Ciclo de conferencias sobre la historia del Aluminio
- Por Wilmer Romero -
Este es el cuarto artículo
sobre protagonistas del Aluminio, una serie en donde hemos venido desarrollando
la historia del aluminio de una
manera sistemática y secuencial. Empezamos primero con el origen de la palabra Aluminio,
luego sobre el descubrimiento del Aluminio, seguido por el primer método industrial
para producir aluminio.
Esta vez le toca el turno a Alessandro Volta y Michael Faraday, pioneros de la
electrolisis, proceso que condujo al nacimiento de
A ponerse las pilas
Alessandro Volta (1745 - 1827), fue un científico italiano que a diferencia de Humphry Davy y Faraday, nació en el seno de una familia de nobles. Adquirió fama y prestigio por haber inventado la primera pila eléctrica o batería, la cual fue dada a conocer en el año de 1800. En su honor, se bautizó con el nombre de "Voltio", a la unidad de potencia eléctrica usada en el sistema Internacional.
Curiosamente, fue Benjamin Franklin el primero que acuño el término batería en el año 1748, pero la usó para describir a una colección de pequeñas placas de vidrio cargadas electroestáticamente. La pila de Volta fue un invento muy simple pero sorprendente, porque constituyó el primer dispositivo conocido capaz de generar una corriente eléctrica continua y estable, que podía mantenerse por un cierto periodo de tiempo.
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| Primeras celdas electrolíticas usadas en la electrometalurgia del aluminio |
Antes de la pila de Volta, lo único que existía eran las máquinas electrostáticas, que transformaban el trabajo mecánico en energía eléctrica, pero en forma de electricidad estática, por lo cual era imposible usarlas en los procesos de electrolisis.
Alessandro Volta, quien fue profesor de la Universidad de Pavia, una de las instituciones académicas más antiguas del mundo, nunca vio un solo gramo de Aluminio, como probablemente si lo haya visto Faraday, ya que fue amigo de Henri Sainte-Claire Deville, pero sin duda su pila abrió el camino para que surgiera el electromagnetismo, la electroquímica y las aplicaciones modernas de la electricidad. También permitió a Humphry Davy aislar varios elementos químicos mediante electrólisis.
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| Creador de la pila Voltaica |
La pila de Volta rápidamente se fue mejorando por una serie de desarrollos científicos y tecnológicos que fueron surgiendo gracias al trabajo de algunos investigadores tales como Becquerel, Daniell, Grove y otros. Pero no creas que por ser un invento que actualmente supera los 220 años, ya haya dejado de ser un tema de poco interés. Nada de eso, aún hoy en día sigue siendo un área de investigación muy activa.
Para tener una idea de su importancia, imaginemos sólo por un instante qué sería de nuestro estilo de vida sin la existencia de esta fuente de energía portátil, que nos hace la vida mucho más fácil y confortable. Los teléfonos inteligentes, drones y todos los dispositivos móviles no tendrían sentido, así como las herramientas o dispositivos inalámbricos.
“En lo pasado está la historia del futuro”. Juan Donoso Cortés
Volta ni en un millón de años hubiese imaginado el impacto que causaría en nuestra civilización el perfeccionamiento de su pila. Cada día que pasa somos más dependientes de las pilas eléctricas. En Colombia, por ejemplo, se consumieron un promedio de 210 millones de pilas en el año 2010, sobre todo de las llamadas pilas alcalinas.
Para mejorar aún más su desempeño, varias Universidades están trabajando en este tema. Una de ellas es la Universidad de Stanford (USA), en donde se desarrolla una batería basada en “iones de Aluminio”, la cual tiene el potencial de sustituir a las poderosas baterías de “iones de litio”, con la ventaja de que puede ser capaz de recargarse en tan sólo un minuto, un tiempo extraordinariamente conveniente para los dispositivos móviles. Otro trabajo de investigación interesante lo pueden ver en este vídeo, se lo recomiendo, vale la pena verlo.
“Cuán grande es Dios, y nuestra ciencia, una pequeñez”. Andrés-Marie Ampére
Pero aún hay más. Aunque la tecnología nos permitiera recargar una batería en solo un minuto, aún necesitaríamos tener cerca un enchufe para conectar nuestro dispositivo, lo cual no sería práctico en el caso que quisiéramos recargar en el aire un dron sin tener que aterrizarlo.
Para ello, la Universidad “Imperial College London” está trabajando en una tecnología de carga inalámbrica, la cual usa el principio de inducción magnética para transferir energía a distancia y cargar la batería sin ningún enchufe. Este concepto fue inicialmente demostrado por el inventor Nikola Tesla hace más de 100 años.
