A. 是誰首次提煉出金屬鋁並將其生產工業化
對天馬行空補充
鋁在歷史上曾非常稀有，因而也極其貴重。100多年前，為了表彰門捷列夫對化學的傑出貢獻，英國皇家學會不惜重金製作了一個比黃金還要貴重的獎杯──鋁杯，贈送給門捷列夫。法國皇帝拿破崙三世為了顯示自己的尊貴，用鋁作了一頂頭盔，成為轟動一時的新聞。每逢盛大國宴，別人都用銀制餐具，而他獨自使用一套鋁制餐具。這都說明在100多年前，鋁是一種極其昂貴的「稀有金屬」。
其實，地殼中鋁並非稀有，恰恰相反，鋁是地殼中含量最多的金屬元素，佔地殼總量的7.45%，比第二位的鐵元素差不多多一倍。隨便抓一把泥土，裡面就可能有許多的鋁(三氧化二鋁)。長石、雲母、高嶺土、鋁土礦等含鋁的化合物廣泛存在於沙灘、泥土和岩石中。但由於鋁的化學性質活潑，不易還原，因而鋁的冶煉比較困難，故鋁的利用比金、銀、銅、鐵等晚得多。
一般認為地球上沒有天然鋁。但是，1953年，江蘇宜興發掘的晉代名將周處的墓穴中，發現他的遺骨腰部有一金屬腰帶，經鑒定為由含鋁85%的鋁合金製成，這使全世界大吃一驚，並形成對立的兩派意見:一派認為中國人當時就知道煉鋁的方法，比西方早1000多年，不過後來失傳了；一派認為根據當時科技發展的狀況，人類絕不可能煉出鋁來，懷疑其中「有詐」。1978年，蘇聯科學家在西伯利亞發現了天然鋁，含量高達98%，但這一發現未得到公認。1983年4月，我國廣西某花崗岩層中又發現了天然鋁，因其與石英共生，排除了外界帶入的可能，它含鋁96.47%，銅1.538%，還有其它微量的硅、鎂、鐵元素。這個結果得到了國際新礦物委員會的認可，因此可以說，周處的腰帶來自天然鋁。不過這一問題直到目前科學界還未最後統一認識。然而有一點可以肯定:自然界即使存在天然鋁也是罕見的，人類要大規模地使用鋁，還是得從鋁的礦物中進行提煉。
1886年，同為23歲的美國青年霍爾(C.M. Hall)和法國青年埃羅(P. L. Heroalt)各自獨立地發明了改進電解制鋁的相同的方法；將氧化鋁(A12O3)溶解在熔融的冰晶石(Na3AlF6)中進行電解(電解液溫度接近1 000 ℃)。此法投產後，金屬鋁的產量迅速增長，價格則大幅度下降。從此，金屬鋁告別了首飾店，走進了人們的日常生活中，而更重要的是應用到許多重要的工業之中。
為紀念美國青年化學家霍爾發明了電解制鋁法，在霍爾的母校俄柏林大學的校園里，至今矗立著他的鋁鑄像，全校師生引以為榮；而在美國制鋁公司的展櫃里至今還陳列著他製得的第一批鋁粒。
B. 電解法制鋁是如何發明的
史前時代，人類已經會使用含鋁化合物的黏土（Al2O3·2SiO2·2H2O）製作陶器。鋁在地殼中的分布量在所有化學元素中僅次於氧和硅，占第3位，在全部金屬元素中占第1位。但是由於鋁化合物的氧化性弱，鋁不易從其他化合物中被還原出來，因而遲遲不能分離出金屬鋁。
最早認識鋁從17世紀開始，德國化學家施塔爾首先察覺到明礬［K2SO4·Al2（SO4）3·24H2O］里含有一種與普通金屬迥然不同的物質。他的學生馬格拉夫（A.S.Marggraf，1709～1782）在1754年從明礬中分離出礬土，即氧化鋁，確定它和氧化鈣不同。
