登陆注册
32234800000036

第36章 偃师机器人之谜

史前时代,人类已经会使用含铝化合物的黏土(Al2O3·2SiO2·2H2O)制作陶器。铝在地壳中的分布量在所有化学元素中仅次于氧和硅,占第3位,在全部金属元素中占第1位。但是由于铝化合物的氧化性弱,铝不易从其他化合物中被还原出来,因而迟迟不能分离出金属铝。

最早认识铝从17世纪开始,德国化学家施塔尔首先察觉到明矾[K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O]里含有一种与普通金属迥然不同的物质。他的学生马格拉夫(A。S。Marggraf,1709~1782)在1754年从明矾中分离出矾土,即氧化铝,确定它和氧化钙不同。

意大利物理学家伏打创造电池后,1808~1810年间英国化学家戴维和瑞典化学家贝齐里乌斯都曾试图利用电流从矾土中分离出金属铝,但没有成功。贝齐里乌斯却给这个未能取得的金属先起了一个名字叫alumien。这是从拉丁文alumen而来的。在中世纪的欧洲,这个词是对具有收敛性的矾的总称。铝今天的拉丁名称aluminium正是从贝齐里乌斯的命名转变而来的。我们从它的第二音节音译为铝。

到1825年,丹麦化学家厄斯泰兹(H。C。Oersted,1777~1851)利用钾的化学活动性比铝强,试图将铝从它的氯化物中置换出来。他将氯气通过烧红的木炭和氧化铝的混合物,获得无水氯化铝(AlCl3),然后将氯化铝与钾汞齐(合金)混合加热,得到氯化钾(KCl)和铝汞齐。再将铝汞齐在隔绝空气的情况下蒸馏,除去汞,得到具有金属光泽的、与锡相似的金属。尽管产物中含有杂质,但是金属铝毕竟诞生了。

1827年,德国化学家韦勒(F。Whler,1800~1882)重复了厄斯泰兹的实验,制得无水氯化铝后将氯化铝和金属钾混合放在铂制的坩埚中,严密封盖后加热,发生激烈反应,获得灰色粉末状的铝。

1854年,法国化学家德维尔(H。S。C。Deville,1818~1881)利用钠代替钾还原氯化铝,制得金属铝并铸成铝锭。

在这以后的一段时期里,铝是珠宝店里的名贵商品,是帝王贵族们享用的珍宝。法国皇帝拿破仑三世在宴会上用过铝制的叉子;泰国国王用过铝制的表链。1855年在巴黎举行的世界商品展览会上,有一小块铝放在最珍贵的珠宝旁边,它的标签上注明:来自黏土的白银。直到1884年,美国第一任总统华盛顿(G。Washington,1732~1799)的纪念碑建立完成,碑的顶端竖立一个6磅重的装饰用的角锥体,就是用铝制成的。1889年,俄罗斯化学家门捷列夫还曾得到伦敦化学会赠送的铝和金制成的花瓶和杯子。

1886年,两位青年化学家,美国的霍尔(C。M。Hall,1863~1914)和法国的埃鲁(P。L。T。Héroult,1863~1914)分别独立发明电解熔融的冰晶石(Na3AlF6)和铝矾土(Al2O3)的混合物而制得铝,使铝得以大规模生产,奠定了今天世界各国电解铝的工业方法。

冰晶石学名氟铝酸钠,存在自然界中,但通常用氢氧化铝[Al(OH)3]、碳酸钠(Na2CO3)和氢氟酸(HF)制取。它在电解氧化铝中起、作用。由于氧化铝很稳定,直接熔融电解需要2050℃以上的高温,但在氧化铝中加入冰晶石后,只要在950℃左右就能熔化电解。

霍尔进行的实验是在1884~1886年间。当时他是美国俄亥俄(Ohio)州奥柏林城(Oberlin)奥伯林学院化学系的学生。

霍尔的成功得到他的老师、化学和矿物学教授朱伊特(F。F。Jewett)和他的姐姐朱莉亚·霍尔(Julia Hall)的鼓励和帮助。朱伊特曾赴德国跟从韦勒学习化学,韦勒在讲课时提到制取铝的试验,鼓励学生们寻找一种廉价的还原铝的方法,并指导霍尔进行化学试验。朱莉亚·霍尔先她的弟弟毕业于奥柏林学院化学系,协助霍尔在他们的家中建立起简陋的实验室,帮助霍尔进行化学实验,还保存了霍尔的实验笔记。显然,霍尔坚持不懈地进行试验和不屈不挠的精神是他取得成功的关键。

