Lịch sử nhôm

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Hợp chất nhôm phèn đã được biết đến từ thế kỷ thứ 5 trước Công nguyên và được người xưa sử dụng rộng rãi để nhuộm và bảo vệ thành phố. Trong Thời trung cổ, việc sử dụng nó để nhuộm đã biến nó thành hàng hóa của thương mại quốc tế. Thời Phục hưng, các nhà khoa học tin rằng phèn là muối của một trái đất mới; trong Thời kỳ Khai sáng, người ta đã xác định rằng trái đất này, alumina, là một oxit của một kim loại mới. Khám phá về kim loại này được công bố vào năm 1825 bởi nhà vật lý người Đan Mạch Hans Christian Ørsted, người có công trình được mở rộng bởi nhà hóa học người Đức Friedrich Wöhler.

Nhôm rất khó tinh chế và do đó không phổ biến trong sử dụng thực tế. Ngay sau khi phát hiện ra, giá nhôm đã vượt quá vàng. Nó chỉ bị giảm sau khi bắt đầu sản xuất công nghiệp đầu tiên bởi nhà hóa học người Pháp Henri Étienne Sainte-Claire Deville vào năm 1856. Nhôm trở nên sẵn có hơn cho công chúng với Công nghệ Hall-Héroult được phát triển độc lập bởi Pháp kỹ sư Paul Héroult và kỹ sư người Mỹ Charles Martin Hall vào năm 1886, và công nghệ Bayer được phát triển bởi nhà hóa học người Áo Carl Joseph Bayer vào năm 1889. Các quy trình này đã được sử dụng để sản xuất nhôm đến nay.

Việc du nhập các phương pháp này để sản xuất hàng loạt nhôm dẫn đến việc sử dụng rộng rãi kim loại chống ăn mòn nhẹ trong công nghiệp và đời sống hàng ngày. Nhôm bắt đầu được sử dụng trong kỹ thuật và xây dựng. Trong các cuộc chiến tranh thế giới I và II, nhôm là một nguồn lực chiến lược quan trọng cho hàng không. Sản lượng kim loại trên thế giới đã tăng từ 6.800 tấn tấn vào năm 1900 lên 1.490.000 tấn tấn vào năm 1950. Nhôm trở thành kim loại màu được sản xuất nhiều nhất vào năm 1954, vượt qua đồng.

Trong nửa sau của thế kỷ 20, nhôm đã được sử dụng trong vận chuyển và đóng gói. Sản xuất nhôm đã trở thành một mối quan tâm do tác động của nó đối với môi trường và tái chế nhôm đã đạt được mặt bằng. Kim loại đã trở thành một hàng hóa trao đổi trong những năm 1970. Sản xuất bắt đầu chuyển từ nước phát triển sang nước đang phát triển; vào năm 2010, Trung Quốc đã tích lũy được một phần đặc biệt lớn trong cả sản xuất và tiêu thụ nhôm. Sản lượng thế giới tiếp tục tăng, đạt 57.500.000 tấn tấn trong năm 2015. Sản xuất nhôm vượt quá tất cả các kim loại màu khác cộng lại.

Lịch sử ban đầu[sửa | sửa mã nguồn]

Hôm nay, tôi mang đến cho bạn chiến thắng trước the Turk. Mỗi năm, họ vắt từ các Kitô hữu hơn ba trăm ngàn ducats cho phèn mà chúng tôi nhuộm len. Đối với điều này không được tìm thấy trong số Latins ngoại trừ một số lượng rất nhỏ. [...] Nhưng tôi đã tìm thấy bảy ngọn núi rất phong phú về vật liệu này đến mức chúng có thể cung cấp cho bảy thế giới. Nếu bạn sẽ ra lệnh lôi kéo công nhân, xây dựng lò nung và luyện quặng, bạn sẽ cung cấp cho tất cả châu Âu phèn và người Thổ sẽ mất tất cả lợi nhuận của mình. Thay vào đó họ sẽ tích lũy cho các bạn...

