從稀有珍寶到生活伴“鋁”

乘坐新能源汽車時(shí)，一旦司機(jī)停止踩油門，你可能會(huì)感覺(jué)到，新能源汽車相比普通汽車會(huì)有更明顯的減速。這是制動(dòng)能量回收系統(tǒng)在發(fā)揮作用——當(dāng)普通汽車減速、制動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)能量通過(guò)制動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽⑾虼髿庵嗅尫拧６陔妱?dòng)汽車與混合動(dòng)力汽車上，這種被浪費(fèi)掉的運(yùn)動(dòng)能量則可以轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽?chǔ)存于電池之中。

從稀有珍寶到生活伴“鋁”

一百多年前，凡爾納在科幻小說(shuō)中描寫人們篩選制造月球炮彈的金屬，這種金屬的優(yōu)點(diǎn)脫穎而出：“它像銀一樣潔白，像金一樣永恒，有著鐵的堅(jiān)韌，又像銅一樣易熔。它提煉簡(jiǎn)單，分布極廣。最棒的是它比鐵輕便三倍。”它就是本期的主角——鋁。

化學(xué)啟蒙

·九年級(jí)化學(xué)下“金屬材料”

·鋁具有密度小和抗腐蝕等優(yōu)良性能。現(xiàn)在，世界上鋁的年產(chǎn)量已超過(guò)了銅，位于鐵之后，居第二位。

地殼中的鋁

鋁是一種化學(xué)元素，符號(hào)為Al，原子序數(shù)為13，是一種金屬元素。鋁在地殼中含量十分豐富，僅次于非金屬元素的氧和硅，排到了第三位，因此是地殼中豐度最高的金屬元素。它通常以化合物的形式在自然界的礦物中廣泛存在，比如鋁土礦和長(zhǎng)石。而那些我們耳熟能詳?shù)膶毷热缂t寶石、藍(lán)寶石、綠柱石、貓眼石中都有鋁的身影。

鋁金屬單質(zhì)的外觀呈現(xiàn)出銀白色的金屬光澤。在與氧氣發(fā)生接觸后，鋁的表面會(huì)形成致密的氧化鋁膜，這層膜可以防止它被進(jìn)一步腐蝕，因此在常溫環(huán)境中，鋁具有較好的耐腐蝕性。我們既不用擔(dān)心它像鐵一樣生銹，也不用擔(dān)心它像銀制品那樣越變?cè)胶凇?/p>

人類好伴“鋁”

鋁是一種非常輕的金屬，密度很小，每立方厘米（大約大拇指指甲蓋大小）的鋁金屬只有2.7克重量。人們喜歡將它與多種元素混合在一起，制成鋁合金，用于制造飛機(jī)、汽車、建筑材料等，能夠大大節(jié)省重量，節(jié)約能耗。

鋁具有非常好的延展性，可以加工成極薄的鋁箔，加上對(duì)人體無(wú)毒，因此常常被用于食品和飲料的包裝中。鋁的導(dǎo)熱性也十分好，因此也被用來(lái)制作炊具。可以說(shuō)，我們的身邊，鋁的身影無(wú)處不在。

今天我們提起鋁，已經(jīng)十分平常，只是生活中隨處可見的普通材料，但在歷史上，盡管鋁元素分布如此廣泛，它被發(fā)現(xiàn)的時(shí)間卻很晚。

18世紀(jì)，法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫和英國(guó)化學(xué)家漢弗萊·戴維先后分別發(fā)現(xiàn)了明礬中存在一種未知的金屬元素。戴維將這種元素命名為“鋁”，并嘗試用電解法提取出來(lái)，但他沒(méi)有成功。

1825年，丹麥科學(xué)家奧斯特和德國(guó)化學(xué)家維勒先后探索出了提取鋁單質(zhì)的方法，得到了銀白色的金屬塊兒。盡管提取出來(lái)的鋁純度還不夠高，但一直藏身于遍地礦物中的鋁元素終于被人類揪了出來(lái)。

