27 グラムに非常に近くなります。

複数の天然同位体を持つ元素の場合、モル質量は実際には各同位体の原子質量の平均であり、自然界に存在する割合で表され、グラム単位で表されます。言い換えれば、各同位体のパーセンテージと個々のモル質量を乗算し、各同位体の合計を加算して平均モル質量を求めます。

化学では、物質のモルをグラムに変換する方法を知らなければなりません。元素であれ化合物であれ、純粋な物質のモルをグラムに変換するのは非常に簡単です。物質のモル数とそのモル質量を単純に乗算し、モルあたりのグラム数で表します。モルはキャンセルされ、答えはグラム単位で残ります。アルミニウムを例に挙げてみましょう。

アルミニウム 3 モルのグラム数はどのように計算すればよいでしょうか?以下に示すように、単純にアルミニウムのモル数とモル質量を掛けます。

3 モルの Al × 26.98 グラムの Al / 1 モルの Al = 80.94 グラムの Al

酸化アルミニウムなどの化合物の場合、プロセスには追加のステップが必要です。まず、化合物のモル質量を計算する必要があります。酸化アルミニウム分子 Al ₂ O ₃ には、2 つのアルミニウム原子と 3 つの酸素原子が含まれています。酸化アルミニウムのモル質量は、2 つのアルミニウム原子のモル質量、つまり 26.98 × 2 に 3 つの酸素原子のモル質量、つまり 15.999 × 3 を加えたものに等しい。これは、Al ₂ O _{3 1} モルあたり 101.957 グラムに等しい。この数値が分かれば、101.597 g/mol にモル数を掛けるだけで、この化合物の任意のモル数をグラムに変換するのは簡単です。

アルミニウムは、元素の形では自然界には存在しません。これは酸化アルミニウムなどの化合物中に自然に発生します。アルミニウムは地球上で最も豊富な金属であり、地球の地殻の約 8 パーセントを占めています。人々は鉱石、特に酸化アルミニウムを含むさまざまな酸化物を含むボーキサイトからアルミニウムを抽出しなければなりません。ボーキサイトからの純粋なアルミニウムの抽出には、複数のステップと熱の形でのかなりのエネルギーが必要です。

アルミニウム金属は密度が低く、軽量です。光沢が出るまで研磨することができ、簡単にハンマーで叩いたり押し出したりしてワイヤー、コイル、薄いシートにすることができます。おそらく今、キッチンにアルミホイルが置かれていると思います。金属は非常に薄く、破れたりしわになりやすいにもかかわらず、強度と耐久性に優れていることに注目してください。熱と電気の伝導性が高く、リサイクルが容易です。アルミニウム自体は比較的柔らかい金属ですが、他の金属と非常に強力な合金を形成します。これらの合金は、建設、輸送、その他多くの分野で有用であることが証明されています。

アルミニウムは、他の多くの元素またはイオンと化合物を形成します。当社はこれらの化合物の多くをさまざまな製品に商業的に使用しています。人々は水酸化アルミニウム、Al(OH) _{3 を} 胸やけや消化不良の治療、また火傷や皮膚の傷の治療に使用します。多くの制汗剤に含まれる成分の 1 つであるアルミニウム クロロハイドレートは、脇の下を乾燥した状態に保つのに役立ちます。

酸化アルミニウム、Al ₂ O ₃ は魅力的な化合物です。酸化アルミニウムは、金属が酸素と反応して、アルミニウムの表面に粉末状の白いコーティングとして現れることがあります。また、コランダムとして知られる六角形構造の無色の結晶としても天然に存在します。

天然に存在する鉱物の中で 2 番目に硬いコランダムは、 モース硬度で ダイヤモンドに次ぐ 9 のスコアを持っています。多くの場合、クロム、鉄、チタンの酸化物などの他の化合物が染み込んでおり、色のついた結晶が生じます。ピンク、ブルー、イエロー、ブラックなどの色の赤いルビーやサファイアはすべて、1 つまたは複数の色相を追加する少量の他の酸化物を含む 着色コランダムの例 です。

周期表は昇順に配置されており、各元素は原子番号順に配置されています。元素の原子番号は、その元素の各原子に含まれる陽子の数です。アルミニウムは、ホウ素のすぐ下の、米国では以前はIIIA族として知られていた13族の第3周期に位置します。各原子には 13 個の陽子があり、原子番号は 13 になります。

アルミニウムのモル質量は 1 モルあたり 27 グラム弱です。アルミニウムに最も近い 2 つは、原子番号 12 でモル質量が約 24 グラム/モルの金属であるマグネシウムと、原子番号 14 でモル質量が約 28 グラム/モルの半金属であるシリコンです。原子番号 11、モル質量 22.99 グラム/モルの反応性の高い金属であるナトリウムが、第 3 期の始まりとなります。非金属のリンと硫黄は、それぞれ原子番号 15 と 16 のシリコンの右側に位置します。

以下のグラフは、ナトリウムから硫黄までの周期表の第 3 周期におけるアルミニウムに隣接する原子番号とモル質量の関係を示しています。これらの元素はそれぞれ、完全な第 1 および第 2 電子殻を持ち、第 3 殻の軌道には 1 ～ 6 個の電子があります。

アルミニウムは、金属単体として、またさまざまな化合物として、この長さの記事では簡単に列挙できるほど多くの用途があります。アルミニウムがなければ私たちの生活はまったく同じではありません。確かに、飲み物を入れたり、ベイクドポテトを包んだりするための他の物質を見つけることはできますが、飛行機、自動車、エアコンや冷蔵庫、ほとんどの電子機器などを構築するための他の方法も見つける必要があります。当社はアルミニウムを使用して、医薬品、化粧品、あらゆる種類の食品の製造および包装を行っています。多くの場合、表面に酸化アルミニウムが形成されるため、銅の方が機能が良く、耐腐食性も高いため、当社ではチューブやワイヤーの銅をアルミニウムに置き換えています。

一部の研究者は、私たちの社会におけるアルミニウムの使用について懸念を表明しています。しばらくの間、科学者たちはアルミニウムがアルツハイマー病と関連があると信じていましたが、最近の研究ではその関連性は証明されていません。現在、医師らはアルミニウムを含む制酸剤やその他の薬剤の過剰使用に対して警告しているが、調理器具や調理器具からのアルミニウムの著しい吸収については懸念していない。

潜在的なリスクに関係なく、アルミニウムは近い将来、現代社会において大きな役割を果たすことは間違いありません。これほど容易に入手でき、アルミニウムほどさまざまな用途に適した特性を備えた金属は他にありません。私たちは生活を維持するためにこの軽量金属に大きく依存するようになりました。