— Giovanni da Castro cho cha đỡ đầu của mình Giáo hoàng Pius II vào năm 1461, sau khi phát hiện ra một nguồn phèn phong phú tại Tolfa gần Rome[1]
Các tinh thể phèn trắng trên một tấm giống như thủy tinh
Tinh thể phèn, dạng tự nhiên đã được biết đến từ xa xưa

Lịch sử của nhôm được định hình bằng cách sử dụng hợp chất của nó phèn. Bản ghi chép đầu tiên về phèn là vào thế kỷ thứ 5 trước Công nguyên bởi Hy Lạp Herodotus.[2] Người xưa đã sử dụng nó như một chất nhuộm mordant, trong y học, như một lớp phủ chống cháy cho gỗ và trong phay hóa học.[3] Kim loại nhôm là không rõ. Nhà văn La Mã Petronius đã đề cập trong cuốn tiểu thuyết Satyricon rằng một chiếc kính khác thường đã được trao cho hoàng đế: sau khi nó được ném xuống vỉa hè, nó không bị vỡ mà chỉ bị biến dạng. Nó đã được trả lại hình dạng trước đây của nó bằng cách sử dụng một cái búa. Sau khi biết được từ nhà phát minh rằng không ai khác biết cách sản xuất vật liệu này, hoàng đế đã cho nhà phát minh thực hiện để nó không làm giảm giá vàng.[4] Biến thể của câu chuyện này đã được đề cập ngắn gọn trong Natural History bởi nhà sử học La Mã Pliny the Elder (người lưu ý câu chuyện đã "hiện tại thông qua sự lặp lại thường xuyên hơn là xác thực")[5] và Roman History bởi nhà lịch sử La Mã Cassius Dio.[4] Một số nguồn cho thấy kính này có thể là nhôm.[a][b] Có thể hợp kim chứa nhôm được sản xuất tại Trung Quốc dưới triều đại của nhà Tấn (265–420).[c]

Sau Thập tự chinh, phèn là một hàng hóa của thương mại quốc tế;[9] nó là không thể thiếu trong ngành công nghiệp vải châu Âu.[10] Các mỏ phèn nhỏ đã được làm việc ở Châu Âu Công giáo nhưng hầu hết phèn đến từ Trung Đông.[11] Phèn Alum tiếp tục được giao dịch qua biển Địa Trung Hải cho đến giữa thế kỷ 15, khi Ottoman tăng thuế xuất khẩu rất nhiều. Trong một vài năm, phèn được phát hiện rất nhiều ở Ý. Giáo hoàng Pius II đã cấm tất cả hàng nhập khẩu từ phía đông, sử dụng lợi nhuận từ buôn bán phèn để bắt đầu chiến tranh với Ottoman.[1] Phèn mới được tìm thấy này từ lâu đã đóng một vai trò quan trọng trong dược phẩm châu Âu, nhưng giá cao do chính phủ giáo hoàng đưa ra cuối cùng đã khiến các quốc gia khác bắt đầu sản xuất của chính họ; khai thác phèn quy mô lớn đã đến các khu vực khác của châu Âu trong thế kỷ 16.[12]

Thiết lập đặc tính của phèn[sửa | sửa mã nguồn]

Tôi nghĩ rằng sẽ không quá mạo hiểm để dự đoán rằng một ngày sẽ đến khi tính chất kim loại của nền phèn sẽ được chứng minh một cách chắc chắn.

— Nhà hóa học người Pháp Theodor Baron de Henouville năm 1760 tại Viện hàn lâm khoa học Paris[13]
Chân dung Antoine Lavoisier trong phòng thí nghiệm
Antoine Lavoisier đã xác định rằng alumina là một oxit của một kim loại chưa biết.

