你知道地球上最多的金属是什么?

试问这世上最多的金属是什么?是最早被人类使用的铜?还是环顾四周随处可见的铁?反正可以确定不是金和银,毕竟物以稀为贵嘛!问题的答案很简单,掏出手机看看手机磨砂的金属外壳,没错就是铝了!

铝是地球上含量最丰富的金属,含量占地球质量的8%左右,主要以铝酸硅盐矿石的形式存在,还有铝土矿和各类珍贵宝石,史前人类就已经使用含铝化合物的粘土制作陶器了,可是铝金属制品却到了19世纪才被人们使用。

 

既然铝是地球上最多的金属,那么为什么人类最早使用的金属是铜而不是铝呢?因为铝十分活泼,在自然界中不存在游离态单质,铝只存在于各类矿石中,而且因为太活泼了,不像金属铜一样跟木炭粉混合后直接加热就能被冶炼出来,更别说广泛运用了。在金属铝被制取之初,铝的价格可比黄金贵多了,可见冶炼铝的难度有多大了,直到后来得以工业化生产才让铝制品变成白菜价!

铝的价格发展

关于铝在当时的珍贵还有一个小故事,传说在古罗马,一天一个陌生人去拜见罗马皇帝泰比里厄斯,献上一只金属杯子,杯子像银子一样闪闪发光,但是分量很轻,它是这个人从黏土中提炼出的新金属。但这个皇帝表面上表示感谢,心里却害怕这种光彩夺目的新金属会使他的金银财宝贬值,就下令把这位发明家斩首。从此,再也没有人动过提炼这种“危险金属”的念头,这种新金属就是现在大家非常熟悉的铝,但是在使用之初可是比黄金更加贵重!

人类正规使用铝的化合物是在16世纪,那时人们常用一种名为“结合”的矿物作为染色固定剂,这种矿物现在又叫明矾,没错就是现代用来炸油条和净水的明矾。当时的明矾广泛用于染色业和用山羊皮鞣制皮革,中世纪在欧洲好几家专门生产明矾的作坊,但是人们并不知道明矾到底是什么,更别说提取金属铝了,但是明矾却为金属铝的发现奠定了基础。

明矾

化学家帕拉塞斯(Parace/sus PA.T) 在铝的历史上做出了很多贡献。他研究了许多物质和金属,其中也包括明矾,证实它们是“某种矾土盐”。这种矾土盐的一种成分是当时还不知道的一种金属氧化物,后来发现其主要成分是氧化铝。既然知道了明矾里面可能有金属元素,正赶上电解大潮的科学家们怎么可能错过它呢!

1807年,我们的电解狂魔戴维注意到了明矾,他想把隐藏在明矾中的金属电解出来,可是他却只得到了金属钾,因为明矾中也有钾元素,同时只获得了一些其它的金属粉末,而且在空气中很快就变了了一堆白色灰烬,这可让他忧郁了好一阵子!瑞典科学家贝采尼乌斯(JonsJakobBerzelius)知道了戴维对明矾的研究,于是也进行了类似的实验,理所当然都失败了。

他们俩给这种神秘的金属取了一个名字,叫Alumium,后改成了Aluminum,正是取自他们研究的明矾Alum!这两人还真是对元素周期表情有独钟,甚至都还没有发现金属铝,就给它占了个名字流传千古!

现代工业电解铝设备

时间过去了10多年,在1825年的一天,丹麦科学家奥斯特(Hans Christian Oersted)发表文章说自己提炼出了一块从来没有见过的银白色金属,颜色和光泽很像锡,但是熔点没有锡那么低。他将氯气通过红热的木炭和铝土的混合物,制取获得了氯化铝,然后让钾汞齐与氯化铝作用,得到了铝汞齐,最后将铝汞齐中的汞蒸发出来就得到了一种金属。其实当时他也算是发现了金属铝,虽然不纯,但是好歹他的思路是完全没有问题的,可是因为发表文章的杂志不出名,他又忙于自己的电磁实验,这个发现就被忽视了。

奥斯特发现电流在磁场中受力

德国科学家维勒(Friedrich Wöhler)正好是奥斯特的好朋友,维勒得知了奥斯特对新金属的研究后对实验很感兴趣,于是他接下了奥斯特的接力棒,继续对这种神秘金属发起研究。他不断重复着奥斯特的实验,但是只能获得一些灰白色的渣渣,不能得到纯净的金属,于是维勒决定不能在这一棵树上吊死,他开始从头做起,自己设计提炼的方案。

他将热的碳酸钾和明矾反应,生成了絮状的氢氧化铝沉淀,他小心翼翼的收集起来,不断洗涤和干燥后得到了很纯净的氢氧化铝,他把氢氧化铝和木炭、油、糖等混合在一起调成糊状,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,再将这种烧结物通入干燥的氯气就得到了无水氯化铝。最后一步是将金属钾放在坩埚里,在表面加满氯化铝粉末将金属钾完全覆盖,把坩埚加热至白炽状态,反应结束后,坩埚内的混合物与水不会发生反应,说明其中的钾已经被消耗殆尽,剩下的灰色粉末就是金属铝。

提炼金属铝块

1827年末,维勒发表文章介绍自己成功提炼出了铝金属,可是当时他制取的铝基本都是小个头,大小不超过一个针头,但是他坚持把实验继续下去,经过不断的改进实验,花了接近18个年头,终于提炼出了一块致密的金属铝块!

金属铝究竟是奥斯特首次制取成功还是他的朋友维勒经过不断努力后得到,这谁也说不准,但是介于维勒对铝的制备付出的心血,后人为他用铝铸造了一枚铝质纪念勋章,上面刻上了维勒的名字、头像和“1827”的字样,以纪念戴维对铝的制备的历史功绩!

金属铝的发展

金属铝的成功出现对整个人类世界可谓是一震,铝矿的取之不尽,加上金属铝本身不生锈且轻的特点,迅速迎来了材料界的大变革。材料行业为何重要,因为人类的头脑总是领先于周围的材料,当人类想飞时,被钢铁这种又重还容易腐烂的金属限制了翅膀,直到轻盈的铝的出现打破了壁垒,让人类飞了起来。

其实直到现在也是一样的,可控核聚变获取无限能量早已是每个科学家的迫切愿望,可是其反应产生的高温没有任何一种材料可以抗下,或许不久后的某一天,一种合适的材料被人类发明出来,届时也会像人类发现金属铝一样,引来人类文明的发展新历程!下篇我们就来说一说铝的发现和运用对于人类而言有多么重要!

文章来源:知乎

作者:Abnormalize