登陆注册
10506300000015

第15章 助熔剂的发明

《南方周末》报在1997年11月28日刊登了名为《“地下黄金基地”揭秘》的文章。

文中说:“……几百度的温度可以熔真金?在这里可是千真万确的事:尽管黄金熔点在摄氏二三千度以上(应为1064℃——引者),但当地人配制了一种药水加入坩埚,几百度足以熔化真金。”这段话给我们提出了一串问题:高熔点的物质在低于熔点的温度时能熔化吗?如果能,那是为什么,又是用的什么办法?通过下面铝从“贵族”到“平民”的故事,可以回答这些问题。

19世纪的一天,法国皇帝拿破仑三世在宫廷中举行盛宴。客人面前都摆上了精致的银餐具,它们在明亮的烛光下闪闪发光。可是,客人们奇怪地注意到,惟独皇帝面前的餐具却少有光泽。客人们对此议论纷纷,窃窃私语。拿破仑三世见到这种情况,意识到这是自己的餐具与众不同,便告诉大家,这套餐具是用一种新的金属——铝制成的,由于它的价值超过金银,所以不能让客人都用上它。“啊!铝!”人们顿时兴奋起来。宴会的高潮到来了:客人们举起自己的银杯,幸运地与皇帝的铝杯相碰,共饮佳酿。

是的,当时由于不能大量生产铝,所以价格为2000法郎/公斤,超过了黄金。拿破仑三世还曾专门下旨将军队战旗上的金星改为铝星,以炫耀他的富有。俄国沙皇为了表彰门捷列夫发现元素周期律的功绩,授予他的最高科学奖奖杯不是金杯而是铝杯。门捷列夫发现元素周期律是1869年,而得到承认则是在几年以后,可见直到19世纪70年代,铝在俄国仍然是“贵族”。

那么,为什么当时人们“厚铝薄银”将铝视为“贵族”呢?这还得从铝的提炼说起。铝是地壳中含量很多的金属,占地壳总质量的7.45%,比铁还多出60%。但是,由于铝的性质活泼,与氧结合成氧化铝即三氧化二铝,不容易把它从中分离出来,所以直到19世纪以前,人们还没能发现铝。

最先发现和提出纯铝的人是丹麦物理学家奥斯特。他将氯气通过烧红的木炭和三氧化二铝的混合物,得到氯化铝。然后与钾汞齐作用得铝汞齐,再将铝还原出来并隔绝空气蒸馏,除去汞,就得到纯铝。他的实验结果发表在一本丹麦杂志上,但因这个杂志名气不大,加上没有署上他的大名——他于1820年因发现电流的磁效应而闻名于世。所以这一实验成果被忽略,以致许多科技文献上都说铝的发现者是维勒。

1827年,德国化学家维勒曾就提炼铝的问题去哥本哈根拜访过奥斯特。奥斯特将提炼铝的方法告诉了维勒,还说自己并不打算进一步进行试验。不过,维勒对此却兴趣盎然,一回到德国就全力以赴进行试验,终于在年底就制出了纯铝。不过,他的方法不同于奥斯特,他是用钾还原无水氯化铝制得纯铝的,他还弄清了铝的主要物理性质。因此,1827年被认为是铝的发现年代。后来在1845年,他终于制得了一块铝,而此前他制得的铝一直是一些粉末。

作为一国之尊的皇帝,竟不能让客人们都用上铝制餐具,这使拿破仑三世深感遗憾。为此,他找来本国化学家德维尔(A.E.Deville),对他说:“先生,您是否能找到一种大量、廉价的制铝方法,使我的客人都用上铝制餐具,甚至使我的卫兵也戴上铝头盔呢?”他拨给德维尔大量的研制经费。1854年,德维尔不负圣望,终于用钠代替维勒的钾也制得了钝铝。这使铝的价格略有下降。铝的小批量生产开始了。1855年,在巴黎举行了一次世界博览会,在展厅里最珍贵的珠宝旁,就放着一块铝,它的标签上写着:“来自黏土的白银”,它就是德维尔炼出的铝。

德维尔的炼铝为法国皇帝带来了极大的荣誉。拿破仑曾骄傲地说:“铝是法国人发现的!”

