Top

Процесс Холла-Эру

Истории науки известно достаточно много случаев, когда одни и те же идеи приходили в головы разным ученым. Феномен одновременных открытий и изобретений сегодня хорошо изучен. Свои объяснения этим совпадениям могут дать и философы, и историки, и социологи.

Но в случае с американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру не хватит никаких научных теорий. И единственное объяснение поразительных совпадений в их жизни прозвучит отнюдь не научно: все это — мистика!

 Из цикла: «Жизнь замечательных идей»

 Они родились в один год. В одном и том же возрасте заинтересовались химией. В одно и то же время, даже не подозревая о существовании друг друга, изобрели один и тот же достаточно сложный способ производства алюминия. Сложный не с точки зрения процесса. Процесс как раз оказался настолько простым, что его используют до сих пор. Сложность заключалась в том, чтобы подобрать оптимальное сырье, содержащее алюминий, и оптимальный метод для его извлечения.

Чарльз Холл, 1878 год

Учитель химии Оберлинского колледжа Франк Фэннинг Джуэтт до того, как уехать в Америку, стажировался в Германии у Фридриха Вёлера. С собой в Оберлин мистер Джуэтт привез образец редкого и дорого металла – маленький слиток алюминия. Однажды на уроке химии он показал ученикам этот слиток и сказал: «Человек, который обнаружит дешевый способ производства этого металла, не только окажет огромную услугу человечеству, но и заработает огромное состояние».

12736091_10207451843845902_8610732_n

Неожиданно пятнадцатилетний Чарльз Холл встал со своего места и заявил во всеуслышание: «Я получу этот металл!»

12767626_10207451843765900_1746545637_n

Лабораторию Чарльз соорудил в старом сарае возле дома. Отец помог ему с обустройством и с покупкой реактивов.

12736436_10207451843565895_1596693269_n

Поначалу Холл пытался выделить алюминий методом различных химических реакций. Но безуспешно. Крохотные гранулы или порошок, которые Чарльзу удавалось получить, нагревая, например, смесь хлористого алюминия и калия, никак не тянули на промышленные масштабы. И тогда Холл решил попробовать извлечь металл методом электролиза.

 Для справки: Электролиз – это физико-химический процесс, в результате которого из раствора или расплава под действием электрического тока выделяется какое-либо вещество.

12498405_10207451844125909_1492595595_n

Электростанций в то время в Америке не было. Ток приходилось добывать с помощью больших самодельных батарей из угля, цинка, азотной и серной кислот. Вот на такой самодельной батарее и работал гидролизёр, который Холл сконструировал сам.

Восемь лет продолжались опыты в старом сарае возле дома. Все эти годы Чарльзу помогала его младшая сестра Джулия.

 «Чарльз всегда был в хорошем настроении, и даже в самые плохие дни был способен посмеяться над судьбой незадачливых изобретателей. В часы неудач он находил утешение за нашим стареньким пианино. В своей домашней лаборатории он работал по многу часов без перерыва…» Из воспоминаний Джулии Холл

12735819_10207451843725899_788100246_n

 Поль Эру, 1878 год

Когда Полю Эру было пятнадцать лет, ему в руки попалась работа Девиля «Алюминий, его свойства, его производство и перспективы». С этого момента Поль Эру посвятил свою жизнь алюминию.

Позже кто-то из биографов Эру заметил: «Работа с неочаровательным названием совершенно очаровала школьника».

Вообще-то родственники хотели, чтобы Поль продолжил дело своих предков. Отец Поля, его дед и прадед занимались кожевенным производством. А сам Поль хотел заниматься химией и только химией. Это его увлечение, кстати, доставило родителям Поля немало огорчений. И дело было не только в сожженных скатертях и расплавленных столовых приборах. Из-за увлечения химией Поля Эру отчислили с первого курса престижной Парижской Горной школы, потому что он запустил все остальные предметы. Однако он сумел наверстать все за одно лето, блестяще сдал экзамены и восстановился на втором курсе.

В 1883 году неожиданно умер отец Поля. Двадцатилетний студент получил в наследство кожевенный завод в Сан-Бенине, пригороде Парижа, но вместо того, чтобы продолжить дело своих предков, оборудовал в здании завода химическую лабораторию и приступил к экспериментам по восстановлению алюминия из глинозема.

