Quimicamente, o aluminio é unmetal de postransición dogrupo do boro; como é habitual no grupo, o aluminio forma compostos principalmente noestado de oxidación +3. Ocatión Al3+ é pequeno e está moi cargado; como tal, é polarizante, e asligazóns que forma o aluminio tenden cara ácovalencia. A forte afinidade cara ao osíxeno fai que o aluminio se asocie comunmente co osíxeno na natureza en forma de óxidos; Por esta razón, o aluminio atópase principalmente nas rochas dacodia terrestre, máis que nomanto, onde é oterceiro elemento máis abundante, despois doosíxeno e osilicio e practicamente nunca comometal libre. Obtense industrialmente mediante a extracción debauxita, unharocha sedimentaria rica en minerais de aluminio.
O descubrimento do aluminio foi anunciado en 1825 polo físico danésHans Christian Ørsted. A primeira produción industrial de aluminio foi iniciada polo químico francésHenri Étienne Sainte-Claire Deville en 1856. O aluminio fíxose moito máis accesible ao público coproceso Hall-Héroult desenvolto de forma independente polo enxeñeiro francésPaul Héroult e o enxeñeiro estadounidenseCharles Martin Hall en 1886, e a produción masiva de aluminio conduciu ao seu amplo uso na industria e na vida cotiá. NaI eII guerra mundial, o aluminio foi unrecurso estratéxico crucial para aaviación. En 1954, o aluminio converteuse nometal non ferroso máis producido no mundo, superando aocobre. No século XXI, a maior parte do aluminio consumíase en transporte, enxeñería, construción e envasado nos Estados Unidos, Europa Occidental e o Xapón.
A pesar da súa prevalencia nomedio ambiente, non se coñece ningún organismo vivo que utilicesales de aluminio para o seumetabolismo, pero o aluminio é ben tolerado por plantas e animais. Dada a abundancia destes sales, a súa posible función biolóxica suscita interese e séguense realizando estudos respecto diso.
A súa lixeireza, condutividade eléctrica, resistencia á corrosión e baixo punto fusión convérteno nun material idóneo para multitude de aplicacións, especialmente en aeronáutica. Así a todo, a elevada cantidade de enerxía necesaria para a súa obtención dificulta a súa maior utilización; dificultade que pode compensarse polo seu baixo custo de reciclado, a súa dilatada vida útil e a estabilidade do seu prezo.
O aluminio é unmetal lixeiro, brando pero resistente, de aspecto gris prateada. A súa densidade é aproximadamente un terzo da doaceiro ou docobre. É moimaleable edúctil e é apto para omecanizado e aaliaxe. Debido á súa elevada calor de oxidación fórmase rapidamente ao aire unha fina capa superficial deóxido de aluminio (Al₂O₃)impermeable e adherente que detén o proceso de oxidación proporcionándolle resistencia á corrosión e durabilidade. Esta capa protectora pode ser ampliada porelectrólise en presenza deoxalatos.
O aluminio ten característicasanfóteras. Isto significa que se disolve tanto enácidos (formandosales de aluminio) como enbases fortes (formando aluminatos co anión [Al(OH)₄]- liberandohidróxeno.
Dos isótopos do aluminio, só o Al27 é estable. Esta situación é común para os elementos con número atómico impar.[n. 1] É o único isótopo primordial do aluminio, é dicir, o único que existiu na Terra na súa forma actual desde a formación do planeta. Case todo o aluminio da Terra está presente como este isótopo, o que o converte nunelemento mononucleídico e significa que o seupeso atómico estándar é practicamente o mesmo que o do isótopo. Isto fai que o aluminio sexa moi útil enresonancia magnética nuclear (RMN), xa que o seu único isótopo estable ten unha alta sensibilidade á RMN.[3] O peso atómico estándar do aluminio é baixo en comparación con moitos outros metais.[n. 2]
Todos os demais isótopos do aluminio sonradioactivos. O máis estable deles é o26Al: que aínda que estaba presente xunto co27Al estable no medio interestelar a partir do cal se formou osistema solar, ao ser producido tamén pornucleosíntese estelar, a súavida media é de só 717.000 anos e, polo tanto, non sobreviviu unha cantidade detectable desde a formación do planeta.[5] Con todo, prodúcense diminutas trazas de26Al a partir doargon naatmosfera porespalación causada porprotóns deraios cósmicos. A relación entre26Al e10Be utilizouse para aradiodatación de procesos xeolóxicos de máis de 105 a 106 anos, en particular o transporte, a deposición, o almacenamento desedimentos, os tempos de enterramento e a erosión.[6] A maioría dos científicos especializados en meteoritos cren que a enerxía liberada pola desintegración do26Al foi responsable da fusión ediferenciación dalgúnsasteroides tras a súa formación fai 4.550 millóns de anos.[7]
Os demais isótopos do aluminio, connúmero másico entre 22 e 43, teñen vidas medias moi inferiores a unha hora. Coñécense tres estadosmetaestables, todos con vidas medias inferiores a un minuto.[2]
