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铝的发现

发布时间:2015-11-06 18:08 浏览次数:1564    
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铝的发现

 

物以稀为贵,在100多年前,铝曾是一种稀有的贵重金属,被称为银色的金子,比黄金还珍贵。

 

法国皇帝拿破仑三世(1808~1873),为显示自己的富有和尊贵,命令官员给自己制造一顶比黄金更名贵的王冠--铝王冠。他戴上铝王冠,神气十足地接受百官的朝拜,这曾是轰动一时的新闻。拿破仑三世在举行盛大宴会时,只有他使用一套铝质餐具,而他人只能用金制、银制餐具。

 

即使在化学界,铝也被看成最贵重的。英国皇家学会为了表彰门捷列夫对化学的杰出贡献,不惜重金制作了一只铝杯,赠送给门捷列夫。

 

为什么铝制品在当时是那样昂贵的稀有金属”?地壳中最丰富的金属是铝,它占整个地壳总质量的7.45%,仅次于氧和硅,位居金属元素的第一位,是居第二位的铁含量的1.5倍,是铜的近4倍。脚下的泥土,随意抓一把,可能都含有许多铝的化合物。但由于铝的化学性质活泼,一般的还原剂很难将它还原,因而铝的冶炼比较困难。铝从发现到制得纯铝,经过十几位科学家100多年的努力。

燃素学说(是对燃烧的解释,他们认为火是由无数细小而活泼的微粒构成的物质实体。这种火的微粒既能同其他元素结合而形成化合物,也能以游离方式存在。大量游离的火微粒聚集在一起就形成明显的火焰,它弥散于大气之中便给人以热的感觉,由这种火微粒构成的火的元素就是燃素。)的创立者施塔尔最早发现明矾里含有一种与普通金属(金银铜铁)不同的物质。

英国化学家戴维(这个人了不得,笑气、钾钠钙镁钡锶碘的问世都是他的功劳。他的身影同时还出现在电化学、酸学说、矿用安全灯发明以及电弧灯等领域。作为一个化学家,他几乎以一人之力提取了最为活泼的多种元素。至于他后来栽培法拉第,更是为现代文明带来了电的花火)。试图用电解法来获得这种未知金属未能成功。

1824年丹麦科学家厄斯泰德(铝的发现者)氧化铝与木炭的混合物加强热至白炽状态(什么是白炽状态呢?物体温度达到某个温度以上就发白光,所以这种状态又叫白炽状态。通常钨灯丝的白炽状态在2000以上。)再通入氯气(黄绿色气体),得到液态的氯化铝,然后同钾汞齐作用制成铝汞齐是铝溶解在汞中形成的一种溶液,那么钾汞齐就是钾溶解在汞中的溶液最后隔绝空气蒸馏除去汞,得到一些灰色金属粉末。它的颜色和光泽看起来像锡,后来证明他得到的是一些不纯净的铝。由于他的实验结果发表在丹麦一个不著名的刊物上,没有引起科学界的重视。

厄斯泰德是德国化学家维勒的朋友。1827年维勒到丹麦首都拜访厄斯泰德时,厄斯泰德把制备金属铝的实验过程和结果告诉维勒。维勒回国后立即重复厄斯泰德的实验,发现钾汞齐与氯化铝反应生成灰色的熔渣,除去汞后得到的金属加热时还能产生钾燃烧时的现象,他意识到这不是制备金属铝的好办法。维勒重新设计方案,从头做起。他用热的碳酸钾溶液与沸腾的明矾溶液作用,用现在离子方程式表示该反应为:3CO32-+2Al3++3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2,将所得到的氢氧化铝经过洗涤和干燥以后,与木炭、糖、油(用这两个干嘛?我想可能是用来保护生成的氧化铝不被水解吧!)等混合,调成糊状,然后放在密闭的坩埚中加热,得到了氧化铝和木炭的烧结物,将这些烧结物加热到红热的程度,通入干燥的氯气,就得到了无水氯化铝。维勒将少量金属钾放在铂坩埚中,然后在它的上面覆盖一层过量的无水氯化铝,并用坩埚盖将反应物盖住。对坩埚加热以后,很快就达到白热的程度。当认为反应已经完成,停止加热,待坩埚冷却后投进水中,发现坩埚中的混合物并不与水发生反应,水溶液也不显碱性。说明金属钾已反应完全,剩余的银灰色粉末就是金属铝。维勒对制出的少量铝粉并不满意,他坚持把实验进行下去,不断改进制取方法。1836年维勒分离出小粒状铝。1849年又制得黄豆大的致密的铝,前后共经历了18个年头。

1854年,法国化学家(德维尔)改进维勒的方法,用钠做还原剂(换汤不换药),成功地制得成铸块的金属铝。但由于钠价格昂贵,用钠做还原剂生产的铝成本比黄金还贵得多,所以拿破仑三世为显示自己的富有和尊贵,专门订做了一个铝皇冠!德维尔实现了铝的工业化生产,尽管价格不菲,但他还是铸造了一枚铝质纪念勋章,上面铸上维勒的名字、头像和“1827” 的字样,以纪念维勒对铝的制备的历史功绩。德维尔将这枚勋章送给维勒,以表示敬意。后来他们两人成为亲密朋友。

1886年,在铝的历史上又是一个里程碑。这一年美国的大学生霍尔和法国大学生埃罗,都各自独立地研究出电解制铝法,奠定了今天大规模生产铝的基础。在美国制铝公司的展柜里,至今还陈列着霍尔第一次制得的电解铝粒;在霍尔的母校校园里,也矗立着他的铝铸像。法国大学生埃罗几乎在同时也制得铝,当他知道霍尔的发明后,毫不嫉妒,主动交流经验、切磋学问,两人也成了亲密朋友。

后来德国冶金学家维尔姆在中加入少量镁、铜,制得了坚韧的铝合金AlMgCuZnMnSi,铝合金的出现又是铝工业上一个大的发展。

近一个世纪的历史进程中,铝的产量急剧上升,到了20世纪60年代,铝在全世界有色金属产量上超过了铜而位居首位,这时的铝已不单属于皇家贵族所有,它的用途涉及到许多领域,大至国防、航天、电力、通讯等,小到锅碗瓢盆等生活用品。在医药、有机合成、石油精炼等。

铝的不当使用也会产生一些副作用:经研究,摄入过量的铝会引发老年痴呆症。同时还发现,铝对人体的脑、心、肝、肾的功能和免疫功能都有损害。因此,世界卫生组织于1989年正式将铝确定为食品污染物而加以控制,并建议成年人每天允许铝摄入量为60 mg。所以在生活中要避免使用铝制成的炊具;少吃炸油条、由铝包装的糖果等食品,少喝易拉罐装的软饮料;部分药品由含铝物质(如胃舒平,主要成分是Al(OH)3)制成,应减少服用。

(选自网络、《化学的发展词典》、百度图片,编辑整理by高中化学园,转载请注明出处。)

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