霍尔和埃卢分别发明了电解铝生产?

现代制铝方法出现在史前时期,人们已经用含铝粘土烧制陶器。铝在地壳中的分布在所有化学元素中仅次于氧和硅,在所有金属元素中居首位。但铝由于氧化能力强,不易还原,发现和制造较晚。

在西方,对铝的了解始于17世纪。德国化学家施塔尔(1660-1734)首先注意到明矾(K2SO4?硫酸铝?24H2O)含有一种与普通金属非常不同的物质。他的学生Magraff (1709-1782)在1754从明矾中分离出Al2O3ina,并确定它不同于氧化钙。

1800年,意大利物理学家伏打发明电池后,英国化学家大卫和瑞典化学家贝采利乌斯都试图用电解的方法将铝从铝土矿中分离出来,但都失败了。另一方面,大卫把这种高不可攀的金属命名为铝,这个名字来自拉丁语aluminium。在中世纪的欧洲,这个术语是收敛明矾的通称,收敛明矾指的是给棉花染色的媒染剂。我们从它的第二个音节把它音译成铝。

1825年,丹麦药剂师汉斯·克里斯钦·奥斯特(1777-1851)发表了制造铝的过程:氯气通过烧红的木炭和氧化铝的混合物,得到三氯化铝,然后与钾汞齐混合加热,得到氯化钾和铝汞齐,然后将铝汞齐保存在密闭的地方。

1827德国化学家弗里德里克W?Hler,1800-1882)重复了奥斯特的实验。他按照奥斯特的方法制造三氯化铝,然后用钾代替铝,再把氯化铝和金属钾放在坩埚里,密封,加热,剧烈反应。坩埚冷却后,内含物中有灰色的铝粉。

到1854年,法国化学家亨利·蒂恩·圣克莱尔·德维尔(1818-1881)用金属钠代替钾还原氯化铝。他先从含铁的铝土矿中提取氧化铝,然后将氯化铝与木炭和盐混合,与氯气反应生成NaCl?AlCl3复盐,这种复盐中的AlCl3被钠还原生成铝锭。

当时铝比铁和铜贵,因为它的制备成本高,提取麻烦。有一段时间,铝是珠宝店里的商品,是帝王贵族的宝贝。法国皇帝拿破仑三世在宴会上使用铝叉,泰国国王使用铝链。1855年,在巴黎举行的世界商品博览会上,珠宝旁边放了一小块铝,标签上写着:“来自粘土的银”。直到1884年,美国第一任总统乔治·华盛顿(1732-1799)纪念碑建成,纪念碑上竖立着一个重6磅(约2000克)的装饰金字塔,由铝制成。1889俄罗斯化学家门捷列夫(дмитрийивановичмн)

1881年,英国人詹姆斯·弗恩·韦伯斯特获得了工业生产铝的专利。他在Birminghan附近建了一个工厂,每周生产大约20吨。1883年,他把产品送到印度加尔各答国际博览会,获得两枚金牌,但他对生产保密。

20世纪50年代,中国出版的一些科学杂志和报纸发表了关于中国古代劳动人民首次生产铝的文章。事情是这样的,1956年,我国考古工作者在江苏宜兴县发掘金代大将周初(242-297)的墓葬,发现淤泥中散落着20多块镂空花纹的金属板。经过南京大学化学系、中科院应用物理研究所和清华大学化工系的科学家分析,确定其中有一两种是铜铝合金。它含有85%的铝,10%的铜和5%的锰,所以科学史上有研究者判断,在公元297年之前,或者公元3世纪之前,我们的祖先就已经在使用铝了,于是有人在报刊上发表了这种观点的文章。

也有一些人持不同意见。为什么被分析的饰品只有一两件含有铝,而其他的都是银的?如果晋代就已经有铝的生产了,为什么晋代以后还没有发现?甚至有人提出,中国的科技不可能在3世纪从化合物中还原铝,应该现实地考虑这个问题。最后,考古学家夏鼐在《考古》杂志第4期1972上发表了《金周墓出土金属带再鉴定》一文,认为金代墓中发现的小块铝片有混入后世的嫌疑,绝不可能作为金代现存金属铝的物证。

