这是个很有趣的提问,相信很多朋友有这样的疑惑,作为曾是冶金专业科班出身的,我来回答一下。
一,一种金属的出现与否与当时的冶炼技术密切相关。我们可以这样取理解冶炼技术,比如炼铁,冶炼的过程实际上是由铁矿石变成纯铁的过程,学过化学的朋友知道,这是一个还原反应。简单理解就是铁矿是一种复杂氧化物(FexOy),而铁(Fe)是一种纯金属的单质,从化学就看出来了,由FexOy变成Fe,必须要把氧元素(O)脱掉,这个过程就成为还原反应。由此,我们不难得出,如果一种金属在由其相关矿石变成金属单质的过程越简单,那么这种金属就越容易冶炼,也就越早出现应用。回顾历史,我们知道,石器时代之后古代最早用的是青铜器,然后才是铁器,这说明我国古代的先人是先掌握炼铜技术,才是炼铁技术,用到现在的观点解释,那就是铜比铁更容易还原。那可时候人们就开始采掘露天铜矿,并用获取的铜制造武器、工具和其他器皿。
相反,如果一种金属特别容易被氧化生成氧化物,你想这种金属单质一接触到空气就被氧化了,你说要用到它的金属单质制品得多难啊,比如活泼的锂、钠、稀土元素等。
二,前面讲述了从冶炼难以程度来理解各种器皿出现的时代先后,再来看看铝的产生。细心的朋友发现日常生活中的铝制品耐腐蚀性比较好,不像铁等容易生锈,这实际不是说铝不容易被氧化,这里面涉及到其表面氧化后表层形成致密氧化膜的问题。我们知道地壳中的元素含量排序是:氧、硅、铝、铁。铝是地壳中含量最多的金属元素,按理说它的利用应该更早更广泛啊,实际上不是这样的。这是因为自然界存在的铝矿石中,铝化合物的氧化性很弱,用高温的冶炼灼烧还原仍无济于事,铝不易从其化合物中被还原出来,因而迟迟不能分离出金属铝。直至近代意大利物理学家伏打发明电池后,戴维试图利用电流从矾土中分离出金属铝,都没有成功。后来,1886年,美国的豪尔和法国的海朗特,分别独立地电解熔融的铝矾土和冰晶石(Na3AlF6)的混合物制得了金属铝,奠定了今后大规模生产铝的基础。要用到电解法才能分离出来,想想这种的分离是多么艰难,在古代没能应用也就可想而知了。
三,说到铝,现在已经应用非常广泛了,铝的价格也便宜。但是在一百多年前,所谓物以稀为贵,铝可是比黄金还贵,被视为贵族用品。例如法国皇帝拿破仑三世在宴会上使用过铝制叉子;泰国国王使用过铝制表链。1855年在巴黎博览会上,它与王冠上的宝石一起展出,标签上注明“来自黏土的白银”。1889年,门捷列夫还曾得到伦敦化学会赠送的铝合金制成的花瓶和杯子。到19世纪末,铝的价格发生了成千倍的跌落。首先是由于19世纪70年代西门子改进了发电机后,有了廉价的电力;其次是由于法国的Heroult和美国的C. M. Hall于1886年分别发展了将氧化铝溶解在冰晶石(Na3AlF6)中电解的方法。这项创举使铝以大规模生产,奠定了今天世界电解铝的工业方法。
最后总结,一种金属的出现与使用:一是与自身的化学稳定性有关,凡是越活泼的金属,它的分离必定是困难的,反映到应用上自然会更晚;二是与当时的社会生产力发展有关,比如煤炭工业的发展,为炼铁炼钢发展带来了巨大动力,再如电力的迅猛发展,为电解铝的大规模生产奠定了基础,这些必然带来相应产品的大量出现了。