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曾经昂贵的银色金属——铝

2024-01-13科学

在元素周期表中,铝位于13号位置,是第三周期,第ⅢA族元素。其单质的外观呈银灰色,熔点和沸点分别为660℃和2520℃。铝是一种轻金属,柔软且具有良好的延展性,无毒、无磁性,还是电的良导体。它在地壳中的含量丰富,纯铝和它的各种合金应用广泛,从罐头、箔纸、厨房设备到飞机、汽车和电力电缆,无处不在。

然而,铝的发现和应用历史却充满了曲折。据记载,早在第三世纪,人类就可能已经提炼出了铝。例如,在中国,周楚将军的坟墓里的金属饰品中就含有85%的铝。但令人惊讶的是,尽管人类很早就接触到了铝,但直到1827年才真正提取出纯金属铝。这中间的失传过程长达几个世纪。

为何铝的提取如此困难呢?这是因为铝的化合物具有很弱的氧化性,使得铝难以从其化合物中被还原出来。1825年,丹麦化学家汉斯·克海斯提安·奥斯特利用稀的钾汞齐与氯化铝反应,第一次分离出不纯的金属铝。然而,真正提取出纯铝的是德国化学家弗里德里希·维勒。他完善了之前丹麦化学家奥斯特德提出的方法,将氯化铝和钾同时加热,最终成功提取出了纯铝。

在铝的提取方法上,还有一段有趣的历史。22岁的美国化学爱好者查尔斯·马丁和他的妹妹一起做实验时,发现了一种成本低廉的生产铝的方法。而在大西洋的另一边,法国化学家保罗·路易·图桑也独立发现了这一方法。于是,这个方法后来以他们两人的名字联合命名为「马丁——图桑反应」。这种方法的基本原理是:将氧化铝溶解在熔融的六氟铝酸钠(众所周知的「冰晶石」)里,然后通过电解混合物将铝和氧分开来以提取出铝。这仍然是今天大规模生产铝的主要方法。

尽管铝的生产在今天已经相当普遍,但在现代方法发展之前,铝曾被视为一种奢侈的金属。在19世纪60年代,据说拿破仑三世只给来访的法国国王和皇后提供铝餐具,而少数贵族只能使用金盘子。

不过,这种曾经的奢侈品现在已经走进了千家万户。铝制品是可回收物,其延展性极佳,常用于制作铝箔、糖果包装等。铝合金轻巧而坚固,广泛用于建筑以及航空航天领域。而且,铝处于元素周期表中金属与非金属的分界线上,既可以与酸反应,也可以与碱反应,是个不折不扣的「两面派」。

然而,值得注意的是,虽然铝在生活中无处不在,但摄入过多的铝元素却可能对人体造成危害。研究显示,过量的铝元素会抑制免疫系统功能、扰乱中枢神经活动,甚至可能增加患阿尔茨海默病的风险。因此,我们必须合理使用铝制品,避免超标摄入铝元素。

总之,从古代的周楚将军坟墓中的金属饰品到现代的飞机、汽车和电力电缆,从昂贵的奢侈品到日常生活的必备品,铝的故事是一个漫长而精彩的旅程。它不仅是地壳中含量最丰富的金属元素之一,还是一种充满潜力、用途广泛且值得关注的重要物质。