¿Quién fue Michael Faraday?
Michael Faraday (1791-1867), fue un químico y físico Inglés conocido por sus descubrimientos de la inducción electromagnética, el diamagnetismo y las leyes de la electrólisis. Al igual que Humphry Davy era de origen pobre, siendo su educación eminentemente autodidacta. Trabajaba como aprendiz en un negocio donde encuadernaban libros, tiempo que aprovecho para leer cualquier texto de ciencia que cayera en sus manos.
Cuenta la historia que en 1812, cuando contaba con 21 años, asistió a una serie de conferencias dictada por Humphry Davy. Faraday tomó minuciosas notas de dichas conferencias, las cuales las organizó, ilustró y encuaderno como si fuese un libro. Este manuscrito se lo envió a Humphry Davy, a manera de credencial, solicitándole un empleo como asistente. Davy debió quedar impresionado con los apuntes contenidos en dicho libro, porque el desconocido aprendiz consiguió el empleo que buscaba.
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| Michael Faraday |
La providencia permitió que fuese así. Otro joven ocupó su antiguo cargo de encuadernar libros, pero el mundo se hubiese privado de un talentoso científico si Davy no lo hubiese contratado. ¿Qué hubiese pasado con todos sus descubrimientos? Muchos dirán que otro los hubiese descubiertos, seguro que sí, pero la pregunta es ¿cuántos años hubiese tenido que esperar la humanidad para recibir los beneficios de un genio de la talla de Faraday?
Su ingenio era tal, que Humphry Davy llegó afirmar que Faraday había sido su mayor descubrimiento. Por otro lado, Albert Einstein sentía tal admiración que tenía un retrato de Faraday colgado en su estudio.
Faraday formuló en 1833 las dos leyes fundamentales de la electrolisis que hoy conocemos y aplicamos en la resolución de problemas relacionados con la electrolisis del aluminio. Para ese tiempo, ya había muerto su mentor y jefe Humphry Davy, por lo que Faraday ocupaba su cargo.
"No es que el genio se adelante un siglo a su tiempo, es la humanidad la que se encuentra cien años por detrás de él". Robert Musil
El aluminio también ya había sido aislado por el alemán Friedrich Wohler mediante el proceso de reducción química. Este método de reducción química descubierto por Wohler, fue posteriormente perfeccionado por el profesor francés Henri Sainte-Claire Deville, quien en 1856 fundó la primera empresa a nivel mundial para producir aluminio a escala industrial, aunque su producción fue muy limitada y costosa, como se discutió en el capitulo anterior de protagonista del aluminio.
La primera ley de Faraday permite calcular la cantidad de electricidad requerida para depositar un equivalente gramo de una sustancia, mientras que la segunda ley permite calcular la masa de diferentes sustancias depositadas por la misma cantidad de electricidad.
"Alguien inteligente aprende de la experiencia de los demás". Voltaire
En otras palabras, la cantidad de metal depositado en un tiempo dado, es proporcional al amperaje que se use en el proceso electrolítico. Para llegar a estos resultados, Faraday condujo muchos experimentos de electrolisis, probablemente repitiendo los trabajos de su mentor Humphry Davy.
Los términos “ánodo” y “cátodo” que hoy en día usamos en la industria del aluminio para designar al electrodo positivo y al electrodo negativo, se lo debemos a Michael Faraday. También los términos de electrolito, iones, aniones y cationes fueron acuñados por él.
En su honor se bautizó con el nombre de Faradio a la unidad de capacidad eléctrica. Igualmente, se le dio el nombre de constante de Faraday a la cantidad de carga eléctrica que hay en un mol de electrones.
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| Ánodo en una celda o cuba electrolítica |
Teóricamente, un Faradio (26,80 A h) debería depositar
“Creo que, tan pronto se descubra algo nuevo en la ciencia, hay que adoptar un término completamente nuevo para ello”. A. Volta
Michael Faraday también creó en 1831 las bases para la construcción del primer prototipo de dinamo, el cual es un generador eléctrico que mediante el fenómeno de la inducción electromagnética transforma la energía mecánica en energía eléctrica, generando una corriente continua. Este invento claramente superaba a la pila o batería en los experimentos de electrolisis.