Un átomo de aluminio ten 13 electróns, dispostos nunhaconfiguración electrónica de [Ne ]3s2 3p1,[8] con tres electróns máis aló dunha configuración estable de gas nobre. En consecuencia, as tres primeirasenerxías de ionización combinadas do aluminio son moi inferiores á cuarta enerxía de ionización por si soa.[9] Esta configuración electrónica é compartida cos outros membros ben caracterizados do seu grupo,boro,galio,indio etalio; tamén é esperable para onihonio. O aluminio pode ceder os seus tres electróns máis externos en moitas reaccións químicas (véxaseabaixo). Aelectronegatividade do aluminio é 1,61 (escala de Pauling).[10]
Un átomo de aluminio libre ten unradio de 143 pm.[11] Cos tres electróns máis externos eliminados, oradio redúcese a 39 pm para un átomo de 4 coordenadas ou a 53,5 pm para un átomo de 6 coordenadas.[11] Entemperatura e presión estándar, os átomos de aluminio (cando non están afectados por átomos doutros elementos) forman unsistema cristalino cúbico centrado nas caras unidos porligazóns metálicas proporcionadas polos electróns máis externos dos átomos; polo tanto, o aluminio (nestas condicións) é un metal.[12] Este sistema cristalino é compartido por moitos outros metais, como ochumbo e ocobre; o tamaño dunha cela unitaria de aluminio é comparable ao deses outros metais.[12] Con todo, este sistema non é compartido polos demais membros do seu grupo; o boro ten enerxías de ionización demasiado altas para permitir a metalización, o talio ten unha estruturacompacta hexagonal, e o galio e o indio teñen estruturas pouco comúns que non son de paquete pechado como as do aluminio e o talio. Os poucos electróns dispoñibles para aligazón metálica no aluminio metálico son unha causa probable de que sexa brando, cun baixo punto de fusión e unha baixaresistividade eléctrica.[13]
O aluminio metálico ten un aspecto que vai do branco prateado ao gris apagado, dependendo darugosidade da superficie.[a] Os espellos de aluminio son os máis reflectores de todos os espellos metálicos para a luzultravioleta próxima e ainfravermella afastada, e un dos máis reflectantes do espectro visible, case á par da prata, polo que os dous se parecen. . O aluminio tamén é bo para reflectir aradiación solar, aínda que a exposición prolongada á luz solar no aire engade desgaste á superficie do metal; isto pódese evitar se o aluminio éanodizado, o que engade unha capa protectora de óxido na superficie.
A densidade do aluminio é de 2,70 g/cm3, aproximadamente 1/3 da do aceiro, moi inferior á doutros metais habituais, o que fai que as pezas de aluminio sexan facilmente identificables pola súa lixeireza.[16] A baixa densidade do aluminio en comparación coa maioría dos demais metais débese a que os seus núcleos son moito máis lixeiros, mentres que a diferenza no tamaño da cela unitaria non compensa esta diferenza. Os únicos metais máis lixeiros son os metais degrupos 1 e2, que á parte doberilio e omagnesio son demasiado reactivos para o seu uso estrutural (e o berilio é moi tóxico)..[17] O aluminio non é tan forte ou ríxido como o aceiro, pero a súa baixa densidade compénsao naindustria aeroespacial e en moitas outras aplicacións nas que o peso lixeiro e unha resistencia relativamente alta son cruciais.[18]
O aluminio é un excelente condutortérmico eeléctrico, cun 60% da condutividade docobre, tanto térmica como eléctrica, e só un 30% da densidade do cobre.[23] O aluminio é capaz de sersuperconductivo, cunha temperatura crítica supercondutora de 1,2kelvin e un campo magnético crítico duns 100gauss (10militeslas).[24] Éparamagnético e, polo tanto, esencialmente inafectado por campos magnéticos estáticos.[25] A alta condutividade eléctrica, con todo, significa que se ve fortemente afectado por campos magnéticos alternos a través da indución decorrentes parasitas.[26]
O aluminio combina características dos metais anteriores e posteriores á transición. Ao ter poucos electróns dispoñibles para a ligazón metálica, como os seus conxéneres máis pesados dogrupo 13, posúe as propiedades físicas características dun metal de postransición, con distancias interatómicas máis longas do esperado.[13] Ademais, como Al3+ é un catión pequeno e moi cargado, é fortemente polarizante e aligazón nos compostos de aluminio tende cara ácovalencia;[27] este comportamento é similar ao doberilio (Be2+), e ambos mostran un exemplo derelación diagonal.[28]