Точно так же, как и Чарльз Холл, Поль Эру сначала пытался получить дешевый алюминий чисто химическими методами. Но очень скоро пришел к выводу, что электролиз – единственное решение проблемы.

Однако для этого нужно было купить генератор, вырабатывающий постоянный электрический ток. Деньги на динамо машину Бреге – 50 тысяч франков – Полю дала его мать. Это были ее последние сбережения.

А помогали Полю в экспериментах два его сокурсника: Луи Мерл и Люсьен Ван Кергуистель.

Чарльз Холл и Поль Эру, 1886 год.

Чарльз Холл и Поль Эру решили восстанавливать алюминий из руды одним и тем же физико-химическим способом – методом электролиза. И это было достаточно странным решением. Ведь им хорошо было известно, что получить алюминий данным способом в разное время безуспешно пытались, как минимум, четверо ученых. Все четверо от этого метода отказались.

В качестве основного сырья и Чарльз Холл, и Поль Эру взяли окись алюминия, то есть, глинозем. И это тоже было странным решением. Ведь им была известна основная трудность, с которой сталкивались все химики, пытавшиеся восстановить алюминий из глинозема. Очень сложно разорвать прочную связь двух элементов: металла и кислорода. Чтобы отобрать у алюминия кислород, нужно нагреть глинозем до температуры выше двух тысяч градусов и поддерживать потом эту температуру все время реакции. На этот процесс требовалось такое огромное количество электроэнергии, что алюминий получался дороже золота. А ведь целью Холла и Эру было изобретение дешевого способа получения алюминия.

12767584_10207451844245912_1004762175_n

Тогда Холл и Эру – одновременно и независимо друг от друга! – решили использовать в качестве электролита не просто глинозем, а глинозем, расплавленный в какой либо соли. Температура плавления такой смеси снижалась с двух тысяч градусов до девятисот. Что удешевляло бы алюминий в случае благоприятного исхода, как минимум вдвое.

И вот тут оба они по какому-то наитию или по мистическому совпадению выбрали в качестве растворителя глинозема криолит. Почему и Холл, и Эру остановили свой выбор на достаточно редком минерале криолите – неизвестно. По логике вещей они должны были бы взять не двойной фторид, а двойной хлорид алюминия и натрия, ту самую соль, которая уже давно служила сырьем для химического производства алюминия.

23 февраля 1886 года Чарльз Холл увидел в тигле своего электролизёра десяток маленьких серебристых шариков. Он отнес их в колледж своему бывшему преподавателю мистеру Джуэтту.

12767308_10207451843605896_10226433_n

Сейчас эти шарики хранятся в Американской Алюминиевой компании в Питсбурге, как национальная реликвия. А в Оберлинском колледже стоит памятник Холлу, отлитый из алюминия.

Первые годы студенты в шутку перетаскивали эту легкую статую Холла с места на место. В конце концов, руководство колледжа вынуждено было приклеить алюминиевого Холла к гранитному постаменту. Однако розыгрыши на этом не закончились, теперь студенты украшают статую Холла к праздникам соответствующими атрибутами: то елочными игрушками, то цветами, то лентами…

23 апреля 1886 года, ровно через два месяца после открытия Холла,  Поль Эру обнаружил в железном тигле электролиза застывшую лужицу серебристого металла. Эру тут же отправился в патентное бюро, чтобы зарегистрировать свое открытие. Но оказалось, что патент на электролитический метод получения алюминия уже зарегистрирован в Америке два месяца тому назад.

Поль Эру попал в очень сложное положение. И дело здесь было не в упущенном приоритете. Если бы метод Эру хоть немного отличался от метода Холла, патент во Франции можно было бы оформить. Но Чарльз Холл и Поль Эру умудрились независимо друг от друга разработать совершенно идентичные методы получения промышленного алюминия.

Тяжба тянулась долго. В ней участвовали не столько сами изобретатели, сколько американский и французский патентные комитеты. В конце концов, соглашение между изобретателями и комитетами было достигнуто. И отныне электролитический метод получения промышленного алюминия стал называться «процесс Холла-Эру».

В 1889 году Чарльз Холл получил второй патент, усовершенствовав свой метод получения алюминия. И вновь мистика — точно такое же усовершенствование в том же самом году запатентовал и Поль Эру!

Поль Эру и Чарльз Холл. 1888 год.