義大利物理學家伏打創造電池後，1808～1810年間英國化學家戴維和瑞典化學家貝齊里烏斯都曾試圖利用電流從礬土中分離出金屬鋁，但沒有成功。貝齊里烏斯卻給這個未能取得的金屬先起了一個名字叫alumien。這是從拉丁文alumen而來的。在中世紀的歐洲，這個詞是對具有收斂性的礬的總稱。鋁今天的拉丁名稱aluminium正是從貝齊里烏斯的命名轉變而來的。我們從它的第二音節音譯為鋁。
到1825年，丹麥化學家厄斯泰茲（H.C.Oersted，1777～1851）利用鉀的化學活動性比鋁強，試圖將鋁從它的氯化物中置換出來。他將氯氣通過燒紅的木炭和氧化鋁的混合物，獲得無水氯化鋁（AlCl3），然後將氯化鋁與鉀汞齊（合金）混合加熱，得到氯化鉀（KCl）和鋁汞齊。再將鋁汞齊在隔絕空氣的情況下蒸餾，除去汞，得到具有金屬光澤的、與錫相似的金屬。盡管產物中含有雜質，但是金屬鋁畢竟誕生了。
1827年，德國化學家韋勒（F.W?hler，1800～1882）重復了厄斯泰茲的實驗，製得無水氯化鋁後將氯化鋁和金屬鉀混合放在鉑制的坩堝中，嚴密封蓋後加熱，發生激烈反應，獲得灰色粉末狀的鋁。
1854年，法國化學家德維爾（H.S.C.Deville，1818～1881）利用鈉代替鉀還原氯化鋁，製得金屬鋁並鑄成鋁錠。
在這以後的一段時期里，鋁是珠寶店裡的名貴商品，是帝王貴族們享用的珍寶。法國皇帝拿破崙三世在宴會上用過鋁制的叉子；泰國國王用過鋁制的表鏈。1855年在巴黎舉行的世界商品展覽會上，有一小塊鋁放在最珍貴的珠寶旁邊，它的標簽上註明：來自黏土的白銀。直到1884年，美國第一任總統華盛頓（G.Washington，1732～1799）的紀念碑建立完成，碑的頂端豎立一個6磅重的裝飾用的角錐體，就是用鋁製成的。1889年，俄羅斯化學家門捷列夫還曾得到倫敦化學會贈送的鋁和金製成的花瓶和杯子。
1886年，兩位青年化學家，美國的霍爾（C.M.Hall，1863～1914）和法國的埃魯（P.L.T.Héroult，1863～1914）分別獨立發明電解熔融的冰晶石（Na3AlF6）和鋁礬土（Al2O3）的混合物而製得鋁，使鋁得以大規模生產，奠定了今天世界各國電解鋁的工業方法。
冰晶石學名氟鋁酸鈉，存在自然界中，但通常用氫氧化鋁［Al（OH）3］、碳酸鈉（Na2CO3）和氫氟酸（HF）製取。它在電解氧化鋁中起、作用。由於氧化鋁很穩定，直接熔融電解需要2050℃以上的高溫，但在氧化鋁中加入冰晶石後，只要在950℃左右就能熔化電解。
霍爾進行的實驗是在1884～1886年間。當時他是美國俄亥俄（Ohio）州奧柏林城（Oberlin）奧伯林學院化學系的學生。
霍爾的成功得到他的老師、化學和礦物學教授朱伊特（F.F.Jewett）和他的姐姐朱莉亞·霍爾（Julia Hall）的鼓勵和幫助。朱伊特曾赴德國跟從韋勒學習化學，韋勒在講課時提到製取鋁的試驗，鼓勵學生們尋找一種廉價的還原鋁的方法，並指導霍爾進行化學試驗。朱莉亞·霍爾先她的弟弟畢業於奧柏林學院化學系，協助霍爾在他們的家中建立起簡陋的實驗室，幫助霍爾進行化學實驗，還保存了霍爾的實驗筆記。顯然，霍爾堅持不懈地進行試驗和不屈不撓的精神是他取得成功的關鍵。
霍爾最初也曾重復試驗了前人製取鋁的方法，失敗後才考慮到利用電使鋁從它的化合物中被還原出來。他沒有選用氧化鋁，他知道它很難熔融。
