アルミニウムとは何ですか？
アルミニウム（記号Al）は周期表の元素13で、3周期、13族のポスト遷移金属です。 かつては金より貴重でしたが、誰かが安価に電解する方法を見つけたため、今では鉄に次いで最も広く使われる金属です。 室温では固体です。
物語
アルミニウムとは何か、そしてどのように発見されたか
アルミニウムは、わずか100年で貴重品からどこにでもある存在になった奇跡の金属です。かつては金よりも価値が高く、Napoleon IIIは最も高く敬意を払う客にアルミニウム製の食器を使い、それ以外の客には金の食器を使いました。この軽量な金属は、今ではあまりにも身近で、私たちは捨ててしまうほどです。Washington Monumentの頂部にはアルミニウムが使われています。1884年当時、アルミニウムは地球上で最も高価な金属でした。1886年にHall-Héroult法が登場するとすべてが変わり、アルミニウムの抽出が手頃な価格になって航空時代が始まりました。飛行機が飛べるのは、アルミニウムが強い一方で、重量が鋼鉄の3分の1だからです。制汗剤には汗腺をふさぐためにアルミニウムが含まれ、家庭で使うアルミホイルは赤外線の95%を反射します。アルミニウムのリサイクルに必要なエネルギーは、新しいアルミニウムを製造する場合のわずか5%で済むため、あの炭酸飲料の缶は何度でもリサイクルできます。
アルミニウムの発見
地球に隠された金属を求めて
アルミニウムの発見の物語は、古代文明から19世紀の化学的な画期的発見に至るまで、2000年以上にわたります。この物語には、卓越した知性、産業スパイ活動、そして「王の金属」が日常的な素材へと変わっていく過程が関わっています。
古代の基礎
物語は紀元前400年頃の古代ローマで始まります。そこでは「alumen」という言葉が、染色やなめしに使われた収れん性の塩を表していました。ローマの博物学者Pliny the Elder（23～79年）は、百科事典「Naturalis Historia」の中でミョウバンの性質を記録しました。彼は知らず知らずのうちに、何世紀にもわたって使われてきたアルミニウム化合物を記述していたのです。
1761年、フランスの化学者Louis-Bernard Guyton de Morveauは、ミョウバンには当時まだ知られていない金属が含まれていると提唱し、現在アルミニウム酸化物と呼ばれている物質に「alumine」という名称を付けました。これが、後にその金属を単離するための土台となりました。
Sir Humphry Davyの試み（1807～1812年）
イギリスの化学者Sir Humphry Davy（1778～1829年）は、1807年に初めて電気分解によってアルミニウムを単離しようとしました。新たに発明した電池を使い、Davyはカリウムとナトリウムの単離には成功しましたが、アルミニウム酸化物の高い融点（2,072°C）には苦戦しました。純粋なアルミニウムの単離には成功しなかったものの、Davyは1812年に仮想の金属を「aluminum」と名付けました。その後、「-ium」で終わる他の元素名に合わせて「aluminium」へと変更されました。
Hans Christian Ørstedの突破口（1825年）
デンマークの物理学者兼化学者Hans Christian Ørsted（1777～1851年）は、1825年8月29日に初めてアルミニウムを単離しました。塩化アルミニウムを還元するためにカリウムアマルガムを使い、Ørstedは小さな金属球を生成しました。彼の方法では、閉じた管の中で塩化アルミニウムをカリウムとともに加熱し、金属アルミニウムの最初の既知の試料を作り出しました。
Friedrich Wöhlerによる改良（1827年）
ドイツの化学者Friedrich Wöhler（1800～1882年）は、アマルガムの代わりに金属カリウムを使ってØrstedの方法を改良しました。1827年7月21日、Wöhlerはアルミニウムの粉末と小さな粒を生成し、アルミニウムの重要な性質である軽さ、酸化への耐性、金属光沢を初めて観察しました。彼はアルミニウムを「スズの色と光沢を持つ」と表現したことで有名です。
Henri Sainte-Claire Devilleとぜいたくの時代（1854～1886年）
フランスの化学者Henri Étienne Sainte-Claire Deville（1818～1881年）は、1854年にアルミニウム生産に革命を起こしました。ナトリウムを使った化学的還元法により、初めてアルミニウムの商業生産が可能になりました。フランス皇帝Napoleon III of FranceはDevilleの研究に資金を提供し、軍隊のためのアルミニウム製の装甲や装備を構想しました。
この時代、アルミニウムは金よりも高価でした。Napoleon IIIは公式晩餐会でアルミニウム製のカトラリーを披露し、最も名誉ある客にだけそれを用い、他の客には金の食器を使わせました。1884年に完成したワシントン記念塔の頂部飾りは、アルミニウム100オンスで作られており、当時は労働者の年収に相当する価値がありました。
Hall-Héroult法の革命（1886年）
2人の若く才能ある化学者が、アルミニウムを大衆化した電解法を独立して発見しました。
Charles Martin Hall（USA、1863～1914年）
22歳だったHallは、オハイオ州Oberlinにある家族の薪小屋で、1886年2月23日にアルミニウムの電気分解を発見しました。妹のJuliaの鉄製フライパンと自作の電池を使い、Hallは溶融氷晶石にアルミニウム酸化物を溶かして電流を通し、純粋なアルミニウムの液滴を生成しました。
Paul Héroult（France、1863～1914年）
同じく22歳だったHéroultは、わずか2か月後の1886年4月9日に同じ発見をしました。フランスのGentillyにある父親のなめし工場で研究していたHéroultは、同一の方法を独立して開発しました。2人はともに1863年に生まれ、1914年に亡くなっており、科学史上の驚くべき偶然です。
産業への影響
Hall-Héroult法によって、アルミニウムの価格は1ポンド当たり$545（1850年代）から$0（1900年）へと下がり、99.8％低下しました。この画期的な発見によって、現代のアルミニウム産業が始まりました。
- 1888年：HallがPittsburgh Reduction Company（後のAlcoa）を共同設立しました
- 1889年：Héroultがスイスにヨーロッパ初のアルミニウム工場を設立しました
- 1896年：初のアルミニウム製調理器具が市場に登場しました
- 1903年：Wright Brothersが歴史的な飛行でアルミニウム製エンジン部品を使用しました
現代に残る功績
現在のアルミニウム産業は年間6500万トン以上を生産し、現代の航空、宇宙探査、持続可能な包装を可能にしています。1886年以来、本質的に変わっていないHall-Héroult法は、今なお世界のアルミニウム生産の基盤です。これは、文明を変えた22歳の2人の化学者の才能を示すものです。