但德维尔却心中有数,他亲手用铝铸了一枚纪念章,上面刻着维勒的名字、头像和“1827”这个年代,作为礼物郑重地送给他的德国同行和发现铝的先驱维勒。两人从此成了好朋友。德维尔不掠人之美、实事求是的精神和两位不同国度化学家的真挚友谊一时传为佳话。

不过,此时铝的价格并未在全世界降下来。生产铝的原料氧化铝随处可见,价格低廉,但由于生产方法、技术落后,以致铝还是“贵族”,这使当时的化学家们脸上无光。如何将这“贵族”变成“平民”,便成为当时化学家们的重大科研课题。

在这一课题上取得重大突破的是两位不同国度的大学生。

美国化学家查尔斯?马丁?霍尔(1863~1914)从小就是一个科学迷。他在幼年还认不全书上的字母时,就曾把父亲的化学教科书翻开来放在地板上煞有介事地仔细“阅读”。青年霍尔就读于奥柏林学院时是个全面发展的学生,对化学更情有独钟。因此,他的化学教授特地为他在实验室里安排一个位置,以便更好地指导他学习化学。这时,炼铝的方法已发展到电解氯化铝的时代,但这种方法仍不能从根本上大量制铝而大幅降低成本。因此,他毕业后,就在家中布置了一个简陋的实验室,继续研究制铝的新方法。最终于1886年发明了能大量制铝且生产成本很低的炼铝法——电解熔盐制铝法。

电解熔盐制铝法的主要原料是氧化铝,将其熔化,再经电解而在阴极上得到纯铝。所以成功的关键是降低氧化铝的高达2072℃的熔点。因为要达到这么高的温度和在这么高的温度下进行电解,无论在设备上还是在技术上都有难以逾越的障碍。因此,霍尔设想加入另一种物质来降低这一温度。经过多次实验之后,终于找到了一种含铝的复盐——冰晶石作为电解时的助熔剂,使氧化铝在较低温度(仅约1000℃)下就能溶解于熔化的冰晶石中进行电解。这就攻克了电解熔盐制铝法的最大难关,使其在设备、技术上都切实可行,生产成本也大大降低。

此法的又一好处是,由于铝的熔点仅为660℃,所以在约1000℃的电解槽阴极得到的铝是液态的,这样就便于定时放出直接铸成铝锭。

1886年2月23日,他来到他在奥柏林学院读大学时代的化学老师的实验室,高兴地向老师展示用新方法得到的12颗晶亮的金属铝小球,以此感谢恩师。后来,他又进一步改进了自己的方法,并向美国铝业公司出卖了当年发明的这一方法的专利。该公司很快生产出价格较低的铝制品供人们使用。从此,铝从“贵族”变为“平民”,而该公司至今还存有霍尔最先制得的几块铝。

为了表彰霍尔对炼铝法的改进所作的贡献,奥柏林学院在院内建立了世界上第一个用铝铸造的塑像——霍尔像。

同年,另一位大学生、后来成为法国化学家的保尔?路易?托圣特?赫洛特也几乎同时独立发明了与霍尔相同的炼铝法,且于同年取得专利。

霍尔和赫洛特所发明的方法叫“助熔剂”法。助熔剂的发明,不但解决了铝的生产成本高的问题,更重要的是使铝成为一种重要的原料;而且这一方法还为人们指明了一条新路并得到广泛应用:借助于某一“秘方”——即助熔剂就可让高熔点的物质在较低温度下熔化,正如本故事开头所说的“当地人”加“药水”那样。

不过,铝的价格并没有在1886年立即在全世界降下来。例如,此时泰国的国王还用着铝制的表链,1889年英国皇家学会对门捷列夫发现元素周期律表彰时,发的珍贵纪念品还是用了铝和金制成的一台天平。

1887年,赫洛特和同胞基里亚尼设计了第一台大型电解装置,为大量生产铝提供了方便。真正大量生产、应用铝始于19世纪末叶。1890年~1900年间,各国相继开始将铝用于电气工业和造船工业。从此,铝彻底成为“平民”。

1906年,德国学过农业和化学专业、并干着冶金工作的化学家阿尔福雷德?维尔姆(1869~1937)发现在铝中加入少量的铜可大幅度提高铝的硬度,加入镁、锰也有这种作用。“硬铝”——又叫“坚铝”,含铝94%的铝和少量铜、镁、硅,便由他在1911年制成。因德国杜拉最早将“硬铝”投入工业生产,故又称“杜拉铝”。

