ALUMINIUL
Aluminiul este cel mai raspandit metal din scoarta uscata a pamantului,reprezentand 7% si fiind astfel al treilea dintre toate elementele chimice(primul fiind oxigenul,iar al doilea siliciul).
Cu toate calitatile sale deosebite si raspandirea lui masiva pe glob,el a patruns abia in ultimul secol in tehnica moderna .De ce ? Pentru ca el nu se gaseste niciodata instare nativa in natura, ci numai sub forma de combinatii, din care se extrage cu destula greutate.
Compusii aluminiului erau cunoscuti inca din cele mai vechi timpuri ale omenirii.Olaria nu facea decat sa prelucreze argilele, care sunt combinatii ale aluminiului cu siliciul si oxigenul.
Numele aluminiului vine de la cuvantul latinesc "alumen" , care se da alaiului si care era cunoscut din Antichitate atat de greci, cat si de romani.Dar aceasta denumire se da atunci tuturor substantelor astringente.Pliniu mentioneaza pentru prima oara in Historia naturalis "alumenul".
Alchimistii arabi din Evul mediu, in frunte cu Geber, confundau alaunii vitriolii (sulfatii) si chiar cu varul si boraxul. Abia Paracelsius arata ca este vorba de substante diferite, dar alaunii continuau sa fie confundati cu varul.
In 1742, J . H (1692-1777), chimistul german ce descoperise bismutul, arata ca baza aluminiului este in pamanturile argiloase, iar in 1754, Marggraf stabilea diferenta dintre var si alaun si mentiona ca acesta din urma se inrudeste cu silicea.Mai tarziu,Lavoisier isi da seama ca alumina (oxidul de aluminiu) trebuie sa contina un metal nou si in 1789 in Tratatul sau de chimie scrie:,,Este de presupus ca pamanturile (barita,varul,alumina) vor inceta in curand de a mai fi considerate intre substantele simple.adica printre substantele care nu mai pot fi descompuse,in starea actuala a cunostintelor noastre".
Doua decenii mai tarziu (in 1808),H.Davy demonstreaza justetea acestei previziuni izoland cu ajutorul electricitatii din barita-bariul,iar din var-calciul,asa cum inainte cu un an izolase potasiul si sodiul.Incercarile lui Davy de a izola si metalul continut in alumina nu duc insa la nici un rezultat.
In anul 1824,tanarul chimist german F.Wöhler se intoarce din Suedia unde facuse o vizita profesorului J.Berzelius.In drum spre casa se opreste la Copenhaga si face o vizita lui H.C.Oerstedt (1777-1851),fondatorul electromagnetismului,care se ocupa si cu chimia.Fizicianul danez ii arata ca trecand clor peste argila puternic incalzita obtine un compus al acestuia.Era clorura de aluminiu.Trateaza acest compus cu amalgan de potasiu si obtine mici cantitati de amalgan de aluminiu.
Wöhler intors in Germania reia,in 1827,ezperientele lui Oerstedt.Porneste de la clorura de aluminiu anhidra pe care o trateaza cu potasiu metalic si reuseste sa obtina mici cantitati din mult cautatul metal,care insa se prezenta ca un praf cenusiu.Wöhler,singur in laborator,era asa de puternic impresionat de acest succes incat striga catre pereti:,,aluminiu metal".Dar aceasta descoperire,la inceput,nu entuziasmeaza pe nimeni caci in forma impura in care se gasea nu I se putea intrevedea nici o utilizare industriala.Wöhler intrezareste ceva din importanta acestui metal si peste cativa ani reia experientele cu aluminiul.In anul 1845 trece peste potasiu vapori de clorura de aluminiu,obtinand de data aceasta aluminiu metalic compact,putandu-I studia si proprietatile:
AlCl +3K3KCl+Al
Aluminiul devine o noutate pasionanta pentru chimisti si metalurgisti.Metal alb-argintiu,maleabil si ductil,se putea bate cu ciocanul aproape ca aurul si argintul in foite subtiri care puteau inlocui pe cele de cositor.De asemenea,era bun conducator de caldura si electricitate si,pe deasupra,foarte usor,cel mai usor dintre metalele uzuale si,in plus,nu se oxida la aer.Cu aceste proprietati era evident ca acest metal incepea sa intereseze lumea stiintifica si industriala.Se obtinea insa foarte greu,era inca foarte putin si,desigur,inca prohibitiv de scump pentru utilizari industriale,dar ramanea ca o curiozitate plina de promisiuni pentru experientele de laborator.
