查爾斯·馬丁·霍爾(Charles Martin Hall)1863年12月6日出生于俄亥俄州桑普森,1914年12月27日逝世于佛羅里達州戴通納,是一位美國發明家、工程師、化學家和企業家,美國鋁業公司(Alcoa)的創始人之一和副總裁。因發現了價格低廉的霍爾-埃魯法制鋁方法而知名,這一發明使鋁成為了自史前發現鐵以來第一種被廣泛使用的金屬。
人物生平
早年
查爾斯·霍爾是牧師赫曼·巴賽特·霍爾和索菲洛尼亞·H·布魯克斯的兒子。他有兩個兄弟和五個姐妹,其中有一位兄弟和一位姐妹幼年夭折了。霍爾全家在1873年搬到俄亥俄州的奧柏林(Oberlin),查爾斯就讀于奧柏林高中。1880年進入奧柏林學院并于5年后獲得學士,專業是自然科學。在化學教授弗蘭克·范寧·杰維特的鼓勵下,霍爾成為一名材料學專家。霍爾在自家房子后院里的小木屋進行了長期的實驗,他的姐姐朱莉婭·布雷納德·霍爾(Julia Brainerd Hall)在他的研究中給予了幫助。
晚年
霍爾對制鋁法成功的發現為他一生贏得了22項美國專利,為鋁制品發明之首。他成為奧柏林學院的董事會成員。1914年在佛羅里達州州去世之前,他都是美國鋁業公司(Alcoa)的副總裁。霍爾去世時單身無子,葬于奧柏林的森林墓地(Woodland Cemetery)。在他的遺囑中,霍爾將他絕大部分的財富捐贈給了慈善事業,包括促成了哈佛廊坊燕京職業技術學院的建立。
成就及榮譽
背景
鋁是地球上僅次于硅含量第二多的非鐵金屬元素,但并不以純物質存在。1808年漢弗里·戴維爵士就已經注意到了針對鋁的研究工作。但他對于這種被他稱為alumium的材料的努力失敗了,他無法從化合物中提出純鋁。1825年丹麥化學家漢斯·奧斯特從氧化鋁中成功分離了少量鋁,并且純度很低。1827年弗里德里希·維勒幸運的制得了純凈的鋁,但是非常稀少。這種金屬在當時的價格超過了黃金。這樣的價值喚醒了貴族們對鋁的占有欲望。1846年法國人德維爾開始嘗試在維勒的基礎上繼續提純,最終于1854年成功并在1859年以書面形式發表了他的發現。拿破侖三世委托他的科學家盡可能考慮大量生產鋁的方法。德維爾的化學方法過于昂貴,1857年鋁的年產量僅有750千克,并只有法國可以生產。
發明
霍爾始終圍繞著戴維提出的熔融解析法進行思考。熔融法需要在較高的溫度下把氧化鋁融化并從中分離純鋁。霍爾嘗試用更簡單的方法融化氧化鋁。大學畢業后的第一年他開始了第一次實驗。他必須自己準備大部分的儀器和化學品,在這時霍爾的姐姐尤利婭資助了他。在他的實驗中霍爾發現向氧化鋁中添加冰晶石,可以將純氧化鋁熔點的2050°C降低到950°C。因此他發明的基本思路是用電子流通過一個含有氧化鋁和冰晶石的電解池,由此可以在蒸餾管的底部一定程度上形成一個鋁洼。幾年繁復的工作后,霍爾在1886年2月23日得到了他的第一個樣本。開始時候他只能制備出球粒狀的鋁,后來他繼續努力,最終得到了鋁錠。1886年7月9日霍爾為他的方法申請了第一個專利。在霍爾申請專利幾周后,法國人保羅·埃魯幾乎與他同時發現了這個方法。埃魯在法國也同樣申請了專利。兩個發明家彼此并不知情,并由此帶來了法律上的爭端。所幸他們最后和解并聯合起來了。這個生產方法晚一些被命名為霍爾-埃魯法。埃魯無意在法國實現他偉大發明的經濟價值并最終到瑞士與三位實業家合作。
經濟上的成功
奧地利人卡爾·約瑟夫·拜爾改進了霍爾-埃魯法,用氧化物和硅酸鹽再次清洗了鋁礬土,成為目前工業制鋁的拜爾法。這種經濟上可行的生產方法取材適用的氧化鋁。電解質選用氧化鋁和冰晶石的混合物。分別置入陽極和陰極后通三相交流電(約200,000安培),原料在950°C的電解池中熔化,其中密度較大的液態鋁則析出在池底。霍爾-埃魯爾法最終使鋁的價格降低了200倍,使其成為許多實際用途的可負擔得起的材料。到1900年,鋁的年產量達到約8000短噸(730萬公斤)。如今,鋁的產量比所有其他有色金屬加起來還要多。
一個遺忘的“i”
霍爾創造了美語里的鋁這個單詞。在奧柏林學院之后,霍爾也在一本公開的筆記中用aluminum拼寫了“鋁的提煉工序”(aluminum refinement process)一詞。霍爾的革命性成就在美國產生了巨大廣泛的影響,以至于很多美國人至今還是在拼寫鋁這個單詞時只用一個i(aluminum),而不是正確的兩個i(aluminium)。然而在英國的文獻中仍舊拼寫為aluminium。幾乎所有其他語言的拼寫都類似于“-ium”結尾。
美國專利
霍爾在1886年為他的著作Process of reducing aluminium from its fluoride salts by electrolysis向美國專利及商標局提出了申請,并于1889年4月2日得到批準。
獎項
1911年,霍爾的輝煌成就為他贏得了美國化學工業最高獎——珀金獎章(Perkin Medaille)。1997年,霍爾發現的通過電化學方法生產鋁金屬被美國化學學會指定為國家歷史化學地標。
紀念
作為杰出的校友和捐助人,奧柏林學院為紀念霍爾修建了一座紀念雕像,奧柏林學院的大學生們對霍爾的鋁制雕像異常熱情,經常在節日里邀請這座雕像一同加入。校方為雕像粘上了一個沉重的花崗石底座并移至新科學中心(Oberlin New Science Center)的二樓擺放,防止再被學生搬動,但學生們仍舊熱衷于在節日里將慶祝的裝飾點綴在雕像周圍。霍爾的家和實驗木工棚雖然已不復存在,但奧柏林遺產中心保留了朱埃特的家,并設有一個名為“鋁:奧伯林的聯系”的展覽,其中包括霍爾1886年木工棚實驗的再現。
參考資料 >