¿Cómo se inventó la producción electrolítica de aluminio?
Los primeros conocimientos sobre el aluminio comenzaron en el siglo XVII. El químico alemán Stahl fue el primero en observar que el alumbre [k2so 4·al 2(SO4)3·24h2o] contenía una sustancia completamente diferente a la de los metales comunes. Su alumno Margrave (1709 ~ 1782) aisló óxido de aluminio del alumbre en 1754 y determinó que era diferente del óxido de calcio.
Después de que el físico italiano Volta inventara la batería, entre 1808 y 1810, el químico británico David y el químico sueco Bezilius intentaron utilizar corriente eléctrica para separar el aluminio metálico de la bauxita, pero todo fracasó. Bezirius, por el contrario, fue el primero en denominar aluminio a este metal inalcanzable. Este fue un regalo de una alumna latina. En la Europa medieval, la palabra era un término general para designar el vitriolo polimérico. Hoy en día, el nombre latino del aluminio deriva del nombre de Bezirius. Lo transliteramos como aluminio desde su segunda sílaba.
En 1825, el químico danés H.C. Oersted (1777 ~ 1851) intentó utilizar la actividad química más fuerte del aluminio para reemplazar el cloruro de aluminio. Pasó cloro gaseoso a través de una mezcla de carbón al rojo vivo y óxido de aluminio para obtener tricloruro de aluminio (AlCl3). Luego mezcló cloruro de aluminio y amalgama (aleación) de potasio y lo calentó para obtener cloruro de potasio (KCl) y amalgama de aluminio. Luego, la amalgama de aluminio se destila en condiciones aisladas del aire para eliminar el mercurio y obtener un metal con un brillo metálico similar al estaño. Aunque el producto contenía impurezas, después de todo nació el aluminio metálico.
En 1827, el químico alemán F.W. Hler (1800 ~ 1882) repitió el experimento de Oersted. Después de preparar el tricloruro de aluminio, mezcle el cloruro de aluminio y el potasio metálico, colóquelo en un crisol de platino, ciérrelo herméticamente y caliéntelo para producir una reacción violenta para obtener un polvo de aluminio gris.
En 1854, el químico francés H.S.C. Deville (1818 ~ 1881) utilizó sodio en lugar de potasio para reducir el cloruro de aluminio y obtener aluminio metálico y fundirlo en lingotes de aluminio.
En el período posterior, el aluminio era un bien valioso en las joyerías y un tesoro del que disfrutaban emperadores y nobles. El emperador francés Napoleón III utilizó tenedores de aluminio en los banquetes; el rey de Tailandia utilizó una cadena de reloj de aluminio. En la Exposición Universal de París de 1855, se colocó una pequeña pieza de aluminio junto a las joyas más preciadas, y en su etiqueta se leía: Plata de arcilla. No fue hasta 1884 que se completó el monumento a Washington (1732 ~ 1799), el primer presidente de los Estados Unidos. En la cima del monumento se erigió una pirámide decorativa de 6 libras, hecha de aluminio. En 1889, la Sociedad Química de Londres también regaló al químico ruso Mendeleev un jarrón y una taza hechos de aluminio y oro.
En 1886, dos jóvenes químicos, el estadounidense C.M. Hall (1863 ~ 1914) y el francés P.L.T.
La criolita, cuyo nombre científico es fluoroaluminato de sodio, existe en la naturaleza, pero suele estar elaborada a partir de hidróxido de aluminio [Al(OH)3], carbonato de sodio (Na2CO3) y ácido fluorhídrico (HF). Funciona en óxido de aluminio electrolítico. Debido a que la alúmina es muy estable, la electrólisis directa por fusión requiere una temperatura alta, superior a 2050 °C. Sin embargo, después de agregar criolita a la alúmina, la electrólisis por fusión se puede realizar a alrededor de 950 °C.
Los experimentos de Hall se realizaron entre 1884 y 1886. En ese momento, era estudiante de química en el Oberlin College de Oberlin, Ohio.
El éxito de Hall fue alentado y ayudado por su maestro Jewett (profesor de química y mineralogía) y su hermana Julia Hall. Jewett fue a Alemania para estudiar química con Weller.
Weller mencionó experimentos en la fabricación de aluminio en sus conferencias, animó a los estudiantes a encontrar formas económicas de reducir el aluminio y guió a Hall en la realización de experimentos químicos. Julia Hall, cuyo hermano se graduó en el departamento de química de Oberlin College, ayudó a Hall a montar un laboratorio sencillo en su casa, ayudó a Hall a realizar experimentos químicos y guardó sus notas experimentales. Claramente, la persistente experimentación y el espíritu indomable de Hall fueron las claves de su éxito.
Hall inicialmente repitió métodos anteriores para fabricar aluminio, y solo después de que fracasaron consideró usar electricidad para reducir el aluminio en el compuesto. Eligió no utilizar óxido de aluminio porque sabía que sería difícil derretirlo.
Para experimentos de electrólisis, primero necesitas una batería. 65438 En la década de 1980, en ciudades pequeñas como Oberlin en Estados Unidos, teníamos que montar nuestras propias baterías. Primero electrolizó una solución acuosa de fluoruro de aluminio (AlF3) y obtuvo hidrógeno e hidróxido de aluminio sin ningún rastro de aluminio. Eligió fluoruro de aluminio en lugar del cloruro de aluminio utilizado por sus predecesores, lo que supuso una innovación. El fluoruro de aluminio es más difícil de preparar que el cloruro de aluminio. Se utiliza ácido fluorhídrico, que es muy tóxico y corrosivo y puede corroer el vidrio. No se puede colocar en una botella de vidrio como el ácido clorhídrico o el ácido sulfúrico, sino en un recipiente de plomo. Preparó con éxito fluoruro de aluminio, superando una dificultad en el experimento y dándole el coraje para continuar el experimento.