现代铝是两个大学生在1886通过实验研究成功创造的。

这两个大学生中有一个叫查尔斯·马丁·霍尔(1863-1914),是美国俄亥俄州奥柏林大学的化学系学生。他受到了老师朱厄特(1844)的影响。)教授的鼓励,寻找电解制铝的方法。朱厄特在德国跟随威勒学习,对铝生产有浓厚的兴趣。

从65438年到0884年,霍尔开始在朱厄特的实验室里做实验。他自己做了电池,用危险的氢氟化物制成氟化铝,然后电解氟化铝的水溶液,得到氢气和氢氧化铝。

1885年6月,霍尔大学毕业后,继续在家里堆柴火的棚子里进行实验。在学过化学的姐姐朱莉娅·霍尔的帮助下,霍尔改用熔融冰晶石(AlF3?3NaF)作为溶剂,将氧化铝溶解并电解。从1886年2月9日开始,进行了多次实验,直到2月23日阴极出现银白色金属球,经盐酸检验确定为铝。

霍尔知道,一项重大发现或发明需要间接证据。在1886成功后,他立即给他的兄弟(一名政府官员)写了一封信,描述了他发现的科技信息。这封信后来在法律上证明了他优先考虑通过电解发现铝。

维奈·库马尔,琳达·米勒斯克尔。查尔斯·马丁·霍尔和伟大的铝革命。化学教育学报,1987,64(8).

65438+2009年20世纪60年代出现的发电机,使铝得以大规模电解生产。1888年,霍尔在工业巨擘阿尔弗雷德·亨特船长的支持下,开始投资小规模工业生产。1889年成立美国铝业公司,1889年4月2日获得铝生产工艺专利。到1907,美国铝业公司已经拥有了几个生产氧化铝的矿山和三个生产电解铝的工厂。铝价从500美元/磅大幅下跌至1884的8美元/磅,1886的5美元/磅,1888+0美元/磅,1893和65433的0.70美元/磅。根据霍尔创造的铝的现代工业制造方法,这种金属已广泛应用于家庭、工业和交通运输。图25-1是一座现代化的铝电解炉。

在电解过程中,按时加入氧化铝,并释放出生成的金属铝。所用的冰晶石是通过将氢氟化铝和碳酸钠溶解在氢氟酸中制备的;

天然含铁铝土矿通常含有40%~60%的Al2O3,其余为SiO2、Fe2O3等杂质。杂质必须用化学方法除去,即铝矾土加碱加热时,氧化铝会变成铝酸盐并溶解,然后通入二氧化碳气体,氢氧化铝沉淀出来。

另一个创立电解法制的大学生是法国圣-巴尔贝学院的保罗·路易·图桑·赫罗(1863-1914)。从15岁开始,他阅读了德·维尔关于铝生产的理论,得到了铝生产的思想。后来,他得到了一个皮革厂的遗产,里面安装了一台发电机。他开始电解各种铝化合物,最后想出了和霍尔一样的电解铝生产方法,只比霍尔晚了两个月。他只是取得了发明专利,将专利权转让给他人,自己并没有参与工业生产。

1911年,美国化学学会和化学工程学会授予霍尔一枚伯钦勋章(纪念英国工业化学家伯钦)。埃卢特地漂洋过海来到美国祝贺霍尔。真巧,这两个大学生同年生同年死,同年成功创造了电解铝生产的方法。

霍尔从未结婚。他死后,留下一百万美元捐给母校。为了纪念他的母亲,校园为霍尔建造了一个礼堂。今天,一座年轻霍尔的全身铝雕像(图25-2)仍然矗立在奥柏林大学的校园里,留给人们去瞻仰。