Khi bắt đầu Phục hưng, bản chất của phèn vẫn chưa được biết đến. Khoảng năm 1530, bác sĩ Thụy Sĩ Paracelsus đã công nhận phèn là tách biệt vớivitriole (sunfat) và cho rằng đó là muối của đất.[14] Năm 1595, bác sĩ và nhà hóa học người Đức Andreas Libavius đã chứng minh phèn và vitriol xanh lam và vitriole xanh lam được hình thành bởi cùng một axit nhưng đất khác nhau;[15] Đối với trái đất chưa được khám phá hình thành phèn, ông đã đề xuất tên "alumina".[14] Nhà hóa học người Đức Georg Ernst Stahl cho biết cơ sở của phèn chưa biết là giống với vôi hoặc phấn vào năm 1702; quan điểm sai lầm này đã được chia sẻ bởi nhiều nhà khoa học trong nửa thế kỷ.[16] Năm 1722, nhà hóa học người Đức Friedrich Hoffmann cho rằng cơ sở của phèn là một trái đất khác biệt.[16] Năm 1728, nhà hóa học người Pháp Étienne Geoffroy Saint-Hilaire tuyên bố phèn được hình thành bởi một trái đất không xác định và axit sulfuric;[16] Ông đã lầm tưởng rằng đốt đất mang lại silica.[17] (Sai lầm của Geoffroy chỉ được sửa chữa vào năm 1785 bởi nhà hóa học và dược sĩ người Đức Johann Christian Wiegleb. Ông xác định rằng đất phèn không thể được tổng hợp từ silica và kiềm, trái với niềm tin đương thời.)[18] Nhà hóa học người Pháp Jean Gello đã chứng minh đất trong đất sét và đất do phản ứng của chất kiềm trên phèn giống hệt vào năm 1739.[19] Nhà hóa học người Đức Johann Heinrich Pott cho thấy kết tủa thu được từ việc đổ một chất kiềm vào dung dịch phèn khác với vôi và phấn năm 1746.[20]

Nhà hóa học người Đức Andreas Sigismund Marggraf đã tổng hợp đất phèn bằng cách đun sôi đất sét trong axit sunfuric và thêm kali vào 1754.[16] Ông nhận ra rằng thêm soda, kali, hoặc kiềm vào dung dịch đất mới trong axit sunfuric thu được phèn.[21] Ông mô tả trái đất có tính kiềm, vì anh đã phát hiện ra nó hòa tan trong axit khi sấy khô. Marggraf cũng mô tả các muối của trái đất này: chloride, nitrat và axetat.[19] Năm 1758, nhà hóa học người Pháp Pierre Macquer đã viết rằng alumina [d] giống như một đất kim loại.[13] Năm 1760, nhà hóa học người Pháp Theodor Baron de Henouville bày tỏ sự tin tưởng rằng alumina là một đất kim loại.[13]

Năm 1767, nhà hóa học Thụy Điển Torbern Bergman đã tổng hợp phèn bằng cách đun sôi alunite trong axit sunfuric và thêm kali vào dung dịch. Ông cũng tổng hợp phèn như một sản phẩm phản ứng giữa sunfat kali và đất phèn, chứng minh rằng phèn là một loại muối kép.[14] Nhà hóa học dược phẩm người Đức Carl Wilhelm Scheele đã chứng minh rằng cả phèn và silica có nguồn gốc từ đất sét và phèn không chứa silicon vào năm 1776.[22] Viết vào năm 1782, nhà hóa học người Pháp Antoine Lavoisier đã coi alumina là một oxit của kim loại có ái lực với oxy mạnh đến mức không có chất khử nào có thể vượt qua nó.[23]

Nhà hóa học Thụy Điển Jöns Jacob Berzelius đã đề xuất[24] công thức AlO3 cho alumina năm 1815.[25] Công thức đúng, Al2O3, được thành lập bởi nhà hóa học người Đức Eilhard Mitscherlich vào năm 1821; điều này đã giúp Berzelius xác định chính xác trọng lượng nguyên tử của kim loại, 27.[25]

Tổng hợp kim loại[sửa | sửa mã nguồn]

Hỗn hống này nhanh chóng tách ra trong không khí, và bằng cách chưng cất, trong một khí trơ, tạo ra một cục kim loại có màu sắc và ánh sáng giống như thiếc.

— Nhà vật lý người Đan Mạch Hans Christian rsted năm 1825, mô tả tổng hợp nhôm tại Học viện Khoa học và Thư tín Hoàng gia Đan Mạch[26]
Cận cảnh chân dung của Hans Christian rsted
Hans Christian rsted, người phát hiện ra kim loại nhôm

