初中化學(xué) 鋁的冶煉史

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傳說(shuō)拿破侖三世的刀叉具是用鋁制造的。筵席上,他為多數(shù)客人提供金餐具,而只讓少數(shù)客人使用鋁餐具,是為了讓用鋁餐具的客人留下更深刻印象。

1885年,在美國(guó)首都華盛頓特區(qū)落成的華盛頓紀(jì)念碑上的頂帽也是用金屬鋁制造的。

因?yàn)樵?9世紀(jì),鋁是一種珍貴的金屬。人們最初得到的鋁粒如同珍寶,它的價(jià)格同黃金相當(dāng)。因?yàn)閺匿X礦石中把鋁提煉出來(lái),是極其困難的。

1825年,丹麥的奧斯特分離出少量的純鋁。1827年,德國(guó)化學(xué)家維勒用金屬鉀與無(wú)水氯化鋁反應(yīng)而制得了鋁。但是鉀太昂貴了,所以不允許大規(guī)模地生產(chǎn)。又過(guò)了27年,法國(guó)化學(xué)家德維爾用金屬鈉與無(wú)水氯化鋁一起加熱而獲得閃耀金屬光澤的小鋁球。改用金屬鈉雖然極大地降低了鋁的生產(chǎn)費(fèi)用,但顯然沒(méi)有達(dá)到能使人們普遍應(yīng)用鋁的程度。

1884年,在美國(guó)奧伯林學(xué)院化學(xué)系,有一位叫做查爾斯·馬丁·霍爾的青年學(xué)生。當(dāng)時(shí)他只有二十一歲。一次,他聽一位教授(這位教授正是維勒的學(xué)生)說(shuō):“不管誰(shuí)能發(fā)明一種低成本的煉鋁法,都會(huì)出人頭地。”這使霍爾意識(shí)到只有探索廉價(jià)的煉鋁方法,才能使鋁被普遍應(yīng)用。

霍爾決定在自己家里的柴房中辦一個(gè)家庭實(shí)驗(yàn)室。他打算應(yīng)用戴維早期的一項(xiàng)發(fā)明:把電流通到熔融的金屬鹽中,可以使金屬的離子在陰極上沉積下來(lái),從而使金屬離子分離出來(lái)。因?yàn)檠趸X的熔點(diǎn)很高(2050℃),他必須物色一種能夠溶解氧化鋁而又能降低其熔點(diǎn)的材料,偶然發(fā)現(xiàn)了冰晶石(Na3AlF6)。冰晶石一氧化鋁熔鹽的熔點(diǎn)僅在930℃~1000℃之間,冰晶石在電解溫度下不被分解,并有足夠的流動(dòng)性。這樣就有利于電解的進(jìn)行。

霍爾采用瓷坩堝,碳棒(陽(yáng)極)和自制電池,對(duì)氧化鋁,即精制的氧化鋁礦進(jìn)行電解。把氧化鋁溶在10%~15%的熔融的冰晶石里,再通以電流,結(jié)果觀察到有氣泡出現(xiàn),然而卻沒(méi)有金屬鋁析出。他推測(cè),電流使坩堝中的二氧化硅分解了,因此游離出硅。于是他對(duì)電池進(jìn)行改裝,用碳作坩堝襯里,又將碳作為陰極,從而解決了這一難題。1886年2月的一天,他終于看到小球狀的鋁聚集在陰極上;魻柎藭r(shí)異常激動(dòng),帶著他第一次獲得的一把金屬鋁球去見他的教授。后來(lái),這些鋁球竟成為“王冠寶石”,至今仍珍存在美國(guó)制鋁公司的陳列廳中。廉價(jià)煉鋁方法的發(fā)明,使鋁這種在地殼中含量占8%的元素,從此成了為人類提供多方面重要用途的材料。而發(fā)明家霍爾,當(dāng)時(shí)還不滿23周歲,這年12月6日才是他的23歲生日。

還有一件值得提及的事,非常巧合,一位與霍爾同齡的年輕的法國(guó)化學(xué)家埃魯也在這年稍晚些時(shí)候發(fā)明了相同的煉鋁法。

霍爾與埃魯在遙遠(yuǎn)的兩大洲,同年來(lái)到人世(1863年)又同年發(fā)明了電解煉鋁法(1886年)。雖然他們之間曾一度發(fā)生了專利權(quán)的糾紛,但后來(lái)卻成為莫逆之交。1911年,當(dāng)美國(guó)化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)授予霍爾著名的佩琴獎(jiǎng)?wù)聲r(shí),埃魯還特意遠(yuǎn)涉重洋到美國(guó)參加了授獎(jiǎng)儀式,親自向霍爾表示祝賀。

或許是上天的旨意,1914年,這兩位科學(xué)家又都相繼去世。難怪當(dāng)后人們一提起電解煉鋁法的時(shí)候,便總把霍爾和埃魯?shù)拿致?lián)在一起。


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