Солнечным сентябрьским днем много лет назад странная (а по мнению некоторых, подозрительная) ошибка навигатора завела нас на вершину этого холма, но оказалось, что этот окольный путь стоил всех затраченных усилий. И деревня, и вид с холма очень живописны и могут служить визитной карточкой коммуны Ле-Бо. Однако деревня известна (или должна быть известна) другим – рудой, называемой бокситом, обнаруженной неподалеку Пьером Бертье в 1821 году.
Боксит любопытным образом связывает это солнечное местечко с его цикадами и пастисом в послеобеденной тени с гренландскими приключениями Смиллы Кваавигаак Ясперсен. Эти приключения, описанные в романе «Смилла и ее чувство снега», в 1992 году принесли его автору, датчанину Питеру Хёгу, международную славу и успех
[124].
В этом ставшим бестселлером романе, который можно описать и как триллер, и как постфеминистскую критику датского колониализма
[125], главную роль играют таинственная деятельность гренландского Криолитового общества, а также глубокие знания Смиллы о свойствах находящейся в твердом состоянии воды. Датчанка родом из Гренландии, Смилла прежде была гляциологом
[126]; она расследует смерть шестилетнего соседского мальчика, упавшего с обледеневшей крыши, которую полиция списывает на несчастный случай. В процессе расследования она оказывается в архивах Криолитового общества в Копенгагене, изучает судебные улики и наконец присоединяется к злополучной экспедиции в отдаленную часть Гренландии.
На первый взгляд общим знаменателем для боксита и криолита должен быть алюминий. Собственно, в этом нет ничего примечательного: алюминий, находящийся в Периодической таблице прямо под бором, присутствует во многих минералах и рудах – это третий по распространенности элемент в земной коре. Однако важной связью между этими материалами является процесс получения металлического алюминия. Этот металл оказался загадкой для химиков XIX века и выглядел как иллюстрация шведской пословицы «Когда с неба льется суп, у бедняка нет ложки». Алюминий был повсюду, но его невозможно было добыть. Боксит, несомненно, был хорошим источником. Он содержит различные формы гидроксидов алюминия, такие как Al(OH)3 и AlO(OH), которые довольно легко превратить в оксид алюминия Al2O3. Но как же отделить ионы алюминия от оксид-ионов и перевести их в металлическое состояние?
Племянник Наполеона Бонапарта, самозваный император французов Наполеон III предсказал будущее значение этого металла для производства оружия, а его инициатива в конечном итоге привела к запатентованному в 1886 году процессу Холла – Эру, который используется и по сей день
[127].
История о том, как Чарльз Холл в Огайо, США, и Поль Эру в Нормандии, Франция, независимо друг от друга превратили металл, из которого когда-то делали столовые приборы для самых важных гостей при дворе Наполеона III, в металл, из которого мы сегодня делаем банки для безалкогольных напитков, очень увлекательна – по крайней мере, для химиков, – но была уже рассказана неоднократно
[128].
Мы, однако, остановимся подробнее на самом методе, поскольку он демонстрирует некоторые важные принципы химии и объясняет следующие несопоставимые на первый взгляд факты: почему в Исландии есть алюминиевые заводы, но нет бокситовых шахт и почему самолет B17 Flying Fortress угодил в болото в Западной Швеции 24 июля 1943 года.
В процессе Холла – Эру применяется электролиз. Помните, как в главе 2 нам потребовался по-настоящему хороший восстановительный агент, чтобы сделать металлический уран из ионов урана 4+? Так вот, сделать алюминий из Al2O3 еще труднее, и вместо поисков химического реагента, который даст нам необходимые три электрона для превращения иона Al3+ в нейтральный металл, мы обратимся к женным электронам.
Во время электролиза мы вводим электроны из одного электрода (электропроводящего стержня) в раствор ионов Al3+. Ионы с этого электрода перепрыгивают в раствор и захватываются ионами Al3+. Когда все ионы Al3+ поглотят таким образом по три электрона, мы получим атомы Al(0), которые начнут быстро соединяться и образовывать металлический алюминий, опускающийся на дно реакционного сосуда. С противоположной стороны второй электрод ждет возможности принять испущенные первым электродом электроны, чтобы замкнуть электрическую цепь. Поскольку электроны из входящего электрода не идут дальше, их нужно брать где-то еще, и если ваш расплав представляет собой жидкий Al2O3, то в роли источника остаются только ионы О2–. Они имеют отрицательный заряд, так что для них логично направиться к положительно заряженному электроду и отдать два электрона.
Al3+ + 3e—→ Al
2O2– → O2 + 4e—.
Поскольку ни один электрон не может ускользнуть, их количество, принимаемое алюминием, должно точно соответствовать количеству, отдаваемому кислородом, что дает нам полную реакцию:
4Al3+ + 6O2– → 4Al + 3O2.
Конечно, эта реакция прямо противоположна той, которая произошла бы самопроизвольно, если бы молекулы кислорода могли расколоть тонкий, но непроницаемый слой оксида, защищающий поверхность всех алюминиевых предметов, что придает им потрясающие антикоррозионные свойства. Причина того, что при помощи электролиза мы можем сделать прямо противоположное, заключается в том, что в этой реакции мы задействуем большое количество электрической энергии, которая превращается в химическую энергию, запасаемую в полученных веществах. Это очень дорогостоящая реакция. Если вы хотите провести электролиз воды, описанный в школьном учебнике, вы можете использовать обычный аккумулятор, но для получения алюминия лучше обзавестись гидроэлектростанцией или еще каким-то источником дешевой электроэнергии. Вот почему в Исландии существует промышленное производство алюминия. Боксит стоит недорого, и его можно перевозить по морю, но на земле мало мест, которые могут производить электричество по такой низкой цене, как Исландия.
Все это было известно и во времена Наполеона III. Проблема заключалась в том, что высокая температура плавления оксида алюминия (2072 °C) делала процесс практически невозможным. Затем появились Холл и Эру, которые показали, что можно растворить оксид алюминия в расплаве гексафтороалюмината натрия (Na3AlF6), уменьшив таким образом необходимую для процесса температуру примерно на 1000 °C. Загвоздка была в том, что Na3AlF6, больше известный как криолит, можно было найти лишь в одном месте на планете – в шахте Ивиттуут на юге Гренландии. Вследствие этого, когда алюминий приобрел значение для военных, гренландские криолитовые шахты стали жизненно важным стратегическим активом, и этот факт героиня Хёга Смилла обнаруживает в архивах Криолитового общества в Копенгагене.