Năm 1760, de Henouville đã không thành công trong việc cố gắng khử alumina thành kim loại của nó. Ông tuyên bố rằng ông đã thử mọi phương pháp giảm được biết đến vào thời điểm đó, mặc dù các phương pháp của ông chưa được công bố. Có khả năng ông trộn phèn với carbon hoặc một số chất hữu cơ, với muối hoặc soda để làm thông lượng, và đun nóng trong lửa than.[13] Các nhà hóa học người Áo Anton Leopold Ruprecht và Matteo Tondi đã lặp lại thí nghiệm của Nam tước vào năm 1790, làm tăng đáng kể nhiệt độ. Họ tìm thấy các hạt kim loại nhỏ mà họ tin là kim loại được tìm kiếm; nhưng các thí nghiệm sau đó của các nhà hóa học khác cho thấy đây là phosphide sắt từ các tạp chất trong than và tro xương. Nhà hóa học người Đức Martin Heinrich Klaproth đã bình luận sau đó, "nếu có một trái đất được đặt trong điều kiện mà bản chất kim loại của nó phải được tiết lộ, nếu nó như vậy, một trái đất tiếp xúc với các thí nghiệm phù hợp để giảm nó, đã thử nghiệm trong các đám cháy nóng nhất bằng tất cả các phương pháp, trên quy mô lớn cũng như quy mô nhỏ, trái đất đó chắc chắn là alumina, nhưng chưa ai nhận ra sự kim loại hóa của nó."[27] Lavoisier in 1794[28] và nhà hóa học người Pháp Louis-Bernard Guyton de Morveau vào năm 1795 đã nấu chảy alumina thành một loại men trắng trong lửa than được nuôi bằng oxy nguyên chất nhưng không tìm thấy kim loại.[28] Nhà hóa học người Mỹ Robert Hare đã nấu chảy alumina bằng oxyhydrogen blowpipe vào năm 1802, cũng không thu được men, nhưng vẫn không tìm thấy kim loại.[27]

Năm 1807, nhà hóa học người Anh Humphry Davy đã thành công điện phân alumina bằng pin kiềm, nhưng hợp kim thu được chứa kali và natri, và Davy không có cách nào để tách rời mong muốn kim loại từ những. Sau đó, ông nung nóng alumina bằng kali, tạo thành kali oxit nhưng không thể tạo ra kim loại được tìm kiếm.[27] Năm 1808, Davy đã thiết lập một thí nghiệm khác về điện phân alumina, xác định rằng alumina bị phân hủy trong hồ quang điện nhưng tạo thành kim loại hợp kim với sắt; anh ấy không thể tách hai.[29] Cuối cùng, anh đã thử một thí nghiệm điện phân khác, tìm cách thu thập kim loại trên sắt, nhưng một lần nữa không thể tách kim loại được thèm muốn khỏi nó.[27] Davy đề nghị kim loại được đặt tên là alumium vào năm 1808[30] và aluminum năm 1812, do đó đã tạo ra tên trong các ngôn ngữ châu Âu ngày nay.[29] Các nhà khoa học khác sử dụng tên aluminium; cách viết cũ được sử dụng phổ biến ở Hoa Kỳ trong những thập kỷ sau.[31]

Nhà hóa học người Mỹ Benjamin Silliman đã lặp lại thí nghiệm của Hare vào năm 1813 và thu được những hạt nhỏ của kim loại được tìm kiếm, gần như ngay lập tức bị đốt cháy.[27]

