Meera Senthilingam
Deze week, fictieve schurken en oorlogsvliegtuigen. Lars Öhrström legt uit wat de twee met elkaar verbindt:
Lars Öhrström
Volkse fictieschurken behoren vaak tot sinistere organisaties met obscure namen, en een van de meer raadselachtige voorbeelden is de Deense Cryolite Corporation, die voorkomt in de bestseller uit 1992 van Peter Høeg, Miss Smilla’s Feeling for Snow.
Naast Høegs hoofdpersoon Smilla Jaspersen hebben ook niet-fictieve helden connecties met de zeer reële en belangrijke chemische stof genaamd cryoliet, met formule Na3AlF6. Zo landde Vernon Jones in 1943 met zijn door vlokken getroffen, benzine lekkende, Flying Fortress op een moeras in Zuidwest-Zweden, en Henry Larsen, commandant van de St. Roch tijdens een reis door de Noordwest passage in 1940, waarvan het werkelijke doel pas 50 jaar later werd onthuld.
Bron: ©
Cryoliet, ook bekend als natriumhexafluoroaluminaat, is een kleurloze verbinding die kubusvormige kristallen vormt, bestaande uit aluminium 3+ kationen die zes fluoride F- anionen binden, waardoor octahedraalachtige AlF63- worden gevormd, met kleinere natrium+ ionen om de lading in evenwicht te brengen.
Misschien hebt u goed geraden dat het belang van kryoliet verband houdt met aluminium, en dat het verband met de Tweede Wereldoorlog te maken heeft met de vliegtuigbouw. Maar als u denkt dat kryoliet een belangrijke bron van aluminium is, denk dan nog eens na. Het aluminiumgehalte van kryoliet is slechts 13 procent, vergeleken met ongeveer 50 procent in bauxiet, de belangrijkste bron van aluminium sinds de industriële produktie begon aan het eind van de 19e eeuw. Naast het lage aluminiumgehalte is kryoliet uiterst zeldzaam, mogelijk het enige mineraal op aarde dat ooit tot uitsterven is gedolven
Bauxiet daarentegen is betrekkelijk algemeen, maar het metaal op industriële schaal uit het mineraal te lokken bleek lastig. Er moeten drie elektronen aan de Al3+ ionen worden toegevoegd om ze neutraal en metallisch te maken, en hoewel al vroeg werd ingezien dat de manier om dit te doen was om een elektrische stroom door een oplossing van de ionen te leiden – wat wij elektrolyse noemen – duurde het zo’n 50 jaar van experimenteren voordat dit werd bereikt.
Het probleem is dat je aluminium niet in water kunt elektrolyseren, omdat de elektronen zich zouden verbinden met H+ ionen, waarbij waterstofgas ontstaat. Als we het probleem omzeilen door aluminiumoxide rechtstreeks te smelten, blijkt het zeer hoge smeltpunt, 2072°C, onbetaalbaar duur te zijn. Dit is waar cryoliet om de hoek komt kijken. In 1886 ontdekten zowel Charles Hall in Ohio, VS, als Paul Héroult in Normandië, Frankrijk, dat gesmolten kryoliet, met de matige smelttemperatuur van slechts 1012ºC, gemakkelijk aluminiumoxide oplost. Zo werd het Hall-Héroult proces geboren, dat vandaag nog steeds wordt gebruikt.
De naam cryoliet komt van de Griekse woorden voor koud, “cryo” en steen, “lithos”, en dit brengt ons bij de rol van poolheld Henry Larsen in dit verhaal. Aluminium begon een belangrijk materiaal te worden voor de bouw van vliegtuigen in de jaren 1930, en de bezetting van Denemarken door Duitsland in 1940 maakte de Britten en zijn bondgenoten nerveus, omdat kryoliet slechts op één plaats op aarde werd gevonden – de Ivittuu mijn in het zuiden van Groenland. Onder de dekmantel van een Northwest passage reis, vertrok het enige Canadese regeringsschip dat in staat was de ijzige Groenlandse wateren te bevaren, de St. Roch onder commando van Henry Larsen van de Royal Canadian Mounted Police, vanuit Vancouver om de situatie in kaart te brengen, omdat men bang was voor een Duitse invasie.
De kryolietmijn in Ivigtut, Groenland (1940)
Met de toetreding van de Verenigde Staten tot de oorlog werd de kryolietkwestie opgelost doordat Groenland tijdelijk een Amerikaans protectoraat werd, en de productie van de Ivittuu mijn nam aanzienlijk toe. Of er ooit een echt Duits plan was om de kryolietmijn te veroveren, zoals in de roman van Peter Heggen wordt gesuggereerd, weet ik niet, maar de enige geregistreerde nazi-poging op Groenland was een poging om een weerstation op te zetten met een bescheiden invasiemacht van 17 man, die al snel werd ontdekt door de Deense Hound Sledge Patrol.
In plaats daarvan richtten de Duitsers een fabriek op voor de productie van synthetisch kryoliet naast de aluminiumfabriek in Her?ya in Zuid-Noorwegen. Dit proces was vrij nieuw in die tijd, maar Nordische Aluminium heeft nooit een volledige productie gekend omdat het het doelwit was van een succesvolle bombardementsmissie. Niet alleen de fabrieken werden vernietigd: van de 180 B17’s die in de ochtend van 24 juli 1943 werden uitgezonden, ging er slechts één verloren. Maar door bekwame navigatie en besturing van het beschadigde toestel Georgia Rebel, landde 1e piloot Jones en zijn bemanning veilig op neutrale grond. Dit was de eerste van meer dan 200 van dergelijke noodlandingen van de US Air Force in Zweden tijdens de Tweede Wereldoorlog.
De Ivittuu-mijn werd in 1987 uitgeput en tegenwoordig wordt alleen nog synthetisch kryoliet gebruikt bij de productie van aluminium. Meestal wordt dit kunstmatige kryoliet verkregen uit calciumfluoride, ook bekend als het mineraal vloeispaat, natriumcarbonaat en aluminiumhydroxide, in een proces dat uit meerdere stappen bestaat.
Men kan zich afvragen of, als deze mijn en dit zeldzame mineraal niet waren ontdekt, scheikundigen slim genoeg zouden zijn geweest om het toch te bereiden en het proces Hall-Héroult te bedenken, of zouden er nog steeds aluminium borden en bestek te zien zijn bij Franse staatsdiners, net als in de tijd van Napol?op III, toen aluminium meer waard was dan zijn gewicht in goud.
Meera Senthilingam
Of het nu natuurlijk of synthetisch is, deze koude steen van een verbinding is zeker nuttig gebleken gedurende de oorlog en tot op de dag van vandaag. Dat was Lars Öhrström van de Chalmers tekniska h?gskola in Zweden. Nu, volgende week, een verbinding die als een tweesnijdend zwaard kan worden beschouwd.
Brian Clegg
Explosieven zijn de bad boy toepassingen van salpeterzuur, maar een van die verbindingen, nitrocellulose, had veel constructievere toepassingen: het werd gebruikt voor de productie van de filmstock die tot ongeveer 1950 werd gebruikt bij de opname van films. Met dergelijke oude films moet uiterst voorzichtig worden omgegaan, omdat de geplastificeerde verbinding gemakkelijk in vlammen kan opgaan.
Meera Senthilingam
En u kunt te weten komen welke chemie deze vlammen veroorzaakt door volgende week met Brian Clegg mee te doen in Chemistry in it’s element. Tot dan, bedankt voor het luisteren. Ik ben Meera Senthilingam.