Charles Martin Hall (0)

Charles Martin Hall sündis 6. detsembril 1863 Thompsoni linnas, Ohio osariigis. Halli`d kolisid aastal 1873 Oberlini linna, mis asus samuti Ohio osariigis. Seal pandi ta õppima Oberlini Keskkooli. Seejärel jätkas Hall õpinguid Oberlini Akadeemias ning lisaks sellele ka Muusikaakadeemias. 1880. aastal pani ta ennast Oberlini Kolledžisse kirja ning lõpetas selle aastal 1885 bakalaureusekraadiga kunstis.
Charles Martin Hall sündis reverend Heman Bassett Hall`i ja Sophronia H. Brooks Hall`i pojana . Lisaks oli Charles Martinil 1 vend ja 3 õde.
Tänapäeval teame me Charles Martin Hall`i, kui leiutajat ja inseneri.
Esimest korda puutus Hall keemiaga kokku 12 aastaselt, kui ta tegi kodus mineraalidega katseid. Katsete tegemisel kasutas ta käepäraseid kodust leitud vahendeid, kuid hiljem juba, kui ta oli Oberlini Kolledži esmakursuslane, sai ta laenata vahendeid sealsest kooli laborist . Suure huvi keemia ja kõige sellega seonduva vastu sai ta oma õppejõult Frank Fanning Jewett`lt, kes näitas talle alumiiniumi tükki ja ütles, et kes suudab seda kergema vaevaga ja säästlikumalt toota, see saab rikkaks. See oli ka suureks ajendiks uurimisel . Siiski see lugu tundub olevat rohkem „müüt“, kui fakt.
Tema esimeseks õppeallikaks oli õpik, mille ta sai oma isa kabineti riiulilt. Hiljem õppis ta kooli kõrvalt ka iseseisvalt oma kodus.
Peale selle, et Jewett Hallile väljakutse tegi, ta muretses talle ka labori, materjalid ja andis kaasaegsed keemia teadmised. Oma kogemusest mineraloogias lähtudes võis Jewett anda üliolulise idee kasutamaks krüoliiti(haruldane mineraal -Na3AlF6), nagu üks kirjanik on soovitanud.
Oberlini Kolledžis käies rääkis Hall oma tõsisest plaanist arendada viisi, kuidas alumiiniumit saada Jewett-ile. Hall ei osalenud ametlikul keemia kursusel koolis õppimise algusaastatel ja peale selle ei olnud ta aastatel 1883-84 kooli nimekirjas ning sai seega palju aega veeta koolilaboris, kus tal oli omanimeline kabinet, ja oma enda koduses laboris. Lisaks sellele, et Hall töötas välja uut moodust alumiiniumi tootmiseks, ta pidi leiutama ka seadeldisi ja tegema uusi kemikaale, et tema „projekt“ õnnestuks. Oma esimestes katsetustes proovis ta kohandada kõrgetemperatuurilisi süsiniku jahutamis-meetodeid, mis olid kasutusel teiste keskmise aktiivsusega metallide toomise korral.
Lõpuks jõudis ta järeldusele, et elektrolüüside kasutamine on kasulikum, kui keemilisel teel saadud tulemused.
8 kuud peale kooli lõpetamist leiutas Hall uue mooduse, kuidas oli võimalik odavalt alumiiniumi toota. Tükk aega peale katsetusi avastas ta, et tänu sulatatud krüoliidile lahustub alumiiniumoksiid. Peamine hea külg oli see, et sulatatud krüoliidi ja alumiiniumoksiidi segu sulab umbes 1000˚C madalamal temperatuuril, kui alumiinium -oksiid ise. Alumiiniumoksiidi sulamistemperatuur on 2050 ˚C. Nüüd oli võimalik kergemal moel toota alumiiniumi, mis varem oli väga keeruline protsess.
Hall tootis oma esimesed metallinäidised 23. veebruaril 1886 , peale mitmete aastate pikkust intensiivset tööd. Ta tegi seda enda koduses laboris. Oma esmakordse alumiiniumitilgakese saamiseks kasutas ta kodust leitud ema kastrulit ja purki. Kastrulis sulatati alumiiniumkrüoliiti ja purgis oli elektrokemikaal, millest sai elektrit. Ta lasi elektri läbi omavalmistatud seadeldiste ja mõne tunni pärast tekkiski esimene alumiiniumitilgakene.
Esimesel korral tegi ta selle katse üksinda läbi, kuid juba järgmisel päeval oli tema õde Julia( 1859 –1925) tunnistajaks sellele katsetusele.
Halliga umbes samal ajal tegi sarnase, kuid parema leiutise prantslane Paul Louis Toussaint Héroult (1863-1914). Ta oli sama vana, kui Hall. Nende leiutiste ainuke erinevus seisnes selle, et noorel prantslasel oli ehitatud täiuslikum elektri jõul töötav sulatusahi, kui ameeriklasel. Héroultil oli üks eelis veel – ta sai kasutada generaatorit, mis tootis palju voolu ja mida ta sai kasutada metallurgias. Hall pidi see-eest kõik asjad ise ehitama. Héroult ei taotlenud alumiiniumi kommertsialiseerimis protsessi Euroopas ennem, kui Hall USA-s. Järelikult tegid need kaks leiutajat oma avastused virtuaalselt samal ajal. Hiljem said Hall ja Héroult sõpradeks ning ühendasid oma jõud – sellest tekkis Hall-Héroult protsess, mis oligi lõplik alumiiniumi tootmisviis. Tänapäeval kasutatakse Al tootmiseks sama moodust, mis on väheke uuendatud. Seda kasutatakse nii Euroopas kui Ameerikas ühte moodi.
Hall-Héroult protsess nägi välja selline:

• Boksiit(punakas-pruun kivim ), mis on alumiiniumoksiit koos mustusega, kaevandatakse maakoorest.
  