曾比黃金貴重

由于當(dāng)時(shí)的人們還沒(méi)有找到簡(jiǎn)易的提煉方法，金屬鋁無(wú)法大規(guī)模生產(chǎn)，因此非常稀有，價(jià)格比黃金還要昂貴，只有貴族和富人才能接觸到。

1855年，在巴黎舉行的世界商品展覽會(huì)上，一小塊從黏土中提煉出來(lái)的鋁，被放在了王冠上的寶石旁邊一起展出，引起了轟動(dòng)。歐洲的君主都流行擁有一件鋁制紐扣的衣服。拿破侖三世（拿破侖一世的侄子和繼承人）為了顯示實(shí)力，將法國(guó)軍旗旗桿上的銀鷹換下，用鋁鷹代替，還給自己的近衛(wèi)騎兵隊(duì)配上了鋁質(zhì)胸甲，而其他國(guó)家的君主都負(fù)擔(dān)不起。不僅如此，為了彰顯身份，他還在宴會(huì)上為王室和貴族配備鋁質(zhì)的刀叉，自己更是使用全套的鋁制餐具，而普通的賓客只能使用銀質(zhì)餐具。1886 年，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)為表彰門捷列夫在化學(xué)領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)，特意制作了一只鋁做的天平贈(zèng)送給他。從這些故事里，我們都能窺見當(dāng)時(shí)鋁的地位。

走下神壇

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霍爾和埃魯發(fā)現(xiàn)電解鋁方法的時(shí)間前后只相差2 個(gè)月，兩人還為爭(zhēng)奪專利權(quán)而鬧上法庭。好在最后法院證實(shí)他們的研究都是獨(dú)立完成的，兩人共同享有這項(xiàng)專利。兩位青年也因此相識(shí)，建立了一生的友誼。

科學(xué)家孜孜以求的制鋁方法，最終被兩個(gè)初出茅廬的年輕人找到了。1886 年，美國(guó)奧伯林學(xué)院的霍爾和法國(guó)青年埃魯，發(fā)現(xiàn)可以熔融冰晶石和鋁礬土的混合物，制得金屬鋁，終于找到了電解鋁的簡(jiǎn)易方法，使鋁得以大規(guī)模生產(chǎn)和利用。這種方法也被命名為霍爾- 埃魯電解法。為了紀(jì)念霍爾，奧伯林學(xué)院在校園里為他用鋁鑄造了一尊人像。

物以稀為貴，隨著制鋁工業(yè)水平的不斷提高，全世界鋁的產(chǎn)量也節(jié)節(jié)攀升，鋁的價(jià)格也從云端跌落神壇。1854年，１千克鋁能賣到1200盧布，而到了19 世紀(jì)末，已經(jīng)降到了1 盧布，貶值達(dá)到一千多倍。

工業(yè)界的新星

平價(jià)的鋁讓它徹底失去了在珠寶和奢侈品領(lǐng)域發(fā)展的前途，但它巨大的實(shí)用價(jià)值被人們發(fā)現(xiàn)，很快在工業(yè)界大放異彩，成了最常用的金屬材料之一，走進(jìn)了千家萬(wàn)戶。

同樣作為輕金屬，鋁雖然比鎂稍微重一點(diǎn)，但沒(méi)有鎂那么易燃，用起來(lái)更加安全。1919 年，第一架采用鋁合金的飛機(jī)問(wèn)世。自那以后，鋁這種金屬材料就和飛行器牢牢地綁在了一起。如今，從大型無(wú)人機(jī)，到圍繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星，很多都會(huì)采用鋁合金做框架，是名副其實(shí)“帶翼的金屬”。

雖然便宜好用，鋁的開采、生產(chǎn)和加工卻要消耗很多能源，拿美國(guó)來(lái)說(shuō)，每年用來(lái)電解鋁的電力占到了全國(guó)發(fā)電量的5%，這是十分驚人的。不過(guò)，人們發(fā)現(xiàn)鋁的回收竟十分簡(jiǎn)單，能耗比生產(chǎn)鋁要低得多，于是鋁的回收成了鋁的重要來(lái)源，大約75% 的鋁產(chǎn)品都是通過(guò)回收鋁制成的。