Πώς ταξίδεψε το αλουμίνιο από τα βασιλικά μουσεία στα κουτιά αναψυκτικών;

Από την απομόνωσή του από τον Ørsted το 1825 έως την εφεύρεση της διαδικασίας Halls-Héroult το 1886, το αλουμίνιο έκανε ένα εκπληκτικό ταξίδι από ένα σπάνιο μέταλλο σε ένα πανταχού παρόν μέταλλο.

Ξανά και ξανά, όταν κρατάω ένα κουτάκι αναψυκτικού στο χέρι, εύχομαι να είχα μια χρονομηχανή για να μπορούσα να ταξιδέψω πίσω στο 1800 και να γίνω πλούσιος πουλώντας αυτό που οι περισσότεροι από εμάς θεωρούμε τώρα σκουπίδια.

Πριν από λίγο καιρό, το αλουμίνιο βρήκε τη θέση του στα γαλλικά μουσεία δίπλα στα κοσμήματα του στέμματος, που προαναγγέλλονταν ως κάτι σπάνιο, ιδιαίτερο και πολύτιμο.

Σήμερα τσαλακώνουμε με γυμνά χέρια ένα κουτάκι ποτού ή ένα αλουμινόχαρτο και το πετάμε στα σκουπίδια χωρίς δεύτερη σκέψη. Ανατρέχοντας 160 χρόνια στο παρελθόν, αυτά τα κομμάτια μετάλλου θα μπορούσαν να μας αποφέρουν αρκετά χρήματα για να αποκτήσουμε μια ισόβια συνδρομή στο Netflix.

Ας ρίξουμε μια ματιά στο εξαιρετικό ταξίδι που έκανε αυτό το 13ο στοιχείο του περιοδικού πίνακα.

Αλουμίνιο, το 13ο στοιχείο (Photo Credit :concept w/Shutterstock)

Αρχαία χρήση του αλουμινίου

Η ανθρωπότητα έχει αποκομίσει τα οφέλη των ενώσεων που φέρουν αλουμίνιο από πριν από την ανακάλυψη του αλουμινίου ως στοιχείου. Ένα συνηθισμένο συστατικό της ηφαιστειακής αργίλου είναι το "Alum" (θειικό αλουμίνιο κάλιο).

Στους αρχαίους πολιτισμούς της Μεσοποταμίας, της Σουμερίας και της Αιγύπτου, οι άνθρωποι εξόρυξαν και εξευγενίζονταν πηλό για να εξάγουν στυπτηρία. Από αυτό το υλικό παρασκεύαζαν φάρμακα, χρωστικές ουσίες, τουρσί για τρόφιμα και κατασταλτικά της φωτιάς. Λίμνες που περιείχαν το πικρό αλμυρό νερό χρησιμοποιήθηκαν για τη θεραπεία εξωτερικών μώλωπες και πληγών.

Μία από τις πρώτες αναφορές για το τι θα μπορούσε να είναι αλουμίνιο ήταν στο βιβλίο του Πλίνιου του Πρεσβύτερου «The Natural History». Αναφέρει μια ιστορία για έναν χρυσοχόο που παρουσίασε στον Ρωμαίο αυτοκράτορα Τιβέριο ένα κύπελλο. Αυτό το κύπελλο ήταν κατασκευασμένο από ένα περίεργο ασημί, γυαλιστερό μέταλλο που ήταν πολύ ελαφρύ για να είναι ασήμι.

Ο χρυσοχόος ισχυρίστηκε ότι η γνώση της εξαγωγής του μετάλλου από τον πηλό ανήκε μόνο σε αυτόν και στους θεούς. Ο αυτοκράτορας φαινόταν να ενδιαφέρεται, αλλά σύντομα συνειδητοποίησε ότι το σπάνιο μέταλλο θα θεωρούσε όλους τους χρυσούς και ασημένιους θησαυρούς του ανεκτίμητους. Αντί να ανταμείψει τον άνδρα, ο Τιβέριος διέταξε τους στρατιώτες του να αποκεφαλίσουν τον χρυσοχόο. Και μαζί του πέθανε το μυστικό.

Αλουμίνιο στις αρχές του 1800

Το αλουμίνιο (Al) είναι το πιο άφθονο μέταλλο στη φύση, καθώς αποτελεί το 8,1% του φλοιού της Γης. Ωστόσο, σε αντίθεση με τον χαλκό, το ασήμι ή τον χρυσό, το αλουμίνιο δεν βρίσκεται σε ελεύθερη κατάσταση στη φύση. Είναι κλειδωμένο σε πολύ σταθερές ενώσεις. Οι προσπάθειες για την απόκτηση δωρεάν Al ξεκίνησαν μετά την Επιστημονική Επανάσταση, στις αρχές του 1800. Η ηλεκτρόλυση έγινε δημοφιλής μετά την εφεύρεση του φορητού ηλεκτρισμού από τον Alessandro Volta, τον «Voltaic Pile».

