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铝比黄金还要贵?

在一百多年前的十九世纪,有一种如今看来再寻常不过的金属比金子还贵,甚至可以争夺世界最贵金属的头衔——铝!

铝,在我们现在的生活中再稀松平常不过了,而且...如今的铝真的太便宜了啊!没记错的话现在一万多可以买1吨,合下来1公斤才十几块钱!由于它密度小、重量轻、而且耐腐蚀,所以大到航天飞机、人造卫星、甚至火箭,小到我们家里用的锅碗瓢盆,都有铝的身影,应用非常广泛。

今天我们就来说说看,这种曾经最珍贵的金属是怎样走下神坛,并且最终进入寻常百姓家的

十九世纪初期,欧洲上流社会的贵妇们都喜欢炫耀自己戴的用一种稀有金属制成的首饰,那种带有银色光泽bling~bling~的罕见金属就是铝!在当时,铝这种金属,很多人别说拥有了,简直连听都没听说过。纯粹的铝样品,那简直是奇迹般的存在。

在1855年的巴黎博览会上,法国人曾经展出过一些铝块,这些珍品享受着美联储金库级别的待遇,就摆放在王冠上的宝石旁边,而且标签上注明的是“来自黏土的白银”。当时的法国国王拿破仑三世还特意定制了一套铝制餐具,专门用来招待他最高贵的客人,而二等的客人反而是用金质的刀叉来招待的。这还不算什么,拿破仑三世为了彰显自己的富有和尊贵,甚至命令官员给自己打造一顶铝制的王冠,神气十足的戴着它接受文武百官的朝拜。

拿破仑三世(图片源自网络搜索)

在1889年,为了表彰化学家门捷列夫的成就,伦敦化学会赠送给他的奖品就是由铝合金制成的花瓶和杯子;后来他因编制元素周期表还受到沙皇政府的表彰,又喜提了一个铝制奖杯。现在看来真是亏大了。

门捷列夫(图片源自网络搜索)

铝是地壳中含量最多的金属元素!虽然含量最多,但当时的人们从来没有找到过单质铝,它一直都是以化合物的形式存在于自然界中的。

相比之下,单质的黄金就好找多了~ 首先,自然界中黄金就是以单质形态存在的,而且金矿一般都是与石英矿和黄铁矿共生的,当表面的石英等被风化掉以后,人们就可以在河里淘到金子了。


这里其实涉及到一个很有趣的问题——为什么地壳的中的铝元素那么多,而金元素那么少?

地球形成之初,处在熔融状态时,重的元素下沉至地心,轻的元素上浮到地表。金这种原子量相对比较大的金属(通俗点来说就是比较重的金属元素)大部分都沉下去了?所以留在地表的主要就都是铝这样的相对比较轻的金属了。

不过,由于金的化学性质非常稳定,或者说非常的高贵冷艳——几乎不会与其他元素形成化合物。所以在历史上,人们确实是先发现金的单质的。

但是铝就没那么容易了,毕竟它太活泼了......要知道,铝粉要是在空气中加热是能猛烈燃烧的。而我们如今我们熟悉的那些铝制品,他们的表面可都是有一层致密的氧化膜——三氧化二铝。类似于铁锈,只是铝一和氧气接触,就会迅速反应,形成氧化膜。

铝制品(图片源自网络搜索)

当然,铝的优点之一恰恰就是这个,铝锈非常薄,它的厚度只有万分之一毫米,但却很硬,非常耐磨。它紧贴铝的表面,使里面的铝接触不到外界的空气,阻止铝继续生锈。这是建立在我们已经能大规模获得纯铝的前提下。但反过来正因为铝太容易氧化了,所以自然界中几乎就没有单质铝的存在——在自然界中存在的最多的就是矾土,而这就是一种氧化铝以及少量氧化铁、二氧化硅的混合物。这也为提炼铝增加了极大的困难!看来说两个人的关系亲密到如胶似漆并不够,应该说他们粘腻在一起,就像是铝遇上了氧......这两人简直是亲密如矾土啊~