Tras el fracaso de la electrólisis de la solución acuosa de fluoruro de aluminio, Hall consideró la electrólisis del fluoruro de aluminio fundido. Considerando que esta debe tener una temperatura muy alta, las estufas de carbón comunes y corrientes no pueden cumplir con este requisito, por lo que tuvo que armar una estufa que quemara gasolina. Pero aun así, no pudo mantener fundido el fluoruro de aluminio. El punto de congelación original del fluoruro de aluminio es 65438±0,2965438±0℃.
Para solucionar el problema de mantener el estado fundido del electrolito, que le obligaba a buscar criolita que ayudara a fundirlo, empezó a fabricarlo. El 9 de febrero de 1886, realizó el primer experimento de electrolizar una mezcla fundida de óxido de aluminio y criolita, y realizó otro experimento al día siguiente, pero no se observó ningún efecto. Seis días después, el 16 de febrero, volvió a experimentar, en presencia de su hermana. Usó una varilla de grafito como electrodo y la sumergió en un crisol de arcilla que contenía una mezcla de alúmina fundida y criolita. Cuando se activa la corriente, aparece un depósito gris en el cátodo en lugar de aluminio brillante. Hall cree que los depósitos grises provienen del silicio en los silicatos de arcilla. Entonces Hall reemplazó el crisol de grafito y experimentó nuevamente el 23 de febrero de 1886. Unas horas después de que se encendió la corriente, aparecieron perlas de plata en el cátodo. Después de realizar pruebas con ácido clorhídrico, se confirmó que eran aluminio. Inmediatamente envió el producto a su maestro Jewett y se confirmó que era aluminio. Hall tuvo éxito.
Después de su éxito, Hall inmediatamente escribió una carta a su hermano George Hall, un funcionario, informándole de sus hallazgos. El 24 de febrero envió una segunda carta detallando la información técnica relevante que había descubierto. Estas cartas sirvieron más tarde como prueba de su prioridad para el reconocimiento legal del aluminio electrolítico.
Hall intentó aplicar su descubrimiento a la producción industrial, pero al principio encontró dificultades. No fue hasta el verano de 1888 que recibí una suma de dinero de A. Hunt, fundador e ingeniero de la Pittsburgh Reduction Company, y recibí ayuda de A. V. Davis en tecnología de producción, y obtuve un generador impulsado por una máquina de vapor. Finalmente, se obtuvieron 165.438 en 1888. El 2 de abril de 1889, la Pittsburgh Reduction Company cambió su nombre por el de Alcoa Company of America. En 1907, Alcoa poseía varias minas y tres plantas de aluminio que producían alúmina. A medida que los productos de aluminio continúan aumentando, el precio del aluminio también ha ido disminuyendo.
Hall se graduó en la universidad en 1885. Desde 65438 hasta 0890 fue miembro de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Minería, Metalurgia y Petróleo. En 1911, la Sociedad Química Estadounidense y la Sociedad de Ingeniería Química le otorgaron conjuntamente una medalla en reconocimiento a sus valiosas contribuciones a la química aplicada. Lamentablemente, murió de leucemia el 27 de diciembre de 1914 a la edad de 51 años. Nunca se casó y dejó 5 millones de dólares a su alma mater, Oberlin College, para construir un auditorio en el campus en memoria de su madre. Hoy en día, una estatua de aluminio de cuerpo entero de Young Hall todavía se encuentra en el campus de Oberlin College para que la posteridad la admire.
Hall lo logró, y Elu también.
En ese momento, Erou era estudiante en la Escuela de Minas de París, Francia, y también se dedicaba a la investigación sobre la producción de aluminio. También recibió aliento y orientación de su maestro, el químico francés H. L. le Chatelier (1850 ~ 1936). El 23 de abril de 1886, Helu recibió una patente de producción de aluminio aprobada por Francia, lo que desencadenó un conflicto entre Hall y la patente de invención del aluminio de Helu. Un tribunal estadounidense dictaminó que Hall tenía prioridad en 1893 porque lo descubrió el 23 de febrero de 1886, dos meses antes que Eru. Cuando Elu fue a los Estados Unidos, Hall recibió medallas de grupos como la Sociedad Química Estadounidense y fue invitado a asistir a la ceremonia. Los dos se encontraron y se felicitaron. Esto es muy digno de felicitaciones. Fueron ellos dos quienes pasaron esta "plata" del suelo de manos de emperadores y nobles a manos de millones de personas en todo el mundo.
Durante la Primera Guerra Mundial aparecieron aleaciones de aluminio y cobre, manganeso y magnesio que fueron utilizadas en diversas producciones industriales. En la década de 1930, las aleaciones de aluminio se utilizaban en la fabricación de aviones. Hoy en día, las ollas de aluminio, las ollas de aluminio y otros productos de aluminio se han utilizado ampliamente en miles de hogares. Según estadísticas extranjeras, el consumo de aluminio per cápita en Estados Unidos alcanzó 19,2 kilogramos en 1995, China fue de 1,5 kilogramos y la India fue de 0,6 kilogramos.