在電解實驗中，首先需要電池。19世紀80年代，在美國奧柏林這樣的小城市中也不得不自己動手組裝電池。他首先電解氟化鋁（AlF3）的水溶液，得到的是氫氣和氫氧化鋁，沒有任何鋁的蹤跡。他選擇氟化鋁，不用前人所用的氯化鋁，是一種創新。製取氟化鋁要比製取氯化鋁困難，要用氫氟酸，這是一種劇毒並具有強烈腐蝕性的酸，能腐蝕玻璃，不能像鹽酸、硫酸那樣盛在玻璃瓶里，而要盛在用鉛製成的容器里。他製取氟化鋁獲得成功，闖過了實驗中的一道難關，也給了他繼續進行實驗的勇氣。
霍爾在電解氟化鋁的水溶液失敗後，遂考慮電解熔融的氟化鋁。他考慮到這樣必須具備高溫，普通的煤炭爐不能滿足這種要求，於是不得不組裝一個燃燒汽油的爐子。但是即使如此，他也未能維持氟化鋁在熔融狀態，原來氟化鋁的凝固點在1 291℃。
要解決維持電解物質熔融狀態的難題，這就迫使他找到冰晶石助熔，於是又動手製取它。1886年2月9日，他進行了電解氧化鋁和冰晶石的混合熔融體的第一次實驗，第二天又進行了一次實驗，沒有見到效果。6天後，2月16日他再次實驗，他的姐姐也在場。他用石墨棒作為電極，浸入盛有熔融氧化鋁和冰晶石混合物的黏土坩堝中，接通電流後，在陰極出現灰色的沉積物，而不是閃光的金屬鋁。霍爾認為這種灰色沉積物是來自黏土硅酸鹽中的硅。於是霍爾改用了石墨坩堝，在1886年2月23日再次實驗。當電流接通數小時後，在陰極出現銀色的小珠球，用鹽酸檢驗後確認是鋁。他立即將產品送給他的老師朱伊特，證實是鋁，霍爾獲得了成功。
霍爾在取得成功後立即給他的哥哥、一位官員喬治·霍爾（George Hall）寄去一封信，報告他的發現。2月24日又寄去第二封信，詳細敘述了他所發現的有關的技術資料。這些信件後來成為他優先發現電解鋁在法律上獲得承認的證明。
霍爾設法把他的發現投入工業生產中，一開始又遇到困難。直到1888年夏天，得到匹茲堡（Pittsburgh）還原公司創建人、工程師亨特（A.Hunt）的一筆資金，又得到工程師戴維斯（A.V.Davis）在生產技術上的幫助，更得到一座蒸汽機驅動的發電機，終於在1888年11月最後一個星期四開始了小規模的工業生產。1889年4月2日匹茲堡還原公司更名為美國制鋁公司。到1907年，美國制鋁公司已擁有幾座生產氧化鋁的礦場和三座鋁廠。鋁產品不斷增加，鋁的價格也隨之不斷下降。
霍爾在1885年大學畢業。1890年成為美國礦業、冶金和石油工程學會會員。1911年美國化學會和化學工程學會等團體聯合授予他獎章，表彰他在應用化學方面作出有價值的貢獻。不幸他在1914年12月27日因白血病逝世，享年51歲。他終身未結婚，留下500萬美元捐贈給他的母校奧柏林學院，用這筆捐款在校園內建立一座禮堂，紀念他的母親。現在，用鋁鑄成的年青的霍爾全身塑像仍豎立在奧柏林學院的校園內，留給後人景仰。
在霍爾獲得成功的同時，埃魯也獲得同樣的成功。當時埃魯是法國巴黎礦業學院的學生，也從事制鋁的研究，同樣得到他的老師、法國化學家勒沙特列（H.L.Le Chatelier，1850～1936）的鼓勵和指導。埃魯在1886年4月23日取得法國批準的關於制鋁的專利，於是引起霍爾與埃魯關於鋁的發明專利的沖突。美國法院在1893年判決霍爾優先，因為他是在1886年2月23日發現的，比埃魯早兩個月。埃魯旅行到美國時，適逢霍爾接受美國化學會等團體授予的獎章，應邀參加了典禮，兩人相遇，互相祝賀。這是一次很值得的祝賀，正是他們兩人，把這個來自黏土的「白銀」從帝王貴族們的手中傳到世界各地千萬人的手中。
