拿破仑三世铝制餐具 拿破仑三世有一顶铝王冠 因为铝曾比金子还贵重

2017-12-20 - 拿破仑三世

拿破仑三世在举行盛大宴会时,只有王室成员和贵族来宾能荣幸地用铝匙和铝叉进餐,而地位较低的客人则只能使用普通的金制和银制餐具。那个时候,即使是皇帝也无法给每个来宾提供贵重的铝餐具。

拿破仑三世铝制餐具 拿破仑三世有一顶铝王冠 因为铝曾比金子还贵重
拿破仑三世铝制餐具 拿破仑三世有一顶铝王冠 因为铝曾比金子还贵重

当俄罗斯作家尼古拉·车尔尼雪夫斯基第一次看到铝时,他大声赞叹说:“伟大的未来属于这种金属!朋友,你看看你面前的这种社会主义的金属!”在他的小说《怎么办?》(1863年)中有一段话:

“……这间内室的建筑是那么轻,窗户之间的支柱是那么小,窗户本身则非常大、宽而高,几乎达到天花板上……但是,这些地板和天花板是什么材料做的呢?这些门和窗户的框架又是什么做的呢?是银?铂?噢!我现在知道了,萨沙给我看一块用铝做的像玻璃一样光亮的厚板。现在他们还戴着这种铝制耳环和饰针,是的,萨沙说,终有一天,铝将代替木材,甚至可能代替石头。看,这一切是多么奢侈,到处都是铝!”

当然,那个时候这一切都是想象,只有最尊贵的地方才用得起金属铝。1885年建成的华盛顿纪念碑,其顶端就是一块当时很昂贵的金属铝。

而1889年,当门捷列夫在伦敦时,英国皇家学会为了表彰他对化学的杰出贡献,不惜重金制作了一只铝杯,赠送给门捷列夫。

两个年轻人同年发明了廉价炼铝法

1884年,在美国奥伯林学院化学系,有一位叫作查尔斯·马丁·霍尔的青年学生,当时他只有21岁。一次,他听一位教授说:“不管谁能发明一种低成本的炼铝法,都会出人头地。”

这句话给霍尔留下了深刻的印象。大学毕业后的第一年,他就开始了第一次实验。他必须自己准备大部分的仪器和化学品,霍尔的姐姐尤利娅资助了他。

霍尔打算继续应用英国人戴维早期的思路:把电流通到熔融的金属盐中,可以使金属的离子在阴极上沉积下来,从而使金属离子分离出来。

问题的难点在于,氧化铝的熔点很高,大约在2050℃。经过反复尝试,霍尔发现,向氧化铝中添加冰晶石,可以将纯氧化铝的熔点降低到950℃。冰晶石在电解温度下不被分解,并有足够的流动性。这样就有利于电解的进行。

因此,霍尔发明的基本思路就是,用电子流通过一个含有氧化铝和冰晶石的电解池,由此可以在蒸馏管的底部分离出金属铝。

几年繁复的工作后,霍尔在1886年2月23日得到了他的第一个样本。开始他只能制备出球粒状的铝,后经不懈努力,最终得到了铝锭。1886年7月9日,霍尔为他的方法申请了第一个专利。

廉价炼铝方法的发明,使铝这种在地壳中含量丰富的元素,从此成了为人类提供多方面重要用途的材料。而发明家霍尔,当时还不满23周岁,这年12月6日才是他的23岁生日。非常巧合,一位与霍尔同龄的法国化学家埃鲁,也在这年稍晚些时候发明了相同的炼铝法。

霍尔与埃鲁在遥远的两大洲,同年来到人世(1863年)又同年发明了电解炼铝法(1886年)。虽然他们之间曾一度发生了专利权的纠纷,但后来却成为莫逆之交。1911年,当美国化学工业协会授予霍尔著名的佩琴奖章时,埃鲁还特意远涉重洋到美国参加了授奖仪式,亲自向霍尔表示祝贺。或许是上天的旨意,1914年,这两位科学家又同一年相继去世。难怪当后人们一提起电解炼铝法的时候,便总把霍尔和埃鲁的名字联在一起。

后来,奥地利人卡尔·约瑟夫·拜尔改进了霍尔-埃鲁法,用氧化物和硅酸盐再次清洗铝土矿,成为目前工业制铝的拜尔法。

电解法需要消耗大量的电,欧洲第一个用电解法生产铝的工厂建造在瑞士诺伊豪森附近的莱茵瀑布旁边。因为瀑布是一种廉价的动力。

淬火后的偶然事件发现了硬铝

铝这种“从黏土中提炼出来的银”的出色性能早已人所共知。铝是最轻的金属之一(铜的比重是铝的3倍,铁的比重是铝的2.9倍),其导热和导电性仅次于银、金和铜。在通常条件下,这种金属有良好的化学稳定性。它还具有良好的塑性,能被辗压成仅仅3微米厚的铝箔,或拉成比蜘蛛丝还要细的丝。

例如,27克铝就可以拉成1000米长的细丝,并且可以绕起来放进一个火柴盒里。不过,铝的强度性能不太好,这一弱点促使科学家们去探寻如何使它变得更强韧而又不削弱其良好性能的方法。

许多合金的强度往往比制造这种合金的纯金属要高得多,这一点早已为实践所证明,许多冶金学家们根据这一点开始为铝寻找合适的“盟友”,因为这些“盟友”能使铝更坚强。科学家们很快就取得了成功,而且正像科学史上所遇到的许多次事件一样,偶然性几乎起着关键作用。

那是在20世纪初的一天,德国化学家威姆试制了一种比铝坚硬的含铜、镁和锰的铝基合金,他认为淬火能使这种合金更坚硬。他把几个合金试样加热到6000℃左右,然后投入水中淬火。合金的强度是增加了,但由于用不同的试样得到的实验结果有差异,威姆开始怀疑他所用的仪器和测量精度有问题。

他花了几天时间检查仪器。在这段时间里,他把无暇过问的试样一直放在工作台上。当仪器再次准备停当时,试样变得比以前硬多了。威姆继续进行他的试验,但他几乎不相信自己的眼睛:仪器显示出的合金强度几乎比以前翻了一番!