霍尔最初也曾重复试验了前人制取铝的方法,失败后才考虑到利用电使铝从它的化合物中被还原出来。他没有选用氧化铝,他知道它很难熔融。

在电解实验中,首先需要电池。19世纪80年代,在美国奥柏林这样的小城市中也不得不自己动手组装电池。他首先电解氟化铝(AlF3)的水溶液,得到的是氢气和氢氧化铝,没有任何铝的踪迹。他选择氟化铝,不用前人所用的氯化铝,是一种创新。制取氟化铝要比制取氯化铝困难,要用氢氟酸,这是一种剧毒并具有强烈腐蚀性的酸,能腐蚀玻璃,不能像盐酸、硫酸那样盛在玻璃瓶里,而要盛在用铅制成的容器里。他制取氟化铝获得成功,闯过了实验中的一道难关,也给了他继续进行实验的勇气。

霍尔在电解氟化铝的水溶液失败后,遂考虑电解熔融的氟化铝。他考虑到这样必须具备高温,普通的煤炭炉不能满足这种要求,于是不得不组装一个燃烧汽油的炉子。但是即使如此,他也未能维持氟化铝在熔融状态,原来氟化铝的凝固点在1 291℃。

要解决维持电解物质熔融状态的难题,这就迫使他找到冰晶石助熔,于是又动手制取它。1886年2月9日,他进行了电解氧化铝和冰晶石的混合熔融体的第一次实验,第二天又进行了一次实验,没有见到效果。6天后,2月16日他再次实验,他的姐姐也在场。他用石墨棒作为电极,浸入盛有熔融氧化铝和冰晶石混合物的黏土坩埚中,接通电流后,在阴极出现灰色的沉积物,而不是闪光的金属铝。霍尔认为这种灰色沉积物是来自黏土硅酸盐中的硅。于是霍尔改用了石墨坩埚,在1886年2月23日再次实验。当电流接通数小时后,在阴极出现银色的小珠球,用盐酸检验后确认是铝。他立即将产品送给他的老师朱伊特,证实是铝,霍尔获得了成功。

霍尔在取得成功后立即给他的哥哥、一位官员乔治·霍尔(George Hall)寄去一封信,报告他的发现。2月24日又寄去第二封信,详细叙述了他所发现的有关的技术资料。这些信件后来成为他优先发现电解铝在法律上获得承认的证明。

霍尔设法把他的发现投入工业生产中,一开始又遇到困难。直到1888年夏天,得到匹兹堡(Pittsburgh)还原公司创建人、工程师亨特(A。Hunt)的一笔资金,又得到工程师戴维斯(A。V。Davis)在生产技术上的帮助,更得到一座蒸汽机驱动的发电机,终于在1888年11月最后一个星期四开始了小规模的工业生产。1889年4月2日匹兹堡还原公司更名为美国制铝公司。到1907年,美国制铝公司已拥有几座生产氧化铝的矿场和三座铝厂。铝产品不断增加,铝的价格也随之不断下降。

霍尔在1885年大学毕业。1890年成为美国矿业、冶金和石油工程学会会员。1911年美国化学会和化学工程学会等团体联合授予他奖章,表彰他在应用化学方面作出有价值的贡献。不幸他在1914年12月27日因白血病逝世,享年51岁。他终身未结婚,留下500万美元捐赠给他的母校奥柏林学院,用这笔捐款在校园内建立一座礼堂,纪念他的母亲。现在,用铝铸成的年青的霍尔全身塑像仍竖立在奥柏林学院的校园内,留给后人景仰。

在霍尔获得成功的同时,埃鲁也获得同样的成功。当时埃鲁是法国巴黎矿业学院的学生,也从事制铝的研究,同样得到他的老师、法国化学家勒沙特列(H。L。Le Chatelier,1850~1936)的鼓励和指导。埃鲁在1886年4月23日取得法国批准的关于制铝的专利,于是引起霍尔与埃鲁关于铝的发明专利的冲突。美国法院在1893年判决霍尔优先,因为他是在1886年2月23日发现的,比埃鲁早两个月。埃鲁旅行到美国时,适逢霍尔接受美国化学会等团体授予的奖章,应邀参加了典礼,两人相遇,互相祝贺。这是一次很值得的祝贺,正是他们两人,把这个来自黏土的“白银”从帝王贵族们的手中传到世界各地千万人的手中。

在第一次世界大战期间,出现铝和铜、锰、镁的合金,应用在各种工业生产中,到1930年,飞机制造中应用了铝合金。至今各种铝壶、铝锅等铝制品已广泛地进入千家万户。据国外的统计资料表明,1995年美国人均消费铝达19.2千克,中国人均消费1.5千克,印度人均消费0.6千克。

同类推荐
  • 论女性

    论女性

    《论女性》一书是19世纪法国著名历史学家米什莱的作品。在米什莱的早期作品中,贞德代表了以救世为天职的女性,米什莱希望借贞德这一形象呼吁法国人民热爱祖国;在女性研究中后期,米什莱的关注力转向家庭及家庭中的女性,此时的女性开始回归家庭,通过母性照顾丈夫和孩子,并与丈夫一起构建和谐的家庭;米什莱把亦男亦女视为理想的性别,把兼具男女优秀品质的人视为完整的人,男性与女性应在现实生活中发挥各自的特质,并相互学习对方的优点相互合作。本书即米什莱女性观的集成作品,既充分表现了米什莱的女性观,又展现了19世纪浪漫主义背景下的女性状态。
  • 德国人