“硬铝”的发明,不但克服了纯铝的硬度、强度低的缺点,使铝的“轻”(密度小)和“强”在“硬铝”施展出来,为其应用开拓了广阔的天地。例如1919年就出现了第一架用“硬铝”制成的飞机,使铝成为航空业不可或缺之物;而且还为制造铝的其他合金开了路,今天我们几乎被铝包围便是明证——铝成为现代工业、农业、生活、科研不可或缺之物。

不过,铝过量进入人体,有可能对人产生危害。例如脑损伤、记忆力衰退等。虽然这些说法仍未得到普遍公认和长期实践检验,但世界卫生组织还是建议每人每天的铝摄入量应小于1毫克/千克体重。少吃油条、粉丝、凉粉、油饼、易拉罐装的软饮料等含铝多的食物和铝锅炒出的饭菜,是减少铝摄入量的有效方法。

助熔剂的发明,使廉价的原料氧化铝成为用途广泛的、价格低廉的金属铝,可见科学发明是多么巨大地改变着人类的生活啊!

广义的助熔剂是指能降低其他物质软化、熔化或液化温度的物质。因此,除上述这类在冶金中利于熔炼或精炼金属的助熔剂外,还有在化学分析中使不溶性物质变为可溶性物质这类助熔剂,和在焊接工艺中的焊剂这类助熔剂。

故事开头的问题可以回答了。“真金不怕火炼”的原因是,通常的柴火温度仅几百摄氏度,远低于金的熔点。所以它能“烈火烧身若等闲,金光闪耀在人间”。但若用了助熔剂,就能使它在几百摄氏度时熔化而“真金也怕火炼”了。

同类推荐
  • 驭海史话

    驭海史话

    本书讲述了人类行为对海洋中数以万计的居民的生活环境造成的冲击与影响。书中研究了人类与海洋过去和现在的联系,主要阐述了人类对海洋生命及栖息地造成的负面影响。其中包括大气和海洋的污染以及商业性的捕鱼等,导致濒临灭绝的海洋生物种类不断增加,使得巨大的海洋资源被人为的破坏。书中呼吁人类与海洋应该健康和谐地共处,保护这个看似强大实则脆弱的海洋生态。
  • 保护我们共生的故土(科普知识大博览)

    保护我们共生的故土(科普知识大博览)

    要想成为一个有科学头脑的现代人,就要对你在这个世界上所见到的事物都问个“为什么”!科学的发展往往就始于那么一点点小小的好奇心。本丛书带你进行一次穿越时空的旅行,通过这次旅行,你将了解这些伟大的发明、发现的诞生过程,以及这些辉煌成果背后科学家刻苦钻研的惊心时刻。
  • 物理常识速读(速读直通车)

    物理常识速读(速读直通车)

    物理学从词义上看感觉高深莫测,是个很难理解的东西,但它确是与我们的生活息息相关,联系最紧密的学科!同样是声音,为什么有的愉悦心情,但有的却让人心里烦闷?为什么早晨温度低,中午温度高?爆米花“膨胀”的原因是什么?下过大雪后为什么太寂静?这种在日常生活中的无所不在、无处不见的疑问,我们一起来探索其中的奥秘!
  • 不能不知的1000个最基本的文化常识

    不能不知的1000个最基本的文化常识

    《不能不知的1000个最基本的文化常识》可以让你轻松获得丰富知识,开拓你的人生境界,浓缩古今中外文化精粹1000条中外优秀文化常识。无论是朋友聚会,还是在社交场合;无论是谈情说爱,还是商务交际;懂得这些常识,将会加倍彰显你的文化底蕴,提升你的档次!
  • 精彩绚丽的宇宙时空(科普知识大博览)

    精彩绚丽的宇宙时空(科普知识大博览)

    要想成为一个有科学头脑的现代人,就要对你在这个世界上所见到的事物都问个“为什么”!科学的发展往往就始于那么一点点小小的好奇心。本丛书带你进行一次穿越时空的旅行,通过这次旅行,你将了解这些伟大的发明、发现的诞生过程,以及这些辉煌成果背后科学家刻苦钻研的惊心时刻。
热门推荐
  • 谁倔强了一世花开