威姆一次次地重复他的试验,他发现合金的强度都是在淬火后的五至七天连续增加的。就这样,他偶然地发现了一种令人惊愕的铝合金淬火后的自然时效现象。

威姆当时并不知道时效期间金属内部发生了什么变化,但是,他通过试验发现了合金的最佳成分,并拟订出了热处理的条件。他的方法也取得了专利权。不久他把专利权卖给了一家德国公司,这家公司在1911年生产了第一批新合金,命名为“杜拉铝”。这是用杜莱恩镇命名的,因为这个城镇最早从事铝合金的工业性生产。后来,这种合金被称之为“硬铝”。

1919年,用铝造出了第一架飞机,从此以后,铝的命运就牢固地与飞机制造业联系在一起了。铝被誉为“带翼的金属”是当之无愧的。铝把原来的“飞行书柜”一举变成了现代的巨型客机。但是,在那些年里,硬铝仍然供不应求,因此,许多轻型飞机仍然用木材制造。

不可思议

西晋古墓发现铝制品?

在一百多年后的今天,用电解法以外的其它方法生产铝仍是不可思议的。然而有个奥秘却使科学家们几乎绞尽了脑汁。

1953年3月,南京博物馆在江苏宜兴发掘了西晋周处墓。墓的主人周处死于西晋元康七年(公元297年)。周处是西晋的著名军事将领,年少时纵情肆欲,为祸乡里,后来浪子回头,改过自新,留下“周处除三害”的传说。周处的坟墓中出土了一件金属带饰。1957年第4期《考古》学报公布了这件金属带饰的化学分析结果。分析报告中说:“金属带饰内层合金的成分为,铝85%,锰5%,是以铝为主要成分的合金。”

这件事简直令人不可思议,公元3世纪,人们从哪里得来的铝?那时候的人所掌握的唯一有关电的知识只有大自然的闪电,而把闪电付诸应用是不可想象的。当时有人认为,对此唯一可能的假设是:早在那个遥远的时代,人们就已经掌握了某种生产铝的方法,遗憾的是这种方法后来失传了。

不过,1972年第4期《考古》杂志发表了夏鼐的文章。文章认为,周处墓中的金属带饰是后人带入的混入物,不是西晋墓中的原物。其理由是,周处墓在公元1350年和公元1860年先后两次被盗。1952年初此墓打开时也有闲人进去过,都可能混进近代物品,而且除这件金属带饰外,周处墓中其它的十七件完整的金属饰带,经化学分析后都证明是银。因此,周处墓中的小块铝片不能作为晋代已能生产铝的证据。

虽然科学分析可能不那么浪漫,但这则故事也不失为一个有趣的小插曲。

你知道吗

性能优良 身边处处都有铝

地壳中元素含量前八位:氧硅铝铁钙钠钾镁,其中铝排第三名,在金属元素中排第一名。铝以化合态的形式存在于各种岩石或矿石里,如长石、云母、高岭石、铝土矿、明矾石等等。

单质铝以其轻、良好的导电和导热性能、高反射性和耐氧化而著称。由于铝有多种优良性能,因而铝有着极为广泛的用途。

铝的密度很小,仅为2.7克/立方厘米。虽然它比较软,但可制成各种铝合金,如硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等。这些铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。此外,宇宙火箭、航天飞机、人造卫星也使用大量的铝及其合金。例如,一架超音速飞机约由70%的铝及其合金构成。船舶建造中也大量使用铝,一艘大型客船的用铝量常达几千吨。

铝的导电性仅次于银、铜,虽然它的导电率只有铜的2/3,但密度只有铜的1/3,所以输送同量的电,铝线的质量只有铜线的一半。铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力,而且有一定的绝缘性,所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途。

铝是热的良导体,它的导热能力比铁大3倍,工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和炊具等。

铝有较好的延展性(仅次于金和银),在100℃-150℃时可制成薄于0.01毫米的铝箔。这些铝箔广泛用于包装香烟、糖果等,还可制成铝丝、铝条,并能轧制各种铝制品。

铝的表面因有致密的氧化物保护膜,不易受到腐蚀,常被用来制造化学反应器、医疗器械、冷冻装置、石油精炼装置、石油和天然气管道等。

铝粉具有银白色光泽(一般金属在粉末状时的颜色多为黑色),常用来做涂料,俗称银粉、银漆,以保护铁制品不被腐蚀,而且美观。

铝在氧气中燃烧能放出大量的热和耀眼的光,常用于制造爆炸混合物,如铵铝炸药、燃烧混合物(如用铝热剂做的炸弹和炮弹,可用来攻击难以着火的目标或坦克、大炮等)和照明混合物。

铝板对光的反射性能也很好,反射紫外线比银强,铝越纯,其反射能力越好,因此常用来制造高质量的反射镜,如太阳灶反射镜等。

铝具有吸音性能,音响效果也较好,所以广播室、现代化大型建筑室内的天花板等也采用铝。

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