Cryolite

Meera Senthilingam

În această săptămână, răufăcători fictivi și avioane de război. Explicarea compusului care le leagă pe cele două este Lars Öhrström:

Lars Öhrström

Răufăcătorii populari din ficțiune aparțin adesea unor organizații sinistre cu nume obscure, iar unul dintre cele mai enigmatice exemple este Corporația Cryolite din Danemarca, care apare în romanul bestseller al lui Peter Høeg, Miss Smilla’s Feeling for Snow, din 1992.

Cu toate acestea, în afară de protagonista lui Høeg, Smilla Jaspersen, eroii non-ficționali au, de asemenea, legături cu o substanță chimică foarte reală și importantă numită criolit, cu formula Na3AlF6. De exemplu, Vernon Jones aterizându-și Fortăreața Zburătoare lovită de fulgi, cu scurgeri de benzină, pe o mlaștină din sud-vestul Suediei în 1943, și Henry Larsen, comandantul vasului St. Roch în timpul unei călătorii prin Pasajul de Nord-Vest în 1940, al cărei scop real a fost dezvăluit abia 50 de ani mai târziu.

Criolitul, cunoscut și sub numele de hexafluoroaluminat de sodiu, este un compus incolor care formează cristale de formă cubică formate din cationi de aluminiu 3+ care se leagă de șase anioni de fluorură F-, formând octaedru ca AlF63-, cu ioni mai mici de sodiu + pentru a echilibra sarcina.

Poate că ați ghicit corect că importanța criolitului este legată de aluminiu și că legătura cu cel de-al Doilea Război Mondial are legătură cu fabricarea avioanelor. Dar dacă credeți că criolitul este o sursă importantă de aluminiu, mai gândiți-vă o dată. Conținutul de aluminiu din criolit este de numai 13%, în comparație cu aproximativ 50% în bauxită, principala sursă de aluminiu de când a început producția industrială la sfârșitul secolului al XIX-lea. Pe lângă conținutul scăzut de aluminiu, criolitul este extrem de rar, posibil singurul mineral de pe Pământ care a fost vreodată exploatat până la dispariție

Bauxita, pe de altă parte, este relativ comună, dar atragerea metalului din mineral la scară industrială s-a dovedit a fi complicată. Trei electroni trebuie să fie adăugați la ionii Al3+ pentru a-i face neutri și metalici și, deși s-a recunoscut de timpuriu că modalitatea de a face acest lucru este de a trece un curent electric printr-o soluție de ioni – ceea ce numim electroliză – a fost nevoie de aproximativ 50 de ani de experimente până când s-a reușit acest lucru.

Problema este că nu puteți electroliza aluminiul în apă, deoarece electronii s-ar combina cu ionii H+, producând hidrogen gazos. Dacă ocolim problema prin topirea directă a oxidului de aluminiu, punctul de topire foarte ridicat, 2072°C, se dovedește a fi prohibitiv de scump. Aici intervine criolitul. În 1886, atât Charles Hall din Ohio, SUA, cât și Paul Héroult din Normandia, Franța, au descoperit că criolitul topit, cu o temperatură de topire moderată de numai 1012ºC, dizolvă cu ușurință oxidul de aluminiu. Astfel s-a născut procesul Hall-Héroult, utilizat și astăzi.

Numele de criolit provine de la cuvintele grecești pentru frig, „cryo” și piatră, „lithos”, iar acest lucru ne duce la rolul eroului polar Henry Larsen în această poveste. Aluminiul a început să devină un material important pentru construcția de avioane în anii 1930, iar ocuparea Danemarcei de către Germania în 1940 i-a neliniștit pe britanici și pe aliații lor, deoarece criolitul a fost găsit într-un singur loc pe pământ – mina Ivittuu din sudul Groenlandei. Sub acoperirea unei călătorii de trecere spre nord-vest, singura navă guvernamentală canadiană capabilă să navigheze în apele înghețate ale Groenlandei, St. Roch, sub comanda lui Henry Larsen de la Poliția Regală Montată din Canada, a pornit din Vancouver pentru a examina situația, deoarece exista teama unei invazii germane.

Cu intrarea Statelor Unite în război, problema criolitului a fost rezolvată prin transformarea temporară a Groenlandei în protectorat american, iar producția minei Ivittuu a crescut substanțial. Nu știu dacă a existat vreodată un plan german real de capturare a minei de criolit, așa cum se sugerează în romanul lui Peter H?eg, dar singura tentativă nazistă înregistrată asupra Groenlandei a fost un efort de a stabili o stație meteorologică cu o umilă forță de invazie de 17 persoane, care a fost descoperită în curând de patrula daneză Hound Sledge Patrol.

În schimb, germanii au înființat o fabrică pentru producerea criolitului sintetic lângă uzina de aluminiu din Her?ya, în sudul Norvegiei. Acest proces era destul de nou la acea vreme, dar Nordische Aluminium nu a văzut niciodată producția la scară largă, deoarece a fost ținta unei misiuni de bombardament reușite. Nu numai fabricile au fost distruse: din cele 180 de avioane B17 trimise în dimineața zilei de 24 iulie 1943, doar unul a fost pierdut. Cu toate acestea, navigarea și pilotarea abilă a aeronavei avariate Georgia Rebel, primul pilot Jones și echipajul său au aterizat în siguranță pe teren neutru. Aceasta a fost prima dintre cele peste 200 de astfel de aterizări de urgență ale Forțelor Aeriene Americane în Suedia în timpul celui de-al Doilea Război Mondial.

Mina Ivittuu a fost epuizată în 1987, iar astăzi se folosește doar criolit sintetic în producția de aluminiu. Cel mai frecvent, acest criolit artificial este obținut din fluorură de calciu, cunoscută și sub numele de mineralul fluorspar, carbonat de sodiu și hidroxid de aluminiu, într-un proces în mai multe etape.

Se pune întrebarea, dacă această mină și acest mineral rar nu ar fi fost descoperite, ar fi fost oare chimiștii suficient de inteligenți pentru a-l prepara oricum și pentru a concepe procesul Hall-Héroult, sau ar mai fi existat farfurii și tacâmuri de aluminiu la mesele de stat franceze, la fel ca pe vremea lui Napol?al III-lea, când aluminiul valora mai mult decât greutatea sa în aur.

Meera Senthilingam

Cu siguranță, fie că este natural sau sintetic, această piatră rece de compus s-a dovedit utilă pe tot parcursul războiului și până în zilele noastre. Acesta a fost Lars Öhrström de la Chalmers tekniska h?gskola din Suedia. Acum, săptămâna viitoare, un compus care ar putea fi considerat o sabie cu două tăișuri.

Brian Clegg

Explozivii sunt aplicațiile băieților răi ale acidului azotic, dar unul dintre acești compuși, nitroceluloza, a avut aplicații mult mai constructive: a fost folosit pentru a produce pelicula de film folosită la filmarea filmelor până în jurul anului 1950. Astfel de filme vechi trebuie manevrate cu mare atenție, deoarece compusul plastifiat poate lua foc cu ușurință.

Meera Senthilingam

Și puteți afla chimia care provoacă aceste flăcări, alăturându-vă lui Brian Clegg în emisiunea „Chimia în elementul ei” de săptămâna viitoare. Până atunci, vă mulțumim că ne-ați ascultat. Sunt Meera Senthilingam.