Es interesante mencionar que Faraday, antes de ser conocido por sus inventos, trató de revelar el secreto escondido en la fabricación del acero de la espada de Damasco. Él era hijo de un herrero y conocía el oficio de su padre, pero aún así no pudo revelar porque el acero de la espada de Damasco era tan fuerte. Sin embargo, sus publicaciones motivaron a otro científico a descubrir el misterio detrás de la espada de Damasco.
El diseño de la dinamo fue evolucionando y perfeccionándose en el transcurso de los años, y ya para 1886 el inventor Francés Paul Héroult pudo adquirir una para utilizarla en sus experimentos de electrolisis como fuente de energía para producir Aluminio, a diferencia de su competidor, el norteamericano Charles Martin Hall, quien tuvo que conformarse con una batería, como analizaremos posteriormente en otro artículo dedicado a estos inventores.
Nacimiento de la electrometalurgia
La electroquímica siguió creciendo como disciplina científica y tecnológica gracias a las contribuciones de otros grandes científicos como John Daniell, Johann Hittorf y los premios Nobel Svante Arrhenius, Walter Nernst y Jacobus Van't Hoff.
En resumen, podemos decir que la secuencia de eventos que llevó al desarrollo de la electroquímica y posteriormente a la electrometalurgia del aluminio, empezó primero con la invención de la “pila Voltaica”, mediante la cual el inglés William Nicholson descubrió accidentalmente el fenómeno de la electrólisis mientras estudiaba su funcionamiento.
Luego Humphry Davy puso en práctica la electrólisis aislando varios elementos químicos, aunque no pudo aislar al Aluminio. Sin embargo, fue él quien lo bautizó con dicho nombre, registrando así su partida de nacimiento. Posteriormente, su asistente Michael Faraday enunció los principios fundamentales de esta nueva disciplina de la química.
“Hasta el final seguiré siendo, simplemente, Michael Farady”. M. Farady
La electroquímica también se aplica en la industria de la galvanoplastia, en la obtención y acumulación de energía, desarrollo de sensores y biosensores para medicina y farmacia, desalinización de aguas y tratamientos de productos en la industria alimentaria. Actualmente, entre todos los metales obtenidos por electrolisis, el Aluminio primario es el que ocupa la primera posición en términos de escala de producción.
No obstante, si se considera todas las demás sustancias que se producen por electrolisis, el aluminio entonces pasa a ocupar el segundo lugar, luego de la industria del cloro-álcali, la cual produce cloro e hidróxido de sodio mediante la electrolisis de una solución salina. Aun así, desde el punto de vista energético, la electrolisis del aluminio en sales fundida ocupa el primer lugar como consumidor de energía.
Volta, Davy y Faraday lograron pavimentar el camino que finalmente llevó al nacimiento de la electrometalurgia del aluminio. Ellos fueron realmente pioneros y precursores de esta disciplina, por eso, ellos son considerados también protagonistas del Aluminio.
El surgimiento de una nueva industria
Ya para 1860, Sir Henry Bessemer producía acero a gran escala industrial y bajo costo de producción, mediante un proceso patentado por él cinco años antes. El tiempo de fabricación del acero se había reducido de 15 días a 15 minutos, desplomándose el precio del acero, lo que puso al metal al alcance de todos.
Ahora el aluminio estaba en la mira de muchos inventores, quienes buscaban un método capaz de producir aluminio de forma económica y abundante, tal como había sucedido con el acero en Inglaterra.
La electroquímica había madurado lo suficiente y los generadores eléctricos ya estaban disponibles comercialmente, así que en 1886 dos jóvenes de apenas 22 años, uno en Francia y otro en USA, finalmente dieron con la solución, patentando el proceso electrolítico de producción de aluminio que hoy en día llamamos proceso Hall-Héroult.
“El verdadero progreso es el que pone la tecnología al alcance de todos”. Henry Ford
Se llama así, no porque hayan trabajado juntos, sino porque fue descubierto de manera simultánea e independiente, cada uno en su propio país natal, como si fuesen gemelos. Estos jóvenes se llamaban Paul Héroult, de Francia, y Charles Martin Hall, de USA, quienes fueron apodados por los periódicos de la época como los gemelos del aluminio.
A pesar de todas estas coincidencias, sólo pudieron conocerse 25 años después de patentar sus inventos. Ellos fueron los responsable de impulsar el segundo método industrial para producir aluminio, del cual hablaremos en el próximo capítulo de protagonistas del aluminio.
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Referencias:
http://www.famousscientists.org/michael-faraday/
http://www.newadvent.org/cathen/15503a.htm
http://news.mit.edu/2014/liquid-batteries-renewable-energy-0921
http://www.juliantrubin.com/bigten/voltapile.html
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