    谁倔强了一世花开

    三年前一个不明不白的案件让她们散场,也让她与他还没有在一起就分离。三年后,他重回故地,却是失忆。慕沥雨三年苦苦的等待是否能迎来他的执手相依,她昔日好友口中的希望,她是否能迎来成功。一路上的挫折,未能将她打倒。她从来不信邪,所以她为了正义从不肯向挫折低头。别人都说她很倔强,是的,她很倔强,倔强到全世界都说不,她非要说行。
  • 异界国之守护

    异界国之守护

    空瞳立世,天之将变;梦幻花开,乾坤倒转;灭世一出,武战长空;苍穹再现,尽皆虚无。
  • 轮回之清衣行

    轮回之清衣行

    他曾是守护神界的根基女娲神殿的大神,因一次神界大乱,神殿内五件神器遗落人间,他自罚下界,寻回神器,却因那次神界大乱给三界九重未来埋下灭顶之灾。下界后的他,竟然将一切忘得干干净净。最后一个梦,他潜藏的意识模模糊糊的将一切重新输回的的记忆中。下界后的他潜意识的将其化作一个很怪的梦。冥冥之中这一切早便是安排好了。这个少年居然想逆天行事。本文就是讲述这个下界的神的故事。说声不好的,因为这两天我的病情加重,没时间更文,也心情去更文。
  • 窃国风云

    窃国风云

    一不小心成为广东十虎之一黎仁超的儿子,江湖与官场,他该何去何从?这是一个由社团转为财团的故事,这是一个窃取数国之权柄的故事,东朝南越,西亚北俄,乃至大洋彼岸的南北美洲,只要有华人的地方,就有黎家背后的操纵——慢热爽文尽在《窃国风云》
  • 星海战魂

    星海战魂

    我们的每一丝灵魂都因战斗而沸腾,我们的每一滴热血都抛洒着一段传奇。我们是宇宙中的战士,为战而生,即使是死也要战下去,因为这是我们的使命!我们是沉睡于星海中的战魂,都等待着那一天——吾主的归来!
  • 仙人必须死

    仙人必须死

    青山小城,南风小筑;静水流深,沧笙踏歌;三生阴晴圆缺,一朝悲欢离合,一座城里锁了一个人。一段可悲可泣可叹可恨可笑的修仙史。总以为自己总将刀枪不入,到头来还是不堪一击。有朝一日,天赐辉煌,我若得道,仙人,必、须、死!
  • 紫瞳蓝梦

    紫瞳蓝梦

    那一抹眼中闪过的忧伤,蓝紫的双色瞳。一座冰山为她而融化,一轮明月为她而照亮,一对妖花为她而倾城。谁能抚慰她的心痕,打开她的心扉。她又该如何抉择?
  • 狼心劫

    狼心劫

    没有华丽的招式,没有帅哥靓女,有的,只是一种执念,一份热血。
  • 重生之公主归来

    重生之公主归来

    皇后嫡出、当朝公主、皇帝唯一的子嗣,当之无愧的天之骄女。本该过着万千宠爱于一生的郝连嬛却因所爱非人,生生将一手绝世好牌打烂——结发十年的男人因一个卑贱到她连名字都不曾记住过的宫女亲手喂毒置她于死地,生生将她推入了地狱。当凤凰涅火重生归来,她发誓改变命运,不再动情,骄纵肆意、任性妄为、睥睨天下,才是她应该过的日子!前世渣男?渣男心中那朵白莲花?呵呵!同坠地狱吧!?“为什么?”为什么?为什么要如此处心积虑的置我于死地?“你记得死在挽秀宫的那个宫女棋染吗?我爱她。”他的话像把刀,狠狠的刺在我的心尖上,让我的心在瞬间鲜血淋漓。他爱她,那么我呢?
  • 沟通的艺术

    沟通的艺术

    在《沟通的艺术(白金版)》中,编者介绍了十多种沟通艺术,涵盖了生活中的方方面面,这其中包括:求人办事当中的沟通艺术;谈判当中的沟通艺术;职场当中的沟通艺术;打电话时的沟通艺术;谈恋爱的沟通艺术;美满婚姻的沟通艺术;以及与朋友之间的沟通艺术;与陌生人之间的沟通艺术;亲子之间的沟通艺术等等。《沟通的艺术(白金版)》的作者是马银春。