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虽然铝的蕴藏量极大,也是一种优异的材料,但是在人类的历史长河中,它一直拒绝在人类面前褪去神秘的面纱。直到1825年,铝元素才首次被人以金属形态分离出来,可以说人类与铝元素结缘至今未满200年。进入20世纪之后,金属铝的量产技术才日渐成熟,这种神秘的元素才正式得以广泛应用。
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使人类迟迟未能发现铝元素,近代才实现大规模生产铝的重要原因在于,铝原子与氧原子的结合极为牢固。约27亿年前,地球上出现了蓝藻菌,而蓝藻菌则向大气释放了巨量氧气。从那时开始的漫长岁月中,铁、铝等活泼性金属原子纷纷与氧原子结合,成为金属氧化物,存储于地球各处。在之后的岁月里,绝大多数铝一直存在于铝的氧化物中默默地等待着化学研究者再次将其还原成金属铝。
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当然,仁慈的大自然还是给天然金属铝留下了些许的伊甸园。这个神奇的地方就是位于俄罗斯堪察加半岛的托尔巴奇克山。那里的地层彻底隔绝了氧气,并在还原性火山气体的作用下形成了极为罕见的自然环境,成了金属铝硕果仅存的避难所。
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假如人类能在更早的时代掌握自然界中天量的金属铝,将其应用到武器、防具之中,很可能会彻底改写世界战争乃至人类历史的走向。铝和橡胶、塑料一样,都是战略材料,“假如那个时代有了铝……”之类的话题能令人浮想联翩。
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奇妙的材料:改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 铝是怎样被发现的?
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那么,人类又是怎样发现铝元素的存在的呢?最初,人类从明矾中提取出了金属铝。在自然界中,明矾以矿脉或者被称为“温泉汤花(即温泉中的水垢)”的方式存在,自古以来被人类当作媒染剂和鞣制剂。
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如前文所述,铝元素具有极强的亲氧性,一个铝原子能与多个氧原子结合。在作为媒染剂时,纤维中的氧原子和染料中的氧原子通过明矾中的铝原子在搭桥效果之下结为一体;在作为鞣制剂时,皮革中的蛋白质所含有的原子在明矾中的铝原子作用下结为一体,形成稳固而不易分解的分子结构。这一切都是人类凭借生活经验悟出了铝元素的特性,并加以有效利用。
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但是,想切断铝原子与氧原子的结合难度极大。法国化学家安托万-洛朗·德·拉瓦锡(1743—1794)就曾经预言明矾当中含有人类未知的元素。但是穷其一生,他也未能揭开谜底。英国化学家汉弗里·戴维(1778—1829)曾从明矾当中分离出未知金属的氧化物,因此他以明矾的拉丁语名称“alum”命名该金属为“alumium”,意思是“闪闪发光”。“alumium”后来逐渐演变为“alumine”,即铝的正式英文名称。
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拉瓦锡和戴维这两位化学天才都未能从铝的氧化物中分离出铝元素。直到1825年,丹麦化学家汉斯·奥斯特(1777—1851)才首次利用稀的钾汞齐与氯化铝反应成功得到了金属铝。但是,用这种方法获得的金属铝不仅含有大量的水银残留,而且产量非常低。在其后的几十年里,铝的价格远超今天的稀土,一度成了贵金属之王。
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安托万-洛朗·德·拉瓦锡
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汉弗里·戴维
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汉斯·奥斯特
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奇妙的材料:改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 痴迷铝的皇帝
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有位君王对铝的痴迷程度到了无以复加的地步,他就是法国皇帝拿破仑三世(1808—1873)。在1855年的巴黎世界博览会上,当时价格昂贵的铝锭上铭刻着“来自泥土的白银”的字样,和镶嵌着华贵珠宝的王冠同台展出。这种令人惊异的金属顿时就成了世界博览会的热点,令无数世人为之啧啧称奇。
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邂逅金属铝的拿破仑三世开始全力支持关于铝的研究,还在巴黎郊外专门建设了冶炼工厂。那里生产的铝除了被制成拿破仑三世的御用纽扣、折扇之外,还被制作成给皇太子玩的铝制玩具。
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