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산출·용도·성질

알루미늄은 장석·준장석·운모와 같은 화성암에서 주로 규산알루미늄으로 산출되며, 이들로부터 생성된 토양인 점토, 점토보다 더 많이 풍화된 보크사이트와 철의 함량이 큰 라테라이트에서도 산출된다.

수화된 산화알루미늄의 혼합물인 보크사이트는 주요 알루미늄 광석이다. 몇몇 화성암에서 산출되는 결정성 산화알루미늄(금강사와 강옥)은 천연 연마제나 루비와 사파이어로 채광된다. 또한 황옥·석류석·크리소베릴과 같은 보석의 원석에도 존재한다. 다른 많은 알루미늄 광물 중에서 알루나이트와 빙정석은 상업적으로 중요하게 사용된다.

알루미늄은 1825년에 한스 크리스티안 외르스데드가 칼륨 아말감을 사용해 염화알루미늄을 환원시켜 분리했다.

1809년에 험프리 데이비 경은 용융 알루미나(alumina：산화알루미늄)를 전기분해하여 철-알루미늄 합금을 만들었으며, 이 원소를 알루미늄(aluminum)이라고 명명했다. 이 단어는 후에 영국과 다른 유럽 지역에서 'aluminium'으로 고쳐졌다. 독일의 화학자 프리드리히 뵐러는 1827년 칼륨 금속을 환원제로 사용하여 알루미늄 분말을 만들었으며, 1845년에는 작은 구형의 금속으로 만들어 알루미늄의 성질을 조사했다.

이 새로운 금속은 1855년 파리 박람회에서 공개되었는데 그당시 알루미늄은 용융염화물을 나트륨으로 환원하여 만들어서 가격이 무척 비쌌다.

그후 전력이 비교적 풍부하고 싸게 공급되던 1886년에는 미국의 찰스 마틴 홀과 프랑스의 폴 루이 투생 에루가 거의 동시에 상업적으로 알루미늄을 생산하는 근대적 방법 즉, 정제된 알루미나(Al₂O₃)를 용융 빙정석(Na₃AlF₆)에 녹여 전기분해하는 방법을 개발했다.

1960년대에는 알루미늄이 전세계에서 생산되는 비철금속 중에서 구리보다 더 많이 생산되었다.

특정 금속에 알루미늄을 소량 가하면 금속의 성질이 개선되어 알루미늄 청동과 마그네슘이 주성분인 합금처럼 특수한 용도로 사용할 수 있으며, 적당량의 다른 금속과 규소를 알루미늄에 가하면 알루미늄이 주성분인 합금이 만들어진다.

알루미늄 금속과 합금은 항공기 건조, 건축 재료, 내구성 소비재(냉장고, 공기 조절기, 조리 기구), 전기 도체, 화학공정장치와 식품가공장치 등에 널리 쓰인다.

순수한 알루미늄(99.996％)은 매우 연하고 약한 반면 소량의 규소와 철이 함유된 상업용 알루미늄(순도 99.0~99.6％)은 단단하고 강하다. 알루미늄은 연성과 전성이 커서 잡아늘여 전선으로 만들거나 잘 펴서 박막(薄膜)으로 만들 수 있다. 알루미늄은 철이나 구리 밀도의 약 1/3에 해당하므로 가볍다.

또한 화학반응성이 큰 이 금속을 공기중에 방치하면 금속 표면에 단단하고 강한 산화막을 형성하기 때문에 내식성(耐蝕性)도 크다. 알루미늄은 열전도도와 전기전도도가 뛰어나서, 열전도도는 구리의 약 1/2 정도이며 전기전도도는 약 2/3 정도이다. 면심입방결정구조를 가지며 천연에서 산출되는 모든 알루미늄의 안정한 동위 원소는 알루미늄-27(²⁷Al)이다. 금속 알루미늄과 알루미늄의 산화물 및 수산화물은 독성이 없다.

알루미늄은 대부분의 묽은 산에서는 서서히 녹고 진한 염산에는 빨리 녹으나 진한 질산에는 잘 녹지 않으므로 알루미늄 탱크에 진한 질산을 넣어 운반할 수 있다.

매우 순수한 알루미늄은 수산화나트륨이나 수산화칼륨과 같은 알칼리와 격렬하게 반응하여 알루미늄산 이온과 수소 기체를 발생한다. 미세하게 쪼갠 알루미늄은 산소와 친화력이 크기 때문에 일산화탄소나 이산화탄소가 있으면 연소하여 산화알루미늄과 탄화알루미늄이 되지만 적열(赤熱) 온도에서도 황과 반응하지 않는다.

알루미늄 화합물

알루미늄은 보통 3가이지만 고온에서는 기체상태의 1가 화합물(AlCl, Al₂O)과 2가 화합물(AlO)을 만든다. 많은 알루미늄 화합물은 공업적으로 매우 유용하다. 천연에서 강옥으로 산출되는 알루미나는 상업적으로 대량 생산되어 알루미늄 금속 및 절연체, 점화 플러그와 그밖의 다른 제품을 만드는 데 쓰인다. 알루미나는 가열하면 다공성 구조가 되므로 수증기를 흡수할 수 있다. 산화알루미늄의 이러한 형태는 상업적으로 활성 알루미나로 알려져 있으며, 기체와 특정 액체를 건조시키는 데 쓰이고, 여러 화학반응의 촉매를 운반하는 운반체로도 쓰인다.

또다른 중요한 화합물은 황산알루미늄으로 수화된 산화알루미늄을 황산과 반응시켜 만든 무색의 염(鹽)이다. 시판되는 형태는 화학식이 Al₂(SO₄)₃인 수화된 결정성 고체로 제지공업에서 염료의 결합제와 표면 충전제로 널리 쓰인다. 황산알루미늄은 1가 금속의 황산염과 결합하여 백반과 같은 복염을 만든다.

가장 중요한 복염으로는 포타슘(칼륨) 명반 또는 칼리 명반이라고도 하는 황산알루미늄포타슘(KAl(SO₄)·12H₂O)으로 여러 용도로 사용되는데, 특히 의약품·직물·페인트 생산에 쓰인다. 염화알루미늄(AlCl₃)은 염소 기체와 용융 알루미늄 금속을 반응시켜 만들며, 프리델-크래프츠 반응(방향족 케톤과 안트로퀴논 및 안트로퀴논 유도체 등의 여러 가지 화합물을 만드는 유기 합성반응)의 촉매로 널리 사용된다. 수화된 염화알루미늄(AlCl₃·H₂O)은 피부의 땀구멍을 수축하게 하는 국소 발한억제제 또는 탈취제로 쓰인다. 몇몇 알루미늄의 염은 화장품 산업에도 이용되고 있다.

수산화알루미늄(Al(OH)₃)은 방수용 옷감에 이용되며, AlO&s328;기를 포함하는 알루미늄산염을 포함한 그밖의 많은 알루미늄 화합물을 만드는 데 사용된다. 수소와 알루미늄으로 이루어진 수소화알루미늄(AlH₃)은 중합성(重合性) 고체로서 중요한 환원제인 테트로하이드로알루미늄산염을 만든다. 즉 수소화알루미늄리튬(LiAlH₄)은 염화알루미늄과 수소화리튬을 반응시켜 만들며, 유기화학에서 알데하이드와 케톤을 환원시켜 1차와 2차 알코올로 각각 만드는 데 널리 쓰인다.