Открытие Поля Эру на родине, как ни странно, никого не заинтересовало.  Первое промышленное предприятие, где алюминий начали получать по методу Эру, было построено в Швейцарии, в городе Нейхаузене в 1888 году. Однако спустя год, получив первую прибыль, Эру смог основать свой собственный завод в Форже.

 В Америке промышленное производство алюминия было налажено тоже только в 1888 году, когда Чарльз Холл вместе со своим приятелем Артуром Дэвисом зарегистрировал фирму Питсбург Редакшн Компани. Позже она была переименована в «Алкоа» – Алюминиум Компани оф Америка, и Холл до конца жизни занимал там пост вице-президента.

Свою первую партию алюминия Холл и Дэвис выпустили к Дню благодарения. Но клиенты не торопились раскупать незнакомый металл, и вскоре заводской склад оказался доверху забит алюминиевыми слитками. Тогда компаньон Холла придумал замечательный маркетинговый ход, он предложил изготавливать из алюминия самые различные товары, чтобы продемонстрировать потенциальным покупателям возможности металла и его перспективы. Одним из таких изделий был алюминиевый чайник. Потом появились вилки и ложки, электрические провода, фольга для шоколадных и табачных оберток, тюбики для зубной пасты и многое-многое другое.

Бизнес компании Холла рос колоссальными темпами. К 1905 году Питсбург Редакшн принадлежали уже и бокситовые шахты в Арканзасе, и нефтеперерабатывающий завод в Иллинойсе, и несколько алюминиевых заводов. Как раз в этот год в Америку приехал Поль Эру.

Эру был приглашен одной американской сталелитейной корпорацией в качестве консультанта. Но у него был и свой интерес к Америке. Эру хотел познакомиться с Холлом и с его методом получения алюминия. Ничего нового он для себя не открыл. Но молодые люди подружились и некоторое время вместе занимались модернизацией своего процесса Холла-Эру.

А в 1912-ом Эру — большой любитель приключений – ввязался в одну очень сомнительную авантюру. Французская компания ЛьАлюминиум Франсуаз предложила ему построить завод в Соединенных Штатах. И Поль Эру вместе с молодой женой Каролиной и их сыном Полем отправился в совершенно дикую местность к водопаду Ядкин в Северной Каролине. Джунгли, москиты, змеи – острых ощущений хватало. Но потом Эру подцепил какую-то тропическую лихорадку и несколько месяцев пролежал в постели. Друзья уговаривали его вернуться во Францию, однако Эру никого и слышать не хотел. Только когда его маленький сын Поль заболел малярией, Эру решился распрощаться с джунглями. И с недостроенным заводом.

Вернувшись во Францию Поль Эру внезапно увлекся морем…

Он умер на борту своей яхты в Средиземном море близ Антиба в мае 1914 года.

 «У Поля Эру не было ни одного из признаков традиционного ученого. Он любил игры, женщин, путешествия. Его открытия не были результатом долгих бессонных ночей, проведенных в лаборатории, или сложных научных экспериментов. Его изобретения казались внезапной вспышкой гения…» Кристиан Бикерт, американский биограф Поля Эру.

 Чарльз Мартин Холл пережил Поля Эру всего лишь на полгода. Он умер в том же 1914 году, в конце декабря. У него не было ни семьи, не детей. Большую часть своего состояния – 5 миллионов долларов — он завещал Оберлинскому колледжу. Тому самому, где когда-то учился, и где впервые увидел маленький слиток алюминия, принесенный на урок учителем химии мистером Джэуттом…

P.S. Согласно международной классификации название химического элемента алюминия по латыни звучит как алюминиум (aluminium). Но в Америке, Англии и в некоторых других англоязычных странах, принято писать: «алюминум». Такую орфографию ввел… Чарльз Холл! Когда он готовил для печати первое сообщение о своем открытии, то случайно пропустил в латинском термине одну букву «и». А поскольку Чарльз Холл по сути совершил революцию в металлургии, ему не только простили орфографическую ошибку, но и узаконили ее.

Ссылка на фильм: http://tvkultura.ru/video/show/brand_id/20954/episode_id/166056/video_id/166056/

Режиссер Татьяна Малова, научный консультант доктор технических наук Лазарь Рохлин, художник Владимир Моренко, «Цивилизация», 2010 год