Ο Humphry Davy, ένας χημικός από την Κορνουάλη, χρησιμοποιούσε ηλεκτρόλυση για να πραγματοποιήσει πειράματα σε λιωμένα άλατα. Απομόνωσε μέταλλα όπως το νάτριο, το κάλιο, το ασβέστιο, το βάριο, το μαγνήσιο και το στρόντιο περνώντας ηλεκτρισμό μέσω των λιωμένων αλάτων τους. Ενώ δούλευε με ένα είδος πικρού αλατιού, εντόπισε την παρουσία ενός νέου μετάλλου, το οποίο ονόμασε Αλουμίνιο. Το ονόμασε από τη λατινική λέξη "alumen", που σήμαινε "πικρό αλάτι".

Πώς ήξερε ότι ήταν πικρό, ρωτάτε; Γιατί το γεύτηκε, όπως οι περισσότεροι επιστήμονες της εποχής του. Δυστυχώς, προσπάθησε μέχρι που πέθανε, αλλά δεν μπόρεσε ποτέ να απομονώσει το καθαρό μέταλλο από το άλας του.

Αλουμίνιο στις αρχές του 1900

Το έτος 1925, σε ένα εργαστήριο στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης, ο Hans Christian Ørsted επινόησε ένα μείγμα χλωριούχου αλουμινίου και αμαλγάματος καλίου. Με ταχεία θέρμανση, το μείγμα παρήγαγε τα πρώτα σφαιρίδια από μέταλλο αλουμινίου, αλλά το πείραμα του Ørsted δεν ήταν αναπαραγώγιμο και παρήγαγε πολύ λίγο αλουμίνιο.

Ένας Γερμανός χημικός Friedrich Wöhler προσπάθησε να βελτιώσει την τεχνική του Ørsted χρησιμοποιώντας κάλιο αντί για αμάλγαμα καλίου, αλλά δεν πέτυχε επίσης. Ο πρώτος άνθρωπος που εξήγαγε αλουμίνιο με ηλεκτρόλυση ήταν ο Robert Bunsen. (Ναι, ο τύπος του bunsen burner! Αν και ήταν ο βοηθός του, Peter Desaga, που το σχεδίασε στην πραγματικότητα). Ωστόσο, ο Bunsen προχώρησε σε άλλα πεδία, όπως η ανάπτυξη μπαταριών και αντιδότων για τη δηλητηρίαση από αρσενικό.

Λατομείο μεταλλεύματος αλουμινίου (Φωτογραφία :Alexey Rezvykh/Shutterstock)

Εν τω μεταξύ, ένας γεωλόγος ονόματι Pierre Berthier ανακάλυψε μετάλλευμα βωξίτη (οξείδιο του αλουμινίου) στο Les Baux της Γαλλίας. Ένας Παριζιάνος ονόματι Henri Sainte-Claire Deville ανέπτυξε μια μέθοδο αναγωγής του μεταλλεύματος οξειδίου του αλουμινίου σε αλουμίνιο. Η μέθοδός του ήταν ακριβή αλλά αποτελεσματική. Αυτό έκανε το αλουμίνιο ακόμα πιο πολύτιμο από το χρυσό και το ασήμι. Λέγεται ότι ο Ναπολέων Γ' είχε μαχαιροπίρουνα από αλουμίνιο. Μόνο οι ειδικοί καλεσμένοι του τα χρησιμοποιούσαν, ενώ σε άλλους δόθηκαν χρυσά και ασημικά.

Για να επιδείξουν τη βιομηχανική ικανότητα της χώρας, οι ΗΠΑ χρησιμοποίησαν 6 λίβρες αλουμινίου για να φτιάξουν το επιστέγασμα του Μνημείου της Ουάσιγκτον. Το αλουμίνιο έγινε τσιτάτο στις βασιλικές και κυβερνητικές συνεδριάσεις.

Ο Κάρολος Ντίκενς ήταν ο συντάκτης ενός εβδομαδιαίου περιοδικού με το όνομα Household Words, στο οποίο περιέγραψε το αλουμίνιο ως «Τι νομίζεις για το μέταλλο λευκό σαν ασήμι, αναλλοίωτο όπως ο χρυσός, τόσο εύκολα λιωμένο όσο ο χαλκός, τόσο σκληρό όσο ο σίδηρος, το οποίο είναι εύπλαστο; όλκιμο και με τη μοναδική ιδιότητα να είναι ελαφρύτερο από το γυαλί;» Έτσι, η εξαγωγή του άπιαστου μετάλλου από τη συνδυασμένη στη μεταλλική του μορφή έγινε ισοδύναμη με την εύρεση της μυθικής πόλης του Ελ Ντοράντο.

