Cryolite

Meera Senthilingam

Questa settimana, cattivi immaginari e aerei da guerra. A spiegare il composto che lega le due cose è Lars Öhrström:

Lars Öhrström

I cattivi della fiction popolare spesso appartengono a organizzazioni sinistre dai nomi oscuri, e uno degli esempi più enigmatici è la Cryolite Corporation of Denmark, che appare nel romanzo bestseller di Peter Høeg del 1992 Miss Smilla’s Feeling for Snow.

Tuttavia, oltre alla protagonista di Høeg, Smilla Jaspersen, anche gli eroi non fiction hanno connessioni con la vera e importante sostanza chimica chiamata criolite, con formula Na3AlF6. Per esempio, Vernon Jones che fa atterrare la sua Flying Fortress, che perde benzina, su una palude nel sud-ovest della Svezia nel 1943, e Henry Larsen, comandante della St. Roch durante un viaggio attraverso il passaggio a nord-ovest nel 1940, il cui vero scopo fu rivelato solo 50 anni dopo.

La criolite, nota anche come esafluoroalluminato di sodio, è un composto incolore che forma cristalli cubici costituiti da cationi di alluminio 3+ che legano sei anioni fluoruro F-, formando ottaedri come AlF63-, con ioni sodio + più piccoli per bilanciare la carica.

Forse avete indovinato che l’importanza della criolite è legata all’alluminio, e che la connessione alla seconda guerra mondiale ha a che fare con la produzione di aeroplani. Ma se pensate che la criolite sia un’importante fonte di alluminio, ripensateci. Il contenuto di alluminio della criolite è solo del 13%, rispetto al 50% circa della bauxite, la principale fonte di alluminio da quando la produzione industriale è iniziata alla fine del XIX secolo. Oltre al basso contenuto di alluminio, la criolite è estremamente rara, forse l’unico minerale sulla Terra ad essere estratto fino all’estinzione

La bauxite invece è relativamente comune, ma attirare il metallo dal minerale su scala industriale si è rivelato difficile. Tre elettroni devono essere aggiunti agli ioni Al3+ per renderli neutri e metallici, e anche se è stato riconosciuto presto che il modo per farlo era quello di passare una corrente elettrica attraverso una soluzione di ioni – ciò che chiamiamo elettrolisi – ci sono voluti circa 50 anni di esperimenti prima che questo fosse raggiunto.

Il problema è che non si può elettrolitizzare l’alluminio in acqua, poiché gli elettroni si combinerebbero con gli ioni H+, producendo gas idrogeno. Se aggiriamo il problema fondendo direttamente l’ossido di alluminio, il punto di fusione molto alto, 2072°C, risulta essere proibitivo. È qui che entra in gioco la criolite. Nel 1886, sia Charles Hall in Ohio, Stati Uniti, che Paul Héroult in Normandia, Francia, scoprirono che la criolite fusa, con una temperatura di fusione moderata di soli 1012ºC, dissolve facilmente l’ossido di alluminio. Così nacque il processo di Hall-Héroult, in uso ancora oggi.

Il nome criolite deriva dalle parole greche per freddo, “cryo” e pietra, “lithos”, e questo ci porta al ruolo dell’eroe polare Henry Larsen in questa storia. L’alluminio iniziò a diventare un materiale importante per la costruzione di aeroplani negli anni ’30, e l’occupazione della Danimarca da parte della Germania nel 1940 rese nervosi gli inglesi e i loro alleati, poiché la criolite era stata trovata in un solo posto sulla terra – la miniera di Ivittuu nel sud della Groenlandia. Sotto la copertura di un viaggio di passaggio a nord-ovest, l’unica nave del governo canadese in grado di navigare nelle gelide acque groenlandesi, la St. Roch al comando di Henry Larsen della Royal Canadian Mounted Police, partì da Vancouver per sondare la situazione, poiché si temeva un’invasione tedesca.

Con l’entrata in guerra degli Stati Uniti la questione della criolite fu risolta facendo diventare la Groenlandia temporaneamente un protettorato americano, e la produzione della miniera di Ivittuu aumentò sostanzialmente. Se ci sia mai stato un vero piano tedesco per catturare la miniera di criolite, come accennato nel romanzo di Peter H?eg, non lo so, ma l’unico tentativo nazista registrato sulla Groenlandia fu un tentativo di stabilire una stazione meteorologica con una umile forza di invasione di 17 persone che fu presto scoperta dalla pattuglia danese Hound Sledge Patrol.

Invece, i tedeschi crearono una fabbrica per produrre criolite sintetica accanto alla fabbrica di alluminio di Her?ya nel sud della Norvegia. Questo processo era piuttosto nuovo all’epoca, ma la Nordische Aluminium non vide mai la produzione su larga scala perché fu l’obiettivo di una missione di bombardamento di successo. Non solo le fabbriche furono distrutte: dei 180 B17 spediti la mattina del 24 luglio 1943, solo uno andò perso. Tuttavia, l’abile navigazione e il pilotaggio dell’aereo danneggiato Georgia Rebel, fecero atterrare in sicurezza il primo pilota Jones e il suo equipaggio su terreno neutrale. Questo fu il primo di oltre 200 atterraggi di emergenza della US Air Force in Svezia durante la seconda guerra mondiale.

La miniera di Ivittuu fu esaurita nel 1987 e oggi solo la criolite sintetica è usata nella produzione di alluminio. Più comunemente questa criolite artificiale è ottenuta dal fluoruro di calcio, noto anche come minerale fluorite, carbonato di sodio e idrossido di alluminio, in un processo a più fasi.

Ci si chiede, se questa miniera e questo raro minerale non fossero stati scoperti, i chimici sarebbero stati abbastanza intelligenti da prepararlo comunque e inventare il processo Hall-Héroult, o ci sarebbero ancora piatti e posate di alluminio alle cene di stato francesi, proprio come ai tempi di Napol?su III quando l’alluminio valeva più del suo peso in oro.

Meera Senthilingam

Che sia naturale o sintetico, questa fredda pietra di un composto si è certamente dimostrata utile durante tutta la guerra e fino ai giorni nostri. Era Lars Öhrström della Chalmers tekniska h?gskola in Svezia. Ora, la prossima settimana, un composto che potrebbe essere considerato un’arma a doppio taglio.

Brian Clegg

Gli esplosivi sono le applicazioni cattive dell’acido nitrico, ma uno di questi composti, la nitrocellulosa, ha avuto applicazioni molto più costruttive: è stato usato per produrre la pellicola usata per le riprese dei film fino al 1950 circa. Queste vecchie pellicole devono essere maneggiate con estrema attenzione, poiché il composto plastificato può facilmente prendere fuoco.

Meera Senthilingam

E puoi scoprire la chimica che causa queste fiamme unendoti a Brian Clegg nella prossima settimana di Chemistry in it’s element. Fino ad allora, grazie per aver ascoltato. Sono Meera Senthilingam

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