Ghi chú[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ Deville đã thiết lập lập rằng nung nóng hỗn hợp natri chloride, đất sét và than tạo ra nhiều khối nhôm. Điều này đã được xuất bản trong Kỷ yếu của Viện hàn lâm Khoa học nhưng cuối cùng bị lãng quên.[4] Nhà hóa học người Pháp André Duboin đã phát hiện ra rằng đun nóng hỗn hợp borax, alumina và một lượng nhỏ hơn dichromate và silica trong nhôm nồi nấu kim loại. Axít boric có nhiều ở Ý. Theo Duboin, gợi ý này về khả năng axit boric, kali và đất sét dưới ảnh hưởng giảm của than có thể đã tạo ra nhôm ở Roma.[4]
  2. ^ Một câu chuyện tương tự được gán cho Pliny, trong đó đề cập thay vào đó là một kim loại sáng được chiết xuất từ đất sét, một mô tả phù hợp với nhôm. Cả Petronius và Pliny, tuy nhiên, đã đề cập đến kính[6] (and Dio did not mention the material at all).[7] Một nguồn có thể gây ra lỗi là tướng Pháp Louis Gaspard Gustave Adolphe Yvelin de Béville, người đã được Deville trích dẫn công khai vào năm 1864. De Béville đã tìm kiếm trong các nguồn La Mã những đề cập cổ xưa về kim loại mới và được phát hiện trong số những người khác câu chuyện trong Satiricon . De Béville có thể đã giải thích sai biểu hiện của Petronius aurum pro luto habere (nghĩa là "có vàng như bụi bẩn"), giả sử rằng lutum là viết tắt của "đất sét" (một bản dịch có thể), trong khi từ trong cuốn sách thực sự có nghĩa là một cái gì đó vô giá trị nói chung. Nhà hóa học người Đức Gerhard Eggert kết luận rằng câu chuyện này là sai lầm.[6] Sau khi đánh giá những lời giải thích có thể khác, ông tuyên bố câu chuyện gốc có lẽ cũng đã bịa ra; tuy nhiên, ông không đánh giá đề xuất của Duboin.[6]
  3. ^ Alumina rất phong phú và có thể được khử bằng than cốc với sự có mặt của đồng, tạo ra hợp kim đồng nhôm nhôm. Các công trình hiện có của các nhà giả kim Trung Quốc cho thấy các hợp kim có hàm lượng nhôm nhỏ có thể được sản xuất tại Trung Quốc. Người Trung Quốc không có công nghệ sản xuất nhôm nguyên chất và nhiệt độ cần thiết (khoảng 2000°C) là không thể đạt được. Một số cổ vật bằng nhôm cao đã được tìm thấy ở Trung Quốc được cho là liên quan đến thời đại của triều đại nhà Tấn, nhưng sau đó đã cho thấy công nghệ cần thiết để làm cho chúng không có sẵn tại thời điểm đó và do đó các tạo tác không xác thực.[8]
  4. ^ Thuật ngữ "trái đất của phèn" và "alumina" đề cập đến cùng một chất. Các tác giả nói tiếng Đức được đề cập trong phần này đã sử dụng "trái đất phèn" (Alaun-Erde), trong khi các tác giả Pháp sử dụng "alumina" (alumine).