Αρχή της επανάστασης του αλουμινίου

Το αλουμίνιο κυβέρνησε ως το πιο ακριβό μέταλλο για σχεδόν 60 χρόνια, αλλά εκθρονίστηκε όταν οι «αλουμινένιοι δίδυμοι» Charles M. Hall και Paul Héroult εμφανίστηκαν στο προσκήνιο. Ο Charles Hall έγινε αποφασισμένος να βρει έναν τρόπο εξαγωγής καθαρού αλουμινίου αφού ο καθηγητής του, καθηγητής Frank F. Jewett, μίλησε για το έργο του Friedrich Wöhler και τους έδειξε ένα κομμάτι αλουμινίου στην επανένωση του πανεπιστημίου τους. Ο Χολ άρχισε να εργάζεται από το εργαστήριο που είχε στήσει στον τρίτο όροφο, αλλά σύντομα το έργο του έβαλε φωτιά.

Έτσι, μετακόμισε στο ξυλόστεγο του πατέρα του. Με τη βοήθεια της αδερφής του Τζούλια, που ήταν επίσης χημικός, πειραματίστηκε με ηλεκτρολύτες για να διαλύσει τα άλατα του αλουμινίου. Έπειτα έβαλε το διάλυμα με ηλεκτρισμό από χειροποίητες μπαταρίες (επειδή δεν υπήρχε τροφοδοσία δικτύου). Τελικά, τον Φεβρουάριο του 1886 εγκαταστάθηκε στον κρυόλιθο (φθοριούχο νάτριο αργίλιο) και ανέπτυξε μια μέθοδο για την εξαγωγή καθαρού αλουμινίου από τις ενώσεις του.

Αγνοώντας τελείως το έργο του Hall, ένας Γάλλος καινοτόμος μηχανικός ονόματι Paul Héroult εργαζόταν από το βυρσοδεψείο της οικογένειάς του αναζητώντας καθαρό αλουμίνιο. Το ενδιαφέρον του Héroult για την εξόρυξη αλουμινίου πυροδοτήθηκε από τον καθηγητή του χημείας Henry Louis Le Chatelier, του οποίου ο πατέρας ήταν στενός συνεργάτης του Henri Sainte-Claire Deville. Με τη βοήθεια των φίλων του, ανέπτυξε μια μέθοδο εξαγωγής καθαρού αλουμινίου από το μετάλλευμά του χρησιμοποιώντας κρυόλιθο και ηλεκτρόλυση.

Τον Απρίλιο του 1886, είχε αρκετά στοιχεία για να καταθέσει δίπλωμα ευρεσιτεχνίας τόσο στη Γαλλία όσο και στις ΗΠΑ. Η ομοιότητα στη δουλειά τους ανακαλύφθηκε όταν ο Hall υπέβαλε αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας τον Ιούλιο του 1886 και ενημερώθηκε ότι ο Héroult είχε ήδη υποβάλει αίτηση για αυτό. Μετά από μακρά δικαστική διαμάχη, ο Hall πήρε το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας του στην Αμερική και η διαδικασία ονομάστηκε διαδικασία "Halls-Héroult".

Αλουμίνιο vs Αλουμίνιο

Πολλές εταιρείες πήραν άδεια χρήσης των διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας τους και ξεκίνησαν την μαζική παραγωγή αλουμινίου. Αυτό μείωσε δραστικά την τιμή του μετάλλου. Και οι δύο εφευρέτες κέρδισαν πολλά χρήματα από τις εφευρέσεις τους και άνοιξαν τον δρόμο για την επανάσταση του αλουμινίου.

Ένας άλλος άνθρωπος που ήταν επίσης υπεύθυνος για το να κάνει το αλουμίνιο δημοφιλές όνομα είναι ο Karl Josef Bayer. Ανέπτυξε μια οικονομικά αποδοτική μέθοδο εξόρυξης καθαρής αλουμίνας από μετάλλευμα βωξίτη. Η εξόρυξη αυτού του μετάλλου έγινε πολύ πιο αποδοτική από άποψη κόστους και ενέργειας συνδυάζοντας τη διαδικασία Bayer και Halls-Héroult.

Το αλουμίνιο βρίσκει την εφαρμογή του παντού. (Φωτογραφία:ivector/Shutterstock)

Συμπέρασμα

Το αλουμίνιο και τα κράματά του έχουν φέρει επανάσταση στον κόσμο στον οποίο ζούμε. Είναι παντού, από μαγειρικά σκεύη μέχρι πυροτεχνικές σκόνες μέχρι τις ψύκτρες της CPU σας. Λόγω του ελαφρού, μη διαβρωτικού χαρακτήρα και των εξαιρετικών μηχανικών ιδιοτήτων του, έχει κάνει τα ταξίδια στον αέρα και το διάστημα πραγματικότητα. Έτσι, εάν το επόμενο άτομο δίπλα σας σε ένα αεροπλάνο πει ότι φοβάται να πετάξει σε ένα κουτί από κονσέρβα, απλώς παρέχετε λίγη άνεση υπενθυμίζοντάς του ότι είναι στην πραγματικότητα ένα κουτί από αλουμίνιο… αυτό θα τους κάνει να αισθάνονται καλύτερα!