Criolita

Meera Senthilingam

Esta semana, villanos de ficción y aviones de guerra. Lars Öhrström nos explica el compuesto que une a ambos:

Lars Öhrström

Los villanos de la ficción popular suelen pertenecer a organizaciones siniestras con nombres oscuros, y uno de los ejemplos más enigmáticos es la Cryolite Corporation de Dinamarca, que aparece en la exitosa novela de Peter Høeg de 1992 Miss Smilla’s Feeling for Snow.

Sin embargo, además de la protagonista de Høeg, Smilla Jaspersen, los héroes no ficticios también tienen conexiones con la muy real e importante sustancia química llamada criolita, de fórmula Na3AlF6. Por ejemplo, Vernon Jones aterrizando su Fortaleza Voladora con escamas y fugas de gasolina en un pantano del suroeste de Suecia en 1943, y Henry Larsen, comandante del St. Roch durante una travesía por el Paso del Noroeste en 1940, cuyo verdadero propósito no se reveló hasta 50 años después.

La criolita, también conocida como hexafluoroaluminato de sodio, es un compuesto incoloro que forma cristales cúbicos formados por cationes de aluminio 3+ que unen seis aniones de fluoruro F-, formando un octaédrico como AlF63-, con iones de sodio + más pequeños para equilibrar la carga.

Tal vez haya adivinado correctamente que la importancia de la criolita está relacionada con el aluminio, y que la conexión con la Segunda Guerra Mundial tiene que ver con la fabricación de aviones. Pero si cree que la criolita es una fuente importante de aluminio, piénselo de nuevo. El contenido de aluminio de la criolita es sólo del 13%, en comparación con el 50% de la bauxita, la principal fuente de aluminio desde que comenzó la producción industrial a finales del siglo XIX. Además del bajo contenido de aluminio, la criolita es extremadamente rara, posiblemente el único mineral de la Tierra que se ha extraído hasta su extinción

La bauxita, por otro lado, es relativamente común, pero sacar el metal del mineral a escala industrial resultó ser complicado. Hay que añadir tres electrones a los iones Al3+ para que sean neutros y metálicos, y aunque se reconoció pronto que la forma de hacerlo era pasar una corriente eléctrica a través de una solución de los iones -lo que llamamos electrólisis-, se necesitaron unos 50 años de experimentación hasta conseguirlo.

El problema es que no se puede electrolizar el aluminio en agua, ya que los electrones se combinarían con los iones H+, produciendo gas hidrógeno. Si sorteamos el problema fundiendo directamente el óxido de aluminio, el altísimo punto de fusión, 2072°C, resulta ser prohibitivo. Aquí es donde entra en juego la criolita. En 1886, tanto Charles Hall, en Ohio (Estados Unidos), como Paul Héroult, en Normandía (Francia), descubrieron que la criolita fundida, con una temperatura de fusión moderada de sólo 1012ºC, disuelve fácilmente el óxido de aluminio. Así nació el proceso Hall-Héroult, que sigue utilizándose hoy en día.

El nombre criolita proviene de las palabras griegas para frío, «cryo» y piedra, «lithos», y esto nos lleva al papel del héroe polar Henry Larsen en esta historia. El aluminio empezó a ser un material importante para la construcción de aviones en la década de 1930, y la ocupación de Dinamarca por parte de Alemania en 1940 puso nerviosos a los británicos y sus aliados, ya que la criolita sólo se encontraba en un lugar del planeta: la mina de Ivittuu, al sur de Groenlandia. Al amparo de un viaje de paso por el noroeste, el único barco del gobierno canadiense capaz de navegar por las gélidas aguas groenlandesas, el St. Roch, al mando de Henry Larsen, de la Real Policía Montada de Canadá, partió de Vancouver para estudiar la situación, ya que se temía una invasión alemana.

Con la entrada de Estados Unidos en la guerra, la cuestión de la criolita se resolvió al convertirse Groenlandia temporalmente en un protectorado estadounidense, y la producción de la mina de Ivittuu aumentó sustancialmente. No sé si hubo alguna vez un verdadero plan alemán para capturar la mina de criolita, como se insinúa en la novela de Peter Hög, pero el único intento nazi registrado en Groenlandia fue un intento de establecer una estación meteorológica con una humilde fuerza de invasión de 17 personas que pronto fue descubierta por la patrulla danesa Hound Sledge.

En cambio, los alemanes establecieron una fábrica para producir criolita sintética junto a la planta de aluminio de Heršya, en el sur de Noruega. Este proceso era bastante nuevo en aquella época, pero Nordische Aluminium nunca llegó a producirse a gran escala, ya que fue el objetivo de una exitosa misión de bombardeo. No sólo se destruyeron las fábricas: de los 180 B17 enviados en la mañana del 24 de julio de 1943, sólo se perdió uno. Sin embargo, la hábil navegación y el pilotaje del avión dañado, Georgia Rebel, hicieron aterrizar con seguridad al primer piloto Jones y a su tripulación en terreno neutral. Este fue el primero de los más de 200 aterrizajes de emergencia de las Fuerzas Aéreas estadounidenses en Suecia durante la Segunda Guerra Mundial.

La mina de Ivittuu se agotó en 1987 y hoy en día sólo se utiliza criolita sintética en la producción de aluminio. Lo más habitual es que esta criolita artificial se obtenga a partir de fluoruro de calcio, también conocido como el mineral fluorita, carbonato de sodio e hidróxido de aluminio, en un proceso de varios pasos.

Uno se pregunta, si no se hubiera descubierto esta mina y este raro mineral, ¿habrían sido los químicos lo suficientemente inteligentes como para prepararlo de todos modos e idear el proceso Hall-Héroult, o seguiría habiendo platos y cubiertos de aluminio en las cenas de estado francesas, como en los tiempos de Napol?en la III, cuando el aluminio valía más que su peso en oro.

Meera Senthilingam

Ya sea natural o sintético, esta piedra fría de un compuesto demostró ciertamente su utilidad a lo largo de la guerra y hasta nuestros días. Fue Lars Öhrström, de la Chalmers tekniska h?gskola de Suecia. Ahora, la semana que viene, un compuesto que podría considerarse como un arma de doble filo.

Brian Clegg

Los explosivos son las aplicaciones más malas del ácido nítrico, pero uno de esos compuestos, la nitrocelulosa, tuvo aplicaciones mucho más constructivas: se utilizó para producir el material fílmico utilizado en el rodaje de películas hasta aproximadamente 1950. Estas películas antiguas deben manipularse con mucho cuidado, ya que el compuesto plastificado puede arder fácilmente.

Meera Senthilingam

Y puedes descubrir la química que causa estas llamas acompañando a Brian Clegg en el programa de la semana que viene La química en su elemento. Hasta entonces, gracias por escuchar. Soy Meera Senthilingam.