矾土,这名字虽然听上去土里土气的,但它的主要成分氧化铝其实却非常的高大上!红宝石、蓝宝石这种顶级宝石的主要成分都是氧化铝吧?!和矾土系出同门——只不过,红宝石的红色来源于其中含有的元素铬,主要是氧化铬,含量一般在0.1~3%,最多可以达到4%;而蓝宝石里面混进了少量的钛和铁元素,呈现出蓝色。

以氧化铝为主要成分的这些宝石叫做刚玉,它是氧化铝同素异象的三种变体α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。


其实就是同一种物质在不同条件下形成的不同结构的现象,如果是化合物,像氧化铝这样的,就叫同素异象。而金刚石和石墨这种单质,虽然都由碳元素构成,但因为结构不同,就叫做同素异形体了。

古代,人们在染色时会用到明矾这种矿物作为染色固定剂。明矾的化学成分是十二水合硫酸铝钾。俄罗斯第一次生产明矾的年代甚至可以追溯至公元八至九世纪。那时候,欧洲还处在中世纪。不过,当时人们还并不知道明矾这种矿物里面还有金属铝。

直到四百多年前,16世纪,有一位瑞士籍德国医生帕拉塞斯,他除了救死扶伤以外,就特别喜欢研究各种矿物和金属,他经过多次实验,认为明矾中应该有一种贵重的金属。

但受限于当时的科学条件,他没能分离出来铝。时间快进到1807年,用电解法制备出金属钾和钠的英国化学家汉弗里·戴维通过研究认为明矾和矾土中应该含有同种未知金属。

汉弗里·戴维(图片源自网络搜索)

很可惜,戴维之前用电解法制备钾和钠,用的都是溶于水的氢氧化钾和小苏打。可是矾土里的主要成分氧化铝既不溶于水,熔点又奇高无比!所以,虽然戴维使用电解的方向是对的,但没能把矾土变成液体状态,结果只能与铝失之交臂。后来科学家们又采用了各种方法,又是把矾加热到各种奇怪的温度,又是把它溶解在各种酸啊,盐里面。可惜,都没有什么实质性的结果!

直到1825年,发现了电流磁效应的丹麦物理学家奥斯特发表文章说,自己提炼出一种金属,颜色和光泽有点像锡。


奥斯特(图片源自网络搜索)

他用的这个方法说起来需要花点时间:首先,将氯气通过红热的木炭和氧化铝的混合物,氧化铝里面的氧就在这个过程中与木炭里的碳结合变成二氧化碳气体飘走了。剩下的氯就和铝化合成了氯化铝。然后,再用钾汞齐与氯化铝相互作用后,钾就和氯化合成氯化钾,而铝就和汞变成了合金,也就是铝汞齐。铝很容易跟汞结合形成铝汞齐,这个反应叫做毛刷实验。再将铝汞齐在隔绝空气的情况下加热加热,把汞给蒸发掉,这样就得到了铝?!


这时的奥尔特,其实只是获得了一点点金属粉末,可以说是非常不纯的铝。后来他就回到自己的领域继续研究电磁现象去了,但他把这个过程告诉了他的好朋友德国化学家维勒,维勒很感兴趣,接过了这个艰巨的任务。不过他其实也只是沿着这条路继续往前走了一点点,在1827年时终于制备出了一点点针头大小的铝。

1854年,法国科学家亨利·德维尔在维勒的实验基础上,用金属钠与无水氯化铝进行反应,终于制得纯度较高的小铝球,而且还推广到工业中量产了。

说是量产,但1855年,全世界的铝产量也不过500千克,而且都集中在法国。对比我们中国2017年全年,原铝的产量就有3,227.3万吨。可以知道当时的铝有多稀罕了。

时间快进到1884年,一个名叫查尔斯·霍尔的美国大学生在化学课上听老师说,谁要是能找到一种便宜的制备铝的方法,那他将会改变世界。

根据主角光环定律,这位霍尔肯定就是那个改变世界的人了。他立刻动手,在他父母家后院的工棚里搭起了实验室,这中间也经历了很多艰苦的过程,终于在1886年他发明了伟大的——电解制铝法!当然后面还有一位法国大学生埃罗也几乎在同时发明了这种方法。这里有个神奇的巧合。霍尔和埃罗两个人,同出生于1863年,然后又同在1886年发明了电解制铝法,随后又同在1914年去世。


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