In 1854,chimistul francez Henri Saint Claire Deville (1818-1881)reia cu toata seriozitatea cercetarile asupra aluminiului.El imbunatateste procedeul Wöhler,folosind la reducerea clorurii de aluminiu,nu potasiul metalic scump,ci sodiul metalic,mai ieftin.Deville reuseste sa obtina aluminiu topit turnat in bare,iar la Expozitia universala de la Paris din anul 1855 prezinta sub numele ,,argint din argila"primul lingou din acest aluminiu si apoi tabachere,lanturi si tacamuri din acest nou metal.Este unul din marile succese ale acestor expozitii.Vizitatorii sunt uimiti de acest metal stralucitor si usor.
Napoleon al III-lea, devenit imparat al Frantei in 1852, avea o pasiune deosebita pentru toate noutatile stiintifice si tehnice.Se entuziasma cu usurinta de realizarile deosebite.Cand referentul sau pentru problemele de fizica si chimie, J.B.Dumas, ii raporteaza succesul lui Deville, care extrage din argila un nou metal ca argintul, dar mult mai usor decit acesta, imparatul Frantei care era angajat in razboiul Crimeei, dorea ca sa se faca din acest metal usor platose pentru soldati.El acorda lui Deville fonduri si incurajari pentru astfel de lucrari.
Deville nu ajunge sa faca scuturi pentru soldati, dar intelege marea importanta a acestui metal pentru industrie.El atrage atentia asupra importantului zacamant de minereu de aluminiu ce fusese descoperit inca din anul 1822 in Franta, langa localitatea Baux, de unde provine si numele de bauxita pastrat pana astazi.Tot Deville semnaleaza importanta unui alt mineral de aluminiu care se gaseste in Groenlanda, criolitul, si care va deveni mai tarziu un foarte bun fondant pentru aluminiu.
Pentru patrunderea aluminiului in industrie trebuia sa se reduca substantial pretul.El se ieftineste de la 1120 franci/kg in 1855,la 366 franci/kg in 1856.Nu era insa suficient,el continuand sa fie prea scump.
In anul 1855,H.Rose la Berlin si Percy la Londra obtin aluminiu prin reducerea criolitului cu sodiu metalic,iar Bekedorf recomanda reducerea criolitului cu magneziu in loc de sodiu.Ambele procedee erau scumpe.Criolitul este o fluorura dubla de aluminiu si sodiu.
Aluminiul intrase insa in preocuparile oamenilor de stiinta.In 1856 R.Bunsen,concomitent cu Deville,realizeaza descompunerea clorurii duble de aluminiu si sodiu cu ajutorul curentului electric si apoi Deville imagineaza o noua imbunatatire a metodei,trecand curent electric printr-un amestec de criolit si clorura dubla de aluminiu si sodiu,criolitul dand o mare fluiditate materiei supuse electrolizei.
Dar la mijlocul secolului trecut curentul electric insemna cheltuiala mare,de aceea,pana in 1886 aluminiul se extragea tot prin metode chimice :din clorura dubla de aluminiu si sodiu cu sodiu metalic.Productia de sodiu metalic mai ieftin se datoreaza tot lui Deville.Electricienii epocii se ocupa si ei cu tot mai mare seriozitate de a produce curentul electric intr-un mod mai simplu si,evident,mult mai ieftin.
In 1884.fratii A.si E.H. Cowles Bros reusesc sa obtina aluminiu,reducand in cuptor electric alumina cu carbune.Se degaja oxid de carbon si ramanea aluminiul metalic,dupa reactia:
Al O 3C3CO+2Al.
Dar carbunele la temperatura ridicata are o puternica afinitate si fata de aluminiu,asa ca se forma nu numai aluminiu metalic,ci si carbura de aluminiu (C Al ),compus care la separare producea dificultati serioase.
Anul 1886 devine anul decisiv al industriei aluminiului.Charles Martin Hall,chimist din Statele Unite,descopera procedeul de fabricare industriala a aluminiului prin electroliza aluminei topite impreuna cu criolitul.Dar si in partea de dincoace a Atlanticului,pe continentul european,chimistul francez P.L.T.Héroult realizeaza in acelasi an (cu 7 saptamani dupa chimistul american) acelasi procedeu (deosebirile dintre ele fiind minore).
Amandoi acesti inventatori erau tineri,nascuti in 1863,avand deci fiecare 23 de ani si,coincidenta,amandoi au murit in acelasi an-1914,deci la varsta de 51 de ani.
Aluminiul continua sa prezinte un interes din ce in ce mai mare pentru industrie.Se cauta caile pentru obtinerea sa prin procedee mai putin costisitoare si mai perfectionate astfel ca metalul obtinut din alumina si criolit sa-si pastreze calitatile pentru a putea fi prelucrat.
