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曾經昂貴的銀色金屬——鋁

2024-01-13科學

在元素周期表中,鋁位於13號位置,是第三周期,第ⅢA族元素。其單質的外觀呈銀灰色,熔點和沸點分別為660℃和2520℃。鋁是一種輕金屬,柔軟且具有良好的延展性,無毒、無磁性,還是電的良導體。它在地殼中的含量豐富,純鋁和它的各種合金套用廣泛,從罐頭、箔紙、廚房裝置到飛機、汽車和電力電纜,無處不在。

然而,鋁的發現和套用歷史卻充滿了曲折。據記載,早在第三世紀,人類就可能已經提煉出了鋁。例如,在中國,周楚將軍的墳墓裏的金屬飾品中就含有85%的鋁。但令人驚訝的是,盡管人類很早就接觸到了鋁,但直到1827年才真正提取出純金屬鋁。這中間的失傳過程長達幾個世紀。

為何鋁的提取如此困難呢?這是因為鋁的化合物具有很弱的氧化性,使得鋁難以從其化合物中被還原出來。1825年,丹麥化學家漢斯·克海斯提安·奧斯特利用稀的鉀汞齊與氯化鋁反應,第一次分離出不純的金屬鋁。然而,真正提取出純鋁的是德國化學家佛烈德利赫·維勒。他完善了之前丹麥化學家奧斯特德提出的方法,將氯化鋁和鉀同時加熱,最終成功提取出了純鋁。

在鋁的提取方法上,還有一段有趣的歷史。22歲的美國化學愛好者察爾斯·馬丁和他的妹妹一起做實驗時,發現了一種成本低廉的生產鋁的方法。而在大西洋的另一邊,法國化學家保羅·路易·圖桑也獨立發現了這一方法。於是,這個方法後來以他們兩人的名字聯合命名為「馬丁——圖桑反應」。這種方法的基本原理是:將氧化鋁溶解在熔融的六氟鋁酸鈉(眾所周知的「冰晶石」)裏,然後透過電解混合物將鋁和氧分開來以提取出鋁。這仍然是今天大規模生產鋁的主要方法。

盡管鋁的生產在今天已經相當普遍,但在現代方法發展之前,鋁曾被視為一種奢侈的金屬。在19世紀60年代,據說拿破侖三世只給來訪的法國國王和皇後提供鋁餐具,而少數貴族只能使用金盤子。

不過,這種曾經的奢侈品現在已經走進了千家萬戶。鋁制品是可回收物,其延展性極佳,常用於制作鋁箔、糖果包裝等。鋁合金輕巧而堅固,廣泛用於建築以及航空航天領域。而且,鋁處於元素周期表中金屬與非金屬的分界線上,既可以與酸反應,也可以與堿反應,是個不折不扣的「兩面派」。

然而,值得註意的是,雖然鋁在生活中無處不在,但攝入過多的鋁元素卻可能對人體造成危害。研究顯示,過量的鋁元素會抑制免疫系統功能、擾亂中樞神經活動,甚至可能增加患艾爾茨海默病的風險。因此,我們必須合理使用鋁制品,避免超標攝入鋁元素。

總之,從古代的周楚將軍墳墓中的金屬飾品到現代的飛機、汽車和電力電纜,從昂貴的奢侈品到日常生活的必備品,鋁的故事是一個漫長而精彩的旅程。它不僅是地殼中含量最豐富的金屬元素之一,還是一種充滿潛力、用途廣泛且值得關註的重要物質。