Cryolite

Meera Senthilingam

Tento týden o fiktivních padouších a válečných letadlech. Vysvětlením sloučeniny, která je spojuje, je Lars Öhrström:

Lars Öhrström

Populární fiktivní padouši často patří k zlověstným organizacím s nejasnými názvy a jedním z nejzáhadnějších příkladů je dánská společnost Cryolite Corporation, která se objevuje v bestselleru Petera Høega Cit slečny Smilly pro sníh z roku 1992.

Kromě Høegovy hlavní hrdinky Smilly Jaspersenové jsou však i nefiktivní hrdinové spojeni s velmi reálnou a důležitou chemickou látkou jménem kryolit se vzorcem Na3AlF6. Například Vernon Jones, který v roce 1943 přistál se svou Létající pevností zasaženou vločkami a unikajícím benzínem na bažině v jihozápadním Švédsku, a Henry Larsen, velitel lodi St. Roch během plavby Severozápadním průlivem v roce 1940, jejíž skutečný účel byl odhalen až o 50 let později.

Kryolit, známý také jako hexafluorohlinitan sodný, je bezbarvá sloučenina tvořící krychlové krystaly složené z kationtů hliníku 3+ vážících šest fluoridových aniontů F-, tvořících oktaedr jako AlF63-, s menšími ionty + sodíku pro vyrovnání náboje.

Možná jste správně uhodli, že význam kryolitu souvisí s hliníkem a že souvislost s druhou světovou válkou souvisí s výrobou letadel. Pokud si však myslíte, že kryolit je důležitým zdrojem hliníku, zamyslete se znovu. Obsah hliníku v kryolitu je pouze 13 % ve srovnání s přibližně 50 % v bauxitu, který je hlavním zdrojem hliníku od zahájení průmyslové výroby koncem 19. století. Kromě nízkého obsahu hliníku je kryolit extrémně vzácný, pravděpodobně jediný minerál na Zemi, který byl kdy vytěžen do záhuby

Bauxit je naproti tomu relativně běžný, ale vylákat z něj kov v průmyslovém měřítku se ukázalo jako složité. K iontům Al3+ je třeba přidat tři elektrony, aby se staly neutrálními a kovovými, a přestože bylo brzy rozpoznáno, že způsob, jak toho dosáhnout, je průchod elektrického proudu roztokem iontů – což nazýváme elektrolýzou – trvalo asi 50 let experimentů, než se to podařilo.

Problém spočívá v tom, že hliník nelze elektrolýzovat ve vodě, protože elektrony by se spojily s ionty H+ a vznikl by plynný vodík. Pokud problém obejdeme přímým tavením oxidu hlinitého, ukáže se, že velmi vysoký bod tání, 2072 °C, je neúnosně drahý. Zde přichází na řadu kryolit. V roce 1886 Charles Hall v Ohiu v USA i Paul Héroult v Normandii ve Francii zjistili, že roztavený kryolit s mírnou teplotou tání pouhých 1012 °C snadno rozpouští oxid hlinitý. Tak se zrodil Hallův-Héroultův proces, který se používá dodnes.

Název kryolit pochází z řeckých slov pro chlad, „cryo“, a kámen, „lithos“, a tím se dostáváme k roli polárního hrdiny Henryho Larsena v tomto příběhu. Hliník se začal stávat hlavním materiálem pro stavbu letadel ve 30. letech 20. století a okupace Dánska Německem v roce 1940 znervóznila Brity a jejich spojence, protože kryolit se nacházel pouze na jediném místě na zemi – v dole Ivittuu v jižním Grónsku. Pod záminkou cesty Severozápadním průlivem se z Vancouveru vydalo jediné kanadské vládní plavidlo schopné proplout ledovými grónskými vodami, loď St. Roch pod velením Henryho Larsena z Královské kanadské jízdní policie, aby prozkoumalo situaci, protože panovaly obavy z německé invaze.

Se vstupem Spojených států do války byla kryolitová otázka vyřešena tím, že se Grónsko dočasně stalo protektorátem USA, a produkce dolu v Ivigtutu se výrazně zvýšila. Zda někdy existoval skutečný německý plán na dobytí kryolitového dolu, jak je naznačeno v románu Petera Heiga, nevím, ale jediným zaznamenaným nacistickým pokusem o Grónsko byla snaha o zřízení meteorologické stanice se skromnou invazní jednotkou 17 osob, která byla brzy odhalena dánskou hlídkou Hound Sledge.

Němci místo toho zřídili továrnu na výrobu syntetického kryolitu vedle hliníkárny v Her?ya v jižním Norsku. Tento proces byl v té době poměrně nový, ale Nordische Aluminium se nikdy nedočkalo výroby v plném rozsahu, protože se stalo cílem úspěšné bombardovací mise. Nejenže byly továrny zničeny: ze 180 letounů B17 vyslaných ráno 24. července 1943 byl ztracen pouze jeden. Nicméně díky obratné navigaci a pilotáži poškozeného letounu Georgia Rebel, bezpečně přistál 1. pilot Jones a jeho posádka na neutrální půdě. Jednalo se o první z více než 200 takových nouzových přistání amerického letectva ve Švédsku během druhé světové války.

Důl Ivittuu byl vyčerpán v roce 1987 a dnes se při výrobě hliníku používá pouze syntetický kryolit. Nejčastěji se tento umělý kryolit získává z fluoridu vápenatého, známého také jako minerál fluorit, uhličitanu sodného a hydroxidu hlinitého, a to několikastupňovým procesem.

Kdo by se divil, kdyby tento důl a vzácný minerál nebyly objeveny, byli by chemici i tak dost chytří na to, aby ho připravili a vymysleli Hall-Héroultův proces, nebo by se na francouzských státních večeřích stále objevovaly hliníkové talíře a příbory, stejně jako za Napola?III, kdy měl hliník větší cenu než jeho váha ve zlatě.

Meera Senthilingam

Ať už přírodní nebo syntetický, tento chladný kámen sloučeniny se jistě osvědčil během války a až do dnešních dnů. To byl Lars Öhrström z Chalmers tekniska h?gskola ve Švédsku. Nyní, příští týden, sloučenina, která by mohla být považována za dvousečnou zbraň.

Brian Clegg

Výbušniny jsou špatným příkladem použití kyseliny dusičné, ale jedna z těchto sloučenin, nitrocelulóza, měla mnohem konstruktivnější využití: používala se k výrobě filmového pásu používaného při natáčení filmů přibližně do roku 1950. S takovými starými filmy se musí zacházet velmi opatrně, protože změkčená sloučenina může snadno vzplanout.

Meera Senthilingam

A o tom, jaká chemie tyto plameny způsobuje, se můžete dozvědět spolu s Brianem Cleggem příští týden v pořadu Chemie ve svém živlu. Do té doby vám děkujeme za pozornost. Jsem Meera Senthilingam.