Totusi dezvoltarea productiei industriale a acestui metal mergea incet,prea incet.Aluminiul la iesirea din cuptorul de electroliza se oxida repede,devenea uneori casant si se transforma cu usurinta in praf.Cauza avea sa se lamureasca mai tarziu.Era vorba de prezenta unor impuritati,in special fier (aproape 5%) si care nu se puteau elimina.Trebuiau folosite materii prime mult mai pure (alumina si criolit).Abia in 1895,Héroult obtine aluminiu cu o puritate de 99,5%.Triumful acestui nou metal era asigurat.Aviatia care avea sa se dezvolte spectaculos dovedea ca de fapt aluminiul era metalul asteptat.Intr-adevar,aeronautica da un imbold major productiei de aluminiu,a carui fabricare crestea mereu,iar procedeul Hall-Héroult,cu mici modificari se extinde si in linii mari se foloseste si astazi.
Dupa anul 1888 uzinele ,,Fratii Bernard" si apoi ,,Societé Electrométalurgique Française" incep fabricatia dupa brevetul Héroult,iar in 1889 ,,Pittsburg reduction Co" lucreaza dupa brevetul Hall.In Germania,Killiani incepe productia de aluminiu la ,,Aluminium Indusrie A.G.".Héroult incepe la uzinele din Elvetia ,,Schweitzerischen Metallurgischen Geselschafft"fabricarea de aliaje de aluminiu si in special de aluminiu-cupru.El beneficiaza si de cuptorul pentru topirea metalelor,realizat de Siemens,in care caldura nu mai vine din afara cuptorului,ci chiar din interiorului sau.Aluminiul se impune si in utilizari electrice,casnice etc.La cererile tot mai mari ale pietii comerciale incepe goana dupa minereuri.Criolitul se gasea in cantitati mai mari numai in Groenlanda,iar bauxita din Franta devine in curand insuficienta.Se exploreaza in alte tari.Se gaseste la inceput in Ungaria,Iugoslavia,S.U.A.,Guyana etc.Cea mai multa bauxita continea impuritati,in special fier,a carei inlaturare era dificila.Necesita o tratare cu o solutie de hidroxid de sodiu.
Un incovenient al aluminiuluiera temperatura sa de topire prea joasa,fapt important pentru fabricarea avioanelor care prin frecarea de aer,la viteze mari,se incalzeau si pierdeau din rezistenta.A fost necesara fabricarea de diferite aliaje pentru a se mari rezistenta si punctul de topire.
Aluminiul metalic curat era neoxidabil in aer.Dar aluminiul sub forma de pudra,la cald devenea extrem de reactiv fata de oxigen.Nu numai fata de oxigen curat,ci si fata de aer si chiar fata de unii compusi oxigenati ai altor metale;de la acestia putea lua oxigenul,eliberand metalul respectiv.Aceasta ultima proprietate,aplicata cu mare succes de H.Goldschmidt,realizeaza,asa cum s-a mai aratat,o importanta metoda in metalurgie.Ea are la baza aceasta afinitate deosebita a aluminiului de a se combina cu oxigenul din alti oxizi metalici eliberand metalul dupa reactia:
2Al+Cr O Al O 2Cr.
Reactia desi porneste numai la cald,dupa ce incepe,degaja o cantitate foarte mare de caldura (chiar 3000 grade Celsius),la care metalele din oxizi se topesc si curg intr-un creuzet,iar aluminiul se combina cu oxigenul.
Prin intrebuintarile sale in aviatie,aluminiul se impune ca un material strategic de mare importanta.Aluminiul inlocuieste si cuprul in cabluri electrice si compusi ai sai au intrebuintari pana si in fabricarea pietrelor pretioase cum sunt rubinul,safirul ametistul etc.,care sunt oxizi de aluminiu colorati cu diferite impuritati.
In prezent cererile de aluminiu sunt foarte mari si de aceea prin explorarile ce se fac continuu au fost descoperite zacaminte mari in Jamaica,
Surinam,Guyana,Ghana si Australia;primele doua tari mentionate sunt si cele mai mari producaroare din lume.Productia mondiala actuala de aluminiu este de peste 15000000 t/an,ceea ce inseamna ca este de peste doua ori mai mare decat cea de cupru.
Din 4t de bauxita de buna calitate rezulta 2t de alumina,iar din aceasta cantitate o tona de aluminiu metalic.Consumul de electricitate pentru obtinerea unei tone de aluminiului este in mare masura determinat de costul energiei electrice.
Iata de ce daca minereul de fier ar seca rapid si omenirea ar trebui sa treaca la fabricarea aluminiului in loc de fier,acest lucru nu ar fi posibil inca,deoarece lumea nu produce atata energie electrica pentru a fabrica aluminiu in cantitate egala cu fierul.