在第一次世界大戰期間，出現鋁和銅、錳、鎂的合金，應用在各種工業生產中，到1930年，飛機製造中應用了鋁合金。至今各種鋁壺、鋁鍋等鋁製品已廣泛地進入千家萬戶。據國外的統計資料表明，1995年美國人均消費鋁達19.2千克，中國人均消費1.5千克，印度人均消費0.6千克。
C. 中國最早使用鋁器的朝代
人類從發現鋁至今只有100多年的歷史。1821年法國勒巴斯鎮附近首次發現鋁釩土，金屬鋁是丹麥化學家奧斯特1824年製得的。工廠化煉鋁則是在1850之後的事情。故鋁器在中國被使用不早於十九世紀中葉，也就是清代末年。
D. 德維爾煉出的鋁是怎樣的
作為一國之尊的皇帝，竟不能讓客人們都用上鋁制餐具，這使拿破崙三世深感遺憾。為此，他找來本國化學家德維爾(A.E.Deville)，對他說：「先生，您是否能找到一種大量、廉價的制鋁方法，使我的客人都用上鋁制餐具，甚至使我的衛兵也戴上鋁頭盔呢？」他撥給德維爾大量的研製經費。1854年，德維爾不負聖望，終於用鈉代替維勒的鉀也製得了鈍鋁。這使鋁的價格略有下降。鋁的小批量生產開始了。1855年，在巴黎舉行了一次世界博覽會，在展廳里最珍貴的珠寶旁，就放著一塊鋁，它的標簽上寫著：「來自黏土的白銀」，它就是德維爾煉出的鋁。
E. 拿破崙三世用鋁碗顯示他的尊貴地位,這到底是怎麼回事呢
鋁是比較活潑的一種金屬，當時冶煉鋁很困難，而且電解鋁的方法還未發明，冶煉鋁的成本極高。
所以比起貴金屬，有過之而無不及，是體現他身份的高貴，物以稀為貴，邊際效應嘛
法國皇帝拿破崙三世是一個喜歡炫耀自己的人。他常常大擺宴席，宴請天下賓客。每次宴會，餐桌上的用具幾乎全是用銀製成的，唯有他自己用的那一個碗卻是鋁製品。為什麼貴為法國皇帝，卻不用高貴而亮麗的銀碗，而用色澤要暗得多的鋁碗呢？原來，在差不多200年前的拿破崙時代，冶煉和使用金銀已經有很長的歷史，宮廷中的銀器比比皆是。可是，在那個時候，人們才剛剛懂得可以從鋁礬土中煉出鋁來，冶煉鋁的技術還非常落後，煉鋁十分困難。所以，當時鋁是非常稀罕的東西，不要說平民百姓用不起，就是大臣貴族也用不上。拿破崙讓客人們用銀餐具，偏偏自己用鋁碗，就是為了顯示自己的高貴和尊嚴。
F. 關於皇帝用鋁制器皿的故事
1854年，法國化學家德維爾把鋁礬土、木炭、食鹽混合，通人氯氣後加熱得到NaCl，AlCl3復鹽，再將此復鹽與過量的鈉熔融，得到了金屬鋁。這時的鋁十分珍貴，據說在一次宴會上，法國皇帝拿破崙三世獨自用鋁制的刀叉，而其他人都用銀制的餐具。泰國國王朱拉隆功大帝曾用過鋁制的表鏈；1855年巴黎國用博覽會上，展出了一小塊鋁，標簽上寫到：「來自粘土的白銀」，並將它放在最珍貴的珠寶旁邊，直到1889年，倫敦化學會還把鋁和金制的花瓶和杯子作為貴重的禮物送給門捷列夫。1886年，美國的豪爾和法國的海朗特，分別獨立地電解熔融的鋁礬土和冰晶石的混合物製得了金屬鋁，奠定了今天大規模生產鋁的基礎。