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ a b Setton, Kenneth Meyer (1976). “Pius II, the Crusade, and the Venetian war against the Turks”. The Papacy and the Levant, 1204–1571: The fifteenth century. American Philosophical Society. tr. 231–270. ISBN 978-0-87169-127-9.
  2. ^ Drozdov 2007, tr. 12.
  3. ^ Drozdov 2007, tr. 12–14.
  4. ^ a b c d Duboin, A. (1902). “Les Romains ont-ils connu l'aluminium ?” [Did the Romans know about aluminum?]. La Revue Scientifique (bằng tiếng Pháp). 18 (24): 751–753. Lưu trữ bản gốc ngày 16 tháng 11 năm 2018. Truy cập ngày 16 tháng 11 năm 2018.
  5. ^ Pliny's Natural History. Rackham, H.; Jones, W.H.S.; Eichholz, D. E. biên dịch. Harvard University Press; William Heinemann. 1949–54. Bản gốc lưu trữ ngày 29 tháng 12 năm 2016.
  6. ^ a b c Eggert, Gerhard (1995). “Ancient aluminum? Flexible glass? Looking for the real heart of a legend”. Skeptical Inquirer. 19 (3): 37–40.
  7. ^ Foster, Herbert Baldwin biên tập (1954). Dio's Roman History (PDF). Cary, Earnest biên dịch (ấn bản 7). William Heinemann Limited; Harvard University Press. tr. 173. Lưu trữ (PDF) bản gốc ngày 20 tháng 6 năm 2016. Truy cập ngày 4 tháng 12 năm 2018.
  8. ^ Butler, Anthony R.; Glidewell, Christopher; Pritchard, Sharee E. (1986). “Aluminium Objects from a Jin Dynasty Tomb – Can They Be Authentic?”. Interdisciplinary Science Reviews. 11 (1): 88–94. doi:10.1179/isr.1986.11.1.88.
  9. ^ Drozdov 2007, tr. 16.
  10. ^ Clapham, John Harold; Power, Eileen Edna (1941). The Cambridge Economic History of Europe: From the Decline of the Roman Empire. CUP Archive. tr. 207. ISBN 978-0-521-08710-0.
  11. ^ Balston, John Noel (1998). “Appendix I – In Defence of Alum”. The Whatmans and Wove Paper: Its Invention and Development in the West: Research Into the Origins of Wove Paper and of Genuine Loom-Woven Wirecloth. 3. John Balston. tr. 198. ISBN 978-0-9519505-3-1.
  12. ^ Drozdov 2007, tr. 17–18.
  13. ^ a b c d Richards 1896, tr. 3.
  14. ^ a b c Drozdov 2007, tr. 25.
  15. ^ Weeks, Mary Elvira (1968). Discovery of the elements. 1 (ấn bản 7). Journal of Chemical Education. tr. 187.
  16. ^ a b c d Richards 1896, tr. 2.
  17. ^ Drozdov 2007, tr. 26.
  18. ^ Wiegleb, Johann Christian (1790). Geschichte des wachsthums und der erfindungen in der chemie, in der neuern zeit [History of growth and inventions in chemistry in the modern time]. Nicolai, Christoph Friedrich. tr. 357.
  19. ^ a b Drozdov 2007, tr. 27.
  20. ^ Pott, Johann Heinrich (1746). Chymische Untersuchungen, welche fürnehmlich von der Lithogeognosia oder Erkäntniß und Bearbeitung der gemeinen einfacheren Steine und Erden ingleichen von Feuer und Licht handeln [Chemical investigations which primarily concern lithogeognosia or knowledge and processing of common simple rocks and earths as well as fire and light]] (bằng tiếng Đức). 1. Voss, Christian Friedrich. tr. 32. Lưu trữ bản gốc ngày 22 tháng 12 năm 2016. Truy cập ngày 10 tháng 11 năm 2017.
  21. ^ Chisholm, Hugh biên tập (1911). “Alum”. Encyclopædia Britannica (ấn bản 11). Cambridge University Press.
  22. ^ Lennartson, Anders (2017). The Chemical Works of Carl Wilhelm Scheele. Springer International Publishing. tr. 32. ISBN 978-3-319-58181-1.
  23. ^ Richards 1896, tr. 3–4.
  24. ^ Wurtz, Adolphe (1865). “An introduction to chemical philosophies, according to modern theories”. Chemical News. 15: 99.
  25. ^ a b Drozdov 2007, tr. 31.
  26. ^ Royal Danish Academy of Sciences and Letters (1827). Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskabs philosophiske og historiske afhandlinger [The philosophical and historical dissertations of the Royal Danish Academy of Sciences and Letters] (bằng tiếng Đan Mạch). Popp. tr. xxv–xxvi. Lưu trữ bản gốc ngày 24 tháng 3 năm 2017. Truy cập ngày 10 tháng 11 năm 2017.
  27. ^ a b c d e Richards 1896, tr. 4.
  28. ^ a b Guyton, Louis-Bernard (1795). “Expériences comparatives sur les terres, pour déterminer leur fusibilité, leur manière de se comporter avec les flux salins ou vitreux, et l'action dissolvante qu'elles exercent réciproquement les unes sur les autres” [Comparative experiments on the earth, to determine their fusibility, their behavior with the saline or vitreous flows, and the dissolving action they exert on each other]. Journal de l'École Polytechnique (bằng tiếng Pháp). 3: 299. Lưu trữ bản gốc ngày 11 tháng 11 năm 2017. Truy cập ngày 11 tháng 11 năm 2017.
  29. ^ a b Davy, Humphry (1812). “Of metals; their primary compositions with other uncompounded bodies, and with each other”. Elements of Chemical Philosophy: Part 1. 1. Bradford and Inskeep. tr. 201.
  30. ^ Davy, Humphry (1808). “Electro Chemical Researches, on the Decomposition of the Earths; with Observations on the Metals obtained from the alkaline Earths, and on the Amalgam procured from Ammonia”. Philosophical Transactions of the Royal Society. 98: 353. doi:10.1098/rstl.1808.0023.
  31. ^ Quinion, Michael (2005). Port Out, Starboard Home: The Fascinating Stories We Tell About the words We Use. Penguin Books Limited. tr. 23–24. ISBN 978-0-14-190904-2.
Lấy từ “https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Lịch_sử_nhôm&oldid=69785128”