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アルミニウムと植物

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。
* 根の成長阻害を引き起こす。アルミニウムは根の細胞の細胞壁〜アポプラスト領域へ結合し、種々の応答反応を引き起こす。応答反応としてはβ-1, 3 グルカンであるカロースの分泌などが知られるが、成長阻害の具体的なメカニズムは分かっていない。

成長阻害に関する研究は今も進められているが、アルミニウムが活性酸素の発生を促し、脂質の過酸化やミトコンドリアの機能障害を引き起こすとする意見が有力である。
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

化合物

合金についてはアルミニウム合金を参照。

* 酸化アルミニウム - 通称アルミナ。モース硬度が 9 と高く、研磨剤として利用される。サファイアやルビーもほぼ同じ組成である。
* 塩化アルミニウム
* ミョウバン
* 窒化アルミニウム
* 硫酸アルミニウム
* 水素化アルミニウム
* 水酸化アルミニウム
* 氷晶石



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アルミニウム粉

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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。
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アルミニウム用途

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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）、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。
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アルミニウム機械的性質

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。
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アルミニウム（英 Aluminium, 米 Aluminum, 中国語 ）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）。続きを読む

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