• Kaevandatud alumiiniumoksiiti töödeldakse siis leelisega, et eemaldada mustus. Selle tulemusea saadakse valge aine, mille nimi on alumiiniuoksiit.
  
• Alumiiunium transporditakse siis hiiglaslikesse tsisternidesse, mis on vooderdatud grafiidiga, mis käitub katoodina. Samuti ripuvad keset tsisterni grafiidiklotsid ja käituvad anoodidena.
  
• Alumiinium lahustatakse siis sulatatud krüoliidis – see vähendab ta sulamistemperatuuri, mis vähendabki lõppkokkuvõttes kogu protsessi maksumust.
  
• Elekter juhitakse segusse ning elektrolüüs algab. Elektrolüüs lagundab segu, kasutades selleks elektrit.
  
• Kui segu on ära lahustunud, siis alumiiniumi ja oksiidi ioonid saavad liikuda , ning siis nad eralduvad üksteisest.
  

Elektrolüüsi toimumine ja selle tingimused:
Pildi seletus:

• Graphite anodes – grafiidi anoodid
  

• Graphite cathode (cell lining) – grafiidi katood (kongi vooderdus)
  
• Steel cell – teraskong
  
• Molten aluminium – sulatatud alumiinium
  
• Molten aluminiumout – sulatatud alumiiniumi väljapääsu ava
  
• Ore dissolved in molten cryolite, at about 950˚C – maagi lahustumine sulatatud krüoliidis, umbes 950˚C juures
  

Katoodrekatsioon:
Alumiiniumi ioonid liidavad elektrone, et jälle aatomiteks muutuda:
4Al3+(l) + 12e- → 4Al(l)
Anoodrekatsioon:
Oksiidi ioonid loovutavad elektrone, et muutuda hpniku molekulideks, O2:
6O2-(l) → 3O2 (g) + 12e-
Halli esimesed proovid saada oma avastusele patenti oli 9. juulil 1886. Selle nimetuseks oli “Protsess alumiiniumi tootmiseks läbi elektrolüüsi”("The Process of Reducing Aluminum by Electrolysis."). Kuid tema avaldus patenti saada ebaõnnestus 23. aprillil 1886, kuna see avastus oli tehtud juba kellegi teise poolt. Siiski esimese patendi sai ta 2.aprillil aastal 1889, patendi number oli #400,655. Pikka aega ei leidnud Hall endale finantsilist abi, et toota alumiiniumit.1889 aastal läks Hall Pittsburgi, kus ta võttis ühendust tuntud metallurg Alfred E. Hunt’iga. Ta oli nõus hakkama koos mõningate sõpradega tootma alumiiniumit Halli väljapakutud moel.. Koos nad asutasid veel samal aastal Pittsburgh Reduction Company, mis hakkaski tootma alumiiniumit. Aastal 1907 nimetati see firma nimi ümber Aluminium Company of America’ks ehk siis lühendatult ALCOA-ks, see nim pandi 1990-l aastatel. Aastaks 1900 oli nende iga-aastaseks toodanguks 8000 tonni alumiiniumi.1890 aastal Hall sai selle firma asepresidendiks ning töötas sellel kohal kuni elu lõpuni. 1914 aastaks oli tema tootmisprotsessi tulemusena alumiiniumi hind langenud 12 dollari pealt 18 sendini naela kohta(0,45kg).
Hall jätkas terve elu oma uurimus- ja leiutustegevusi ja sai veel 22 patenti, enamik alumiiniumi tootmise alal.
1911 aastal autasustati ta Perkini Medaliga silmapaistvate saavutuste eest teaduskeemias, mis on kõrgeim medal, mida sellel alal jagatakse. Ta teenis ka koha Oberlini Keskkooli teenetetahvlil. 1914 aastal pärandas ta oma surmaga üle 10 miljoni USA dollari Oberlini keskkoolile.
Charles Martin Hall suri 27.12.1914 Daytonas, Floridas. Tal ei olnud lapsi ega naist.
Firma Alcoa on praegu väga suur firma ning on väärt miljardeid dollareid. Hall suri väga rikkana. Talle püstitati ka alumiiniumist kuju Oberlini kooli ette, mis seisab seal veel tänaseni.
Charles Martin Hall
Kasutatud allikad:
http://ibchem.com/IB/ibnotes/full/ope_htm/hall_cell.ht m
http://en.wikipedia.org/wiki/Charles_Martin_Hall
http://www.geocities.com/bioelectrochemistry/hall.ht m
http://www.oberlin.edu/archive/WWW_files/hall_cm_b.html
http://web.mit.edu/invent/iow/hall.html
http://www.aluminum.org/ANTemplate.cfm?IssueDate=09/01/2003&Template=/ContentManagement/ContentDisplay.cfm&ContentID=7083
http://inventors.about.com/library/inventors/blaluminum.ht m
http://www.corrosion-doctors.org/Biographies/HallBio.ht m
http://www.chemheritage.org/classroom/chemach/electrochem/heroult-hall.html
http://www.ifa.ukf.net/hallcell/hall.ht m
http://www.oberlin.edu/giving/gp_hall.html