Cryolite

Meera Senthilingam

Ezen a héten: kitalált gonosztevők és háborús repülőgépek. A kettőt összekötő vegyületet Lars Öhrström magyarázza:

Lars Öhrström

A népszerű fikciós gazemberek gyakran tartoznak homályos nevű, baljós szervezetekhez, és az egyik legrejtélyesebb példa erre a dán Cryolite Corporation, amely Peter Høeg 1992-es bestsellerében, a Miss Smilla’s Feeling for Snow című regényben tűnik fel.

Høeg főhőse, Smilla Jaspersen mellett azonban a nem fiktív hősöknek is van kapcsolata a nagyon is valós és fontos, Na3AlF6 képletű, kriolit nevű vegyi anyaggal. Ilyen például Vernon Jones, aki 1943-ban egy délnyugat-svédországi mocsárra szállt le a pelyhekkel eltalált, benzinszivárgó Flying Fortress-szel, vagy Henry Larsen, a St. Roch parancsnoka az 1940-es északnyugati átjárón tett útja során, amelynek valódi célja csak 50 évvel később derült ki.

A kriolit, más néven nátrium-hexafluoroaluminát színtelen, kocka alakú kristályokat alkotó vegyület, amely alumínium 3+ kationokból álló, hat fluorid F- aniont kötő, AlF63-szerű oktaédereket alkotó, kisebb nátrium+ ionokkal a töltés egyensúlyozására.

Talán jól sejtette, hogy a kriolit jelentősége az alumíniummal kapcsolatos, és hogy a második világháborús kapcsolat a repülőgépgyártáshoz kapcsolódik. De ha azt gondolja, hogy a kriolit fontos alumíniumforrás, gondolja át újra. A kriolit alumíniumtartalma mindössze 13 százalék, szemben a bauxit mintegy 50 százalékával, amely a 19. század végén kezdődött ipari termelés óta az alumínium fő forrása. Az alacsony alumíniumtartalom mellett a kriolit rendkívül ritka, talán az egyetlen ásvány a Földön, amelyet valaha is kihalásig bányásztak

A bauxit viszont viszonylag gyakori, de a fémet ipari méretekben előcsalogatni az ásványból trükkösnek bizonyult. Három elektront kell hozzáadni az Al3+ ionokhoz, hogy semlegessé és fémmé váljanak, és bár már korán felismerték, hogy ezt úgy lehet elérni, ha elektromos áramot vezetnek át az ionok oldatán – amit elektrolízisnek nevezünk -, mintegy 50 évnyi kísérletezésbe telt, mire ezt sikerült elérni.

A probléma az, hogy az alumíniumot nem lehet vízben elektrolízissel oldani, mivel az elektronok egyesülnének a H+ ionokkal, hidrogéngázt termelve. Ha az alumínium-oxid közvetlen megolvasztásával megkerüljük a problémát, a nagyon magas, 2072 °C-os olvadáspont miatt kiderül, hogy ez megfizethetetlenül drága. Itt jön a képbe a kriolit. 1886-ban Charles Hall az amerikai Ohio államban és Paul Héroult a franciaországi Normandiában felfedezte, hogy az olvadt kriolit, amelynek olvadási hőmérséklete mindössze 1012 ºC, könnyen feloldja az alumínium-oxidot. Így született meg a Hall-Héroult eljárás, amelyet ma is használnak.

A kriolit elnevezés a hideg, “cryo” és a kő, “lithos” görög szavakból származik, és ezzel elérkeztünk a sarki hős Henry Larsen szerepéhez ebben a történetben. Az alumínium az 1930-as években kezdett a repülőgépgyártás fontos anyagává válni, és Dánia 1940-es német megszállása idegessé tette a briteket és szövetségeseit, mivel a kriolitot a Földön csak egyetlen helyen találták meg – a dél-grönlandi Ivittuu bányában. Az északnyugati átkelés leple alatt az egyetlen kanadai kormányhajó, amely képes volt a jeges grönlandi vizeken navigálni, a St. Roch, Henry Larsen, a Kanadai Királyi Lovasrendőrség parancsnoka vezetésével, elindult Vancouverből, hogy felmérje a helyzetet, mivel német inváziótól tartottak.

Az Egyesült Államok hadba lépésével a kriolitkérdés úgy oldódott meg, hogy Grönland ideiglenesen amerikai protektorátussá vált, és az Ivittuu-bánya termelése jelentősen megnőtt. Hogy volt-e valaha valódi német terv a kriolitbánya elfoglalására, ahogy arra Peter H?eg regényében utalt, nem tudom, de az egyetlen feljegyzett náci kísérlet Grönland ellen egy 17 fős szerény inváziós erővel egy meteorológiai állomás létesítésére tett kísérlet volt, amelyet hamarosan felfedezett a dán Hound Sledge Patrol.

Ehelyett a németek a dél-norvégiai Her?ya alumíniumgyára mellett egy szintetikus kriolitot előállító gyárat hoztak létre. Ez az eljárás akkoriban meglehetősen új volt, de a Nordische Aluminium soha nem látta meg a teljes körű gyártást, mivel egy sikeres bombázási akció célpontja lett. Nem csak a gyárak semmisültek meg: az 1943. július 24-én reggel indított 180 B17-esből csak egy veszett oda. Az ügyes navigáció és a sérült repülőgépet irányító Georgia Rebel azonban biztonságosan semleges földre juttatta Jones 1. pilótát és legénységét. Ez volt az első az amerikai légierő több mint 200 ilyen svédországi kényszerleszállása közül a második világháború alatt.

Az Ivittuu bánya 1987-ben kimerült, és ma már csak szintetikus kriolitot használnak az alumíniumgyártáshoz. Ezt a mesterséges kriolitot leggyakrabban kalcium-fluoridból, más néven folypát ásványból, nátrium-karbonátból és alumínium-hidroxidból állítják elő egy többlépcsős eljárás során.

Az ember azon tűnődik, hogy ha ezt a bányát és ritka ásványt nem fedezik fel, vajon a vegyészek elég okosak lettek volna ahhoz, hogy mégis előállítsák, és kitalálják a Hall-Héroult eljárást, vagy a francia állami vacsorákon még mindig alumínium tányérok és evőeszközök lennének, akárcsak Napol idején?III-on, amikor az alumínium többet ért, mint a súlya aranyban.

Meera Senthilingam

Akár természetes, akár szintetikus, ez a hideg kő vegyület minden bizonnyal hasznosnak bizonyult a háború alatt és egészen napjainkig. Ez volt Lars Öhrström a svédországi Chalmers tekniska h?gskolából. Most pedig a következő héten egy olyan vegyületről, amely kétélű kardnak tekinthető.

Brian Clegg

A robbanóanyagok a salétromsav rosszfiús alkalmazásai, de az egyik ilyen vegyületnek, a nitrocellulóznak sokkal konstruktívabb alkalmazásai is voltak: a filmforgatáshoz használt filmalapanyag előállítására használták egészen 1950 körülig. Az ilyen régi filmekkel rendkívül óvatosan kell bánni, mivel a lágyított vegyület könnyen lángra lobbanhat.

Meera Senthilingam

Az ezeket a lángokat okozó kémiai folyamatokat pedig megtudhatja, ha csatlakozik Brian Clegghez a jövő heti Kémia elemében című műsorunkban. Addig is köszönjük, hogy meghallgattak. Meera Senthilingam vagyok.