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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 [:1700542025]
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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 第十章 创造奇迹的『轻金属』——铝
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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 [:1700542026]
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兼顾防御与机动性
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盔甲的历史可以说是一部人类孜孜不倦改良盔甲的血泪史。从最初的青铜胸甲开始，到后来的锁子甲和鱼鳞甲（用皮革绳连接鱼鳞状的金属片），人类一直在追求制造出更加轻便、灵活的盔甲。然而，随着长弓和火枪等威力强大的新型武器崭露头角，为了对抗这些武器，盔甲逐渐变成覆盖全身的厚重金属外壳，这种发展趋势导致轻便灵活的盔甲成了难以企及之物。
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被称为“最后的骑士”的神圣罗马帝国皇帝马克西米利安一世（1459—1519）自行组建了私人盔甲作坊，致力开发具有实战性的轻量型盔甲。经过多方研究，工匠们发现，将薄护板加工成波形可以提高盔甲的坚固度，利用盔甲上的凹槽抵挡敌方刀剑、弓矢的攻击，并最终研制出著名的流线型盔甲。然而，即使是这个工艺精细的马克西米利安式盔甲，其重量也超过了20千克。普通人一旦穿上，真可以说得上是举步维艰。
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马克西米利安一世
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日本的盔甲分量也不轻。对于当时身材矮小的日本人来说，这是个大麻烦。据说，日本战国时期大名今川义元刚穿上盔甲便摔了一跤，要不是别人帮忙根本无法爬起来。对于战士来说，盔甲是保障生命的防具，然而，一旦选错，盔甲反而成了催命符。
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轻质的木材和布类防御效果不好，而坚硬的铁或者青铜则太重，做成盔甲以后会降低穿戴者的机动性——这个跨越千年的难题令无数武将和盔甲匠人烦恼不已。可是，一种特殊材料能够轻而易举地解决这个问题。对于我们现代人来说，这种材料在生活中无处不在，也是本章介绍的主角——铝。
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铝的比重大约为2.70，约为铁（7.78）和铜（8.94）的三分之一。因此，用铝制成的盔甲分量很轻。虽然强度比两者略逊一筹，但是铝合金的硬度足以媲美两者。现代相当于盔甲的物品是防暴警察使用的警盾和防护服，其主要材料便是铝合金。近年来，使用透明的聚碳酸酯（PC）制作的警盾日益增加，第十一章将对此进行详述。
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铝元素是地球上极为常见的元素，在地壳中的含量排在氧、硅之后名列第三（约占地球总重量的7.56%），储量远超铁（约占4.7%）和钾（约占2.4%）。长石和云母中含有大量的铝元素，含有铝元素的化合物自然也就成了地表极其普遍的物质。
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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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