    德国人

    全书共分十章,分别从地理特征、历史渊源、民族特性、经济、宗教、社会保障、政府、汽车交通、教育、环境保护等方面,介绍了德国。
  • 虎之书

    虎之书

    本书包括虎年说虎、说文解虎和虎年赏虎三部分,图文并茂、雅俗共赏,从生肖、姓氏、文学、艺术、民俗等不同角度展现了虎文化与中国人生活的密切关系,展示了虎文化对中华民族的深刻影响,通过《虎之书》我们可以了解、认识老虎这个独特的文化动物,树立保护老虎的意识,领悟老虎的精神,并让这种精神成为我们前进的力量。
  • 中华成语故事

    中华成语故事

    成语,是中华民族智慧的结晶。它是以历史典故、传奇故事、寓言故事、历代典籍、诗词歌赋等为基础,表达丰富多彩的思想感情、言行举止的固定词组或短语,具有言简意赅、言近旨远、画龙点睛等特点。人们可以通过成语故事了解中华民族悠久的历史、宝贵的文化遗产、高超的智慧。学习成语,可以积累语言词汇,丰富知识;正确运用成语,可以极大增强语言的表现力、感染力和说服力。本书精心选择了常用的、故事性较强的爱屋及乌、朝三暮四、厉兵秣马、饮鸩止渴、走马看花等300多条成语,篇目编排按照汉语拼音字母顺序排列,以方便查阅。每个成语独立成篇,按照“解释”“出处”“故事”的体例编写。成语的“解释”和“出处”,以新版《辞海》《辞源》为依据,确保其准确可靠;“故事”则在不违背史实的前提下,通过适当的文学加工,铺陈故事情节,使之通俗生动,饶有趣味。
  • 启蒙年代的秋千

    启蒙年代的秋千

    《启蒙年代的秋千》描述的是1980-1990年之间的中国内地文化。对1980年代文化时段里那些有代表性的切片,或善或恶,或喜或悲,都在“当代文化的演进”这一大前提下,给出的个人评价。人们习惯上,把处于中国改革开放初始阶段的整个1980年代,称为“当代中国文化的‘启蒙年代’”。本书所记述的,就是那个年代的人与事。
热门推荐
  • 若时光眷顾

    若时光眷顾

    十年等待,却换来这般迷失自己的你。十年来脱胎换骨的我,站在世界巅峰,却不知何去何从,在我一步步踏进深渊之前,唤醒我的究竟是怎样的一个人?我,又该如何面对突如其来一系列事件?
  • 画船

    画船

    画船拥有转换时空的能力,可以随意穿梭过去、未来。
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 你不知道的事致前任

    你不知道的事致前任

    故事从女主角林雪霏被男友分手的第一天的痛苦经历讲起,她非常后悔,因为自己的固执、乱发脾气而失去一段感情。为了能挽回已经逝去的感情,她经历了改变、等待、争取等一个个孤独又难过的阶段。
  • 任侠列传

    任侠列传

    只是一部很普通的没有什么人喜欢看的武侠小说!
  • 玄神大陆1陨世龙魂

    玄神大陆1陨世龙魂

    神玄大陆上,圣光龙域遭人陷害,被九大圣地联手毁灭,圣光之剑陨落世间,龙云玄带着圣龙剑和绝学,能否重振圣光龙域。凭借圣光龙牛这一玄灵,在何时才能报仇雪恨。
  • 邪道倾城

    邪道倾城

    故事发生在一个全新的时代,这是一个片被称为衍铠大陆的时代,传说中这里的每个人都有一种奇特的体制,通过修炼都可以凝聚出一副属于自己的战铠,从而拥有近乎无限的战力。且看一个出生平民窑,丝毫不起眼的少年,如何走出一条属于自己的极限邪道。邪道,带你走进全新的玄幻世界,领略不一样的故事情节!"
  • 青青呓语

    青青呓语

    呐,没有简介,一个一个小故事,有喜有悲,有平凡也有不平凡,喜欢的小可爱动动小手收藏一下呗?解释一下作品名字,大致就是——我的胡思乱想!哈哈哈哈哈哈嗝新手上路请多关照?(笔名原来是:亲亲楠宝,嗝)
  • 聊斋之古武炼气士

    聊斋之古武炼气士

    龙家世代官宦之家,只因易经里的一个修炼功法被害的家破人亡。龙飞羽从来胸无大志,从来也没想过成佛做祖。可是生在世间为人不易。这个世界人不像人,鬼不像鬼。神不像神,仙不像仙。这不是我想要的世界……龙飞羽
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!