硅与铝的科学史和用途———黄子珊

美丽心情

硅的科学史：

1787年，拉瓦锡首次发现硅存在于岩石中。

1800年，戴维将其错认为一种化合物。

1811年盖-吕萨克和泰纳尔（Thenard, Louis Jacques）加热钾和四氟化硅得到不纯的无定形硅，根据拉丁文silex（燧石）命名为silicon。

1811年，Gay-Lussac和Thenard以矽（硅）的四氟化物与碱土金属反应，发现在反应当中生成赤褐色的化合物（可能是含不纯物无定形的矽）。

1823年，硅首次作为一种元素被永斯·雅各布·贝采利乌斯发现，并于一年后提炼出了无定形硅，其方法与盖-吕萨克使用的方法大致相同。他随后还用反复清洗的方法将单质硅提纯。

1823年，Berzelius以氧化矽（硅）的粉末，加以铁，碳的混和物在高温下加热，得到矽（硅）化铁。但是为了抽取纯的矽（硅），他使用矽（硅）-氟-钙的化合物，干烧之后得到的固体，加水分解得到纯的矽（硅）。

发现硅的荣誉归属于瑞典化学家Jöns Jacob Berzelius，在斯德哥尔摩（瑞典首都）于1824年，他通过加热氟硅酸钾和钾获取了硅。这个产物被硅酸钾污染，但他把它放在水中搅拌，会与之反应，因此得到了相对纯净的硅粉末。

1824年永斯·雅各布·贝采利乌斯用同样的方法，但经过反复洗涤除去其中的氟硅酸，得到纯无定形硅。

结晶性的矽则到了1854年才被提炼出来。矽（硅）的拉丁文是silicium，意为"坚硬之石"。

1854年H·S·C·德维尔第一次制得晶态硅。

硅的用途：

1、高纯的单晶硅是重要的半导体材料，可制成二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路（包括人们计算机内的芯片和CPU），还可以做成太阳能光伏电池，将辐射能转变为电能，2012年中国已经超越欧洲、日本成为世界太阳能电池生产第一大国。

2、硅可用来制作金属陶瓷复合材料，这种材料继承了金属和陶瓷的各自优点，同时还弥补了两者不足，具有耐高温、富韧性、可切割等优点。第一架航天飞机“哥伦比亚号”正是靠着硅瓦拼砌的外壳才抵挡住了飞机高速穿行稠密大气时摩擦产生的高温。

3、纯二氧化硅可拉制出高透明度的玻璃纤维，该纤维是光导纤维通信的重要材料，这种通信方式代替了笨重的电缆，通信容量高，不受电、磁干扰，不怕窃听，具有高保密性。光导纤维通信使得人类的生活发生了革命性的巨变。

铝的科学史：

1746年德国科学家波特用明矾制得氧化铝。1807年英国人戴维师徒点解熔融氧化铝得到金属铝未成功。1809年戴维给预想的金属取名为Alumium,后改为Aluminium。1825年丹麦科学家奥斯勒用钾还原氧化铝得到少量金属铝。1854年法国科学家德维尔用钠还原NaALCL4络合盐，并建厂生产一些铝制头盔、餐具及玩具，其价格昂贵，等同于黄金。1886年美国霍尔和法国艾鲁特同时分别获得用冰晶石-氧化铝熔盐电解方法制取金属铝的专利。1888年美国匹兹堡建立第一家电解铝厂，铝生产进入一个新阶段。

1888年发明的而用拜尔法由铝土矿生产氧化铝以及直流电解技术的进步，为铝生产向工业规模发展奠定了基础。到19世纪末期铝的生产成本开始明显下降，铝本身已成为一种普通常用金属。20世纪初期，铝材除了日常用品外，主要在交通运输工业上得到了应用。1901年用铝板制造汽车车体；1903年美国铝业公司把铝部件供给莱特兄弟制造小型飞机。汽车发动机开始采用铝合金铸件，造船工业也开始采用铝合金厚板、型材和铸件。随着铝产量的增加和科学技术的进步，铝材在其他工业部门（如医药器材、铝印刷版及炼钢用的脱氧剂、包装容器等）的应用也越来越广泛，大大刺激了铝工业的发展。1910年世界的铝产量增加到45000t以上。已开始大规模生产铝箔和其他新产品，如铝软管、铝家具、铝门窗和幕墙，同时铝制炊具及家用铝箔等各种新产品也相继出现，使铝的普及化程度向前推进了一大步。

德国维尔姆于1906年发明了硬铝合金（Al-Cu-Mg合金)，使铝的强度提高两倍，在第一次世界大战期间被大量应用于飞机制造和其他军火工业。此后又陆续开发了Al-Mn、Al-Mg、Al-Mg-Si、Al-Cu-Mg、Al-Zn-Mg等不同成分和热处理状态的铝合金，这些合金具有不同的特性和功能，大大拓展了铝的用途，使铝在建筑、汽车、铁路、船舶及飞机制造等工业部门的应用得到迅速的发展。第二次世界大战期间，铝工业在军事工业的强烈刺激下获得了高速增长，1943年原铝总产量猛增到200万t。战后，由于军需的锐减，1945年原铝总产量下降到100万t,但由于各大铝业公司积极开发民用新产品，把铝材的应用逐步推广到仪器仪表、电子电气、交通运输、日用五金、食用包装等各个领域，使铝的需求量逐年增加。1956年世界铝产量超过铜，居有色金属首位。到20世纪80年代初期，世界原铝产量已超过1600万t，再生铝消费达到450万t。铝工业的生产规模和生产技术水平达到了相当高的水平。

铝的用途：

1.在建筑业上，由于铝在空气中的稳定性和阳极处理后的极佳外观而受到广泛应用。

2.在航空及国防军工部门也大量合用铝合金材料；在电力输送上则常用高强度钢线补强的铝缆。

3.此外，汽车制造、集装箱运输、日常用品、家用电器、机械设备等领域都大量使用铝及铝合金。

4.生产铝锭的原料是铝土矿，世界上铝土矿资源总量约在400-500亿吨，储量在10亿吨以上的国家有几内亚、澳大利亚、巴西、牙买加及印度等，这些国家的铝土矿占世界铝土矿总储量的73％。

5.产铝量主要集中的美国、前苏联、加拿大、澳洲、巴西、挪威等国，产量目中无人一球的６０％以上。铝的供应来源除了新铝外，回收铝也占有很高比例，回收铝又分为旧料回收（主要来源是饮料罐和汽车废件）、新料回收（加工过程中的废屑）两种。