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青年科学家们创造的奇迹（第1页）

青年科学家们创造的奇迹

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在19世纪80年代，美国俄亥俄州奥柏林学院的弗兰克·朱厄特（1844—1926）教授为了激励学生的探索精神引发他们的科研兴趣，有意介绍了铝元素的特性，并强调说能够发明规模化精炼铝技术的人必然会成为富可敌国的富翁。

其中有位学生受到激励，立志开发规模化铝精炼技术，他就是查尔斯·马丁·霍尔（1863—1914）。

当时生产精炼铝的方法是用金属钠还原氯化铝，原理是用金属钠直接与氯元素结合而析出金属铝。

但是，由于这种方法使用了危险性很高的金属钠，因此风险大、成本高，不能实现规模化生产。

查尔斯·马丁·霍尔

另外一种生产精炼铝的方法是利用电解技术将铝原子与氧原子分离。

这种方法可以参考氯化铜电解法。

在氯化铜的水溶液中插入两个电极并接上电流，在阳极上产生氯气，在阴极上产生铜，这就是利用电解法分离铜原子与氯原子的原理。

电解法用于生产铜没有问题，可是用于生产铝就不太合适了。

直接电解氯化铝溶液时，阴极上不会产生铝，只会产生氢气。

这是因为氢原子争夺电子的能力远远强于铝原子，这是无法克服的现实问题，而且电解法离不开导电性**。

在那个时代，从铝土矿中提取高纯度氧化铝的工艺已经成熟。

为了规避氢原子的干扰，曾经有人考虑过用高温熔解氧化铝，在熔融液中加入电极进行电解的做法。

这种做法在理论上没有问题，可是在实际操作中难度很大。

因为氧化铝的熔点超过2000℃，耐受这个温度的材料本身就极为稀有，而且消耗能量巨大，生产成本非常高。

为了突破这个悖论，霍尔屡败屡战、百般尝试，最终找到解决问题的关键，即一种熔点只有1000℃的铝化合物矿——冰晶石（Na3AlF6）。

用熔融的冰晶石代替电解液，添加氧化铝之后再用碳电极电解，便可以获得金属铝。

当年，年仅23岁的霍尔解决了困扰历代化学家的难题，成功实现了金属铝的量产。

不过，想到这个方法的人不仅仅是霍尔。

在大西洋的彼岸，法国化学家保罗·埃鲁（1863—1914）也在1886年发明了类似的铝精炼技术。

为了纪念两人的功绩，这种工艺被命名为“霍尔-埃鲁法”

，现代的铝精炼生产工艺基本上脱胎于这一工艺。

科学的世界如此奇妙，不同的人在不同的国度却几乎在同时发明了相同的技术，这样的巧合并不罕见。

因为在那个时代，人们对于铝元素有了足够的了解，发电厂的建设与普及使电力供应有了保障。

当这些条件都具备的时候，催生这项技术的基础条件就成熟了。

因此，在那个时代实现金属铝的工业化生产也是历史的必然趋势。

保罗·埃鲁

霍尔在1888年凭借电解铝技术创业，他创办的美国铝业公司获得了长足发展。

在此以前，全球一天的金属铝产量仅2.3千克，而20年后就达到了约40吨。

在金属铝的价格直线下跌的同时，铝的应用在世界各地开花结果，霍尔也获得了巨额的财富，成为有史以来成功创业的化学家之一，而他的导师朱厄特教授关于财富的预言也成了事实。