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鋁是當今用途最多、最普遍且最廉價的金屬,而就在僅僅150 年前,它還被認為是一種稀有且昂貴的元素。

很難相信鋁曾經比金還貴。19 世紀中葉時,為了給客人們留下深刻的印象,拿破崙三世在國宴上擺出了全套的輕巧鋁製餐具。

拿破崙三世和他喜愛的鋁製品

儘管第 13 號元素鋁是地殼中最豐富的金屬(含量約為8%),且存在於超過 270 種不同的礦物中,但由於它對氧的高親和性及其氧化物和矽化物良好的化學穩定性,使得很長一段時間人們都無法獲得單質鋁。直到 1827 年,德國化學家維勒製備出第一個純鋁樣品,他也是開始研究鋁那迷人的物理和化學性質的第一人。

維勒

1854 年,法國化學家亨利·聖克萊爾·德維爾(Henri Sainte-Claire Deville,1818—1881年)開發了一種可以大規模製備鋁的方法。很快,他又出版了第一本極為全面地描述鋁的製造、特性和新興應用的書籍。這種新型金屬的誘人特性很快被研究清楚,包括低密度、高抗拉強度和延展性、良好的導熱導電性,以及卓越的抗腐蝕性。

亨利·聖克萊爾·德維爾

凡爾納在 1865 年寫成的小說《從地球到月球》中生動地寫道:“這種寶貴的金屬具有銀的潔白、黃金般的堅不可摧、鐵的韌性、銅的可熔性以及玻璃的亮度。它易於被製造,分佈廣泛,是大多數岩石的基礎成分,且比鐵輕三倍,似乎就是為了給我們提供月球炮彈的材料而生。”但那個時候鋁的價格仍與銀差不多。高價阻礙了鋁的大規模應用,同時也促使人們去尋找一種更經濟的製備工藝以替代舊方法。

到了 1886 年,美國人查爾斯·M. 霍爾(Charles M. Hall)與法國人保羅·埃魯(Paul Héroult)幾乎同時獨立研究出了將氧化鋁溶解在熔融冰晶石中並電解以製備鋁的方法。著名的德國化學和製藥公司拜耳的創始人之子、奧地利化學家卡爾·約瑟夫·拜耳(Karl Josef Bayer)在幾年後就開發出了一種從最重要的鋁礦石——鋁土礦中提取和純化氧化鋁的高效工藝,這使 Hall–Héroult 電解鍊鋁法變得經濟可行。

到 20 世 紀 60 年代早期,鋁超越銅成為世界上最廣泛使用的有色金屬。鋁及其合金的應用範圍非常廣泛,從建築和運輸行業,到電線、包裝材料、炊具和許多其他家庭用品的製造。這一無處不在的金屬的另一個重要特性是易於回收利用,這種特性具有重要的經濟和環保價值。將鋁二次回收所耗的能量大約僅為從鋁土礦中提取新鋁金屬所消耗能量的 5%,同時這還可以減少垃圾填埋佔據的空間,並減少溫室氣體的排放。

鋁型材

與純鋁的短暫歷史大不相同的是,含鋁化合物早就為人所知。在古希臘和古羅馬,明礬——十二水合硫酸鋁鉀就被用作止血劑和染色劑。氯化鋁作為常見的路易斯酸,廣泛應用於Friedel–Crafts 醯基化和烷基化反應。鹼式氯化鋁則是許多抑汗劑中的活性成分。

種類日益增多的鋁配位絡合物的存在給鋁金屬的化學帶來了許多新進展,這些絡合物將在催化和有機合成領域大展身手。其他較為活躍的研究領域包括製備包含金屬有機形態和類金屬簇在內的罕見一價鋁化合物,合成可有效破壞有機磷神經毒劑和殺蟲劑的 Schiff 鹼衍生物。

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