O núcleo subxacente baixo a casca de valencia do aluminio é o dogas nobre anterior, mentres que as dos seus conxéneres máis pesadosgalio,indio,talio enihonio tamén inclúen unha subcasca "d" rechea e, nalgúns casos, unha subcasca "f" rechea. Polo tanto, os electróns internos do aluminio protexen aos electróns de valencia case por completo, a diferenza dos conxéneres máis pesados do aluminio. Como tal, o aluminio é o metal máis electropositivo do seu grupo, e o seu hidróxido é, de feito, máis básico que o do galio.[27][n. 3] O aluminio tamén presenta pequenas similitudes co metaloide boro do mesmo grupo: Os compostos AlX3 sonisoelectrónicos de valencia aos compostos BX3 (teñen a mesma estrutura electrónica de valencia), e ambos se comportan comoácidos de Lewiss e forman facilmenteadutos.[29] Ademais, un dos principais motivos da química do boro son as estruturasicosaédricas irregulares, e o aluminio forma unha parte importante de moitas aliaxescuasicristais icosaédricas, incluída a clase Al-Zn-Mg.[30]
O aluminio ten unha granafinidade química co osíxeno, o que o fai adecuado para o seu uso comoaxente redutor na reacción determita. Un po fino de metal de aluminio reacciona explosivamente en contacto conoxíxeno líquido; con todo, en condicións normais, o aluminio forma unha fina capa de óxido (5 nm a temperatura ambiente).[31] que protexe o metal da corrosión por osíxeno, auga ou ácido diluído, un proceso denominadopasivación.[27][32] Debido á súa resistencia xeral á corrosión, o aluminio é un dos poucos metais que conserva a reflectancia prateada en forma de po fino, o que o converte nun compoñente importante das pinturas decor prata.[33] O aluminio non é atacado polos ácidos oxidantes debido ao seu pasivación. Isto permite utilizar o aluminio para almacenar reactivos como oácido nítrico, oácido sulfúrico concentrado e algúns ácidos orgánicos.[34]
Enácido clorhídrico concentrado quente, o aluminio reacciona coa auga con evolución de hidróxeno, e enhidróxido de sodio ouhidróxido de potasio acuosos a temperatura ambiente para formaraluminatos-a pasivación protectora nestas condicións é insignificante.[35] Aauga rexia tamén disolve o aluminio.[34] O aluminio se corroe coscloruros disoltos, como ocloruro sódico común, razón pola cal as tubaxes domésticas nunca se fabrican con aluminio..[35] A capa de óxido do aluminio tamén se destrúe por contacto conmercurio debido aamalgamación ou con sales dalgúns metais electropositivos.[36] Por iso, as aliaxes de aluminio máis resistentes son menos resistentes á corrosión debido ás reaccións degalvánicas concobre aleado,[20] e a resistencia á corrosión do aluminio vese moi reducida polas sales acuosas, sobre todo en presenza de metais distintos.[13]
O aluminio reacciona coa maioría dos non metais ao quentarse, formando compostos como onitruro de aluminio (AlN), osulfuro de aluminio (Al2S3) e os haluros de aluminio (AlX3). Tamén forma unha ampla gama decompostos intermetálicos nos que interveñen metais de todos os grupos da táboa periódica.[36]
A gran maioría dos compostos, incluídos todos os minerais que conteñen aluminio e todos os compostos de aluminio comercialmente significativos, presentan aluminio no estado de oxidación 3+. Onúmero de coordinación de tales compostos varía, pero xeralmente Al3+ é de seis ou catro coordenadas. Case todos os compostos de aluminio (III) son incoloros.[27]
Xa sexa considerando a cantidade ou o valor do metal empregado, o seu uso excede ao do calquera outro exceptuando o aceiro, e é un material importante en multitude de actividades económicas.
O aluminio puro é brando e fráxil, pero as súasaliaxes con pequenas cantidades decobre,manganeso,silicio,magnesio e outros elementos presentan unha gran variedade de características adecuadas ás máis diversas aplicacións. Estas aliaxes constitúen o compoñente principal de multitude de compoñentes dosavións efoguetes, nos cales o peso é un factor crítico.
Cando se evapora aluminio no baleiro, forma un revestimento que reflicte tanto a luz visible como a infravermella; ademais a capa de óxido que se forma impide a deterioración do recubrimento, por esta razón empregouse para revestir osespellos detelescopios, en substitución daprata.
Dada a súa gran reactividade química, finamente pulverizado úsase comocombustible sólido de foguetes e para aumentar a potencia de explosivos, como ánodo de sacrificio e en procesos de aluminotermia (termita) para a obtención de metais.
Outros usos do aluminio son:
Transporte, como material estrutural en avións,automóbiles, tanques, superestruturas debuques, blindaxes etc.
Construción;fiestras,portas, perfís estruturais, cubertas etc.
Bens de uso; utensilios de cociña, ferramentas etc.
Transmisión eléctrica. Aínda que a súacondutividade eléctrica é tan só o 60% da docobre a súa maior lixeireza permite unha maior separación das torres de alta tensión, diminuíndo os custos da infraestrutura.
Recipientes crioxénicos (ata -200°C, xa que non presenta temperatura de transición (dúctil a fráxil) como o aceiro, así a tenacidade do material é mellor a baixas temperaturas, calderería.
Os sales de aluminio dosácidos graxos (p. ex. oestearato de aluminio) forman parte da formulación do napalm.
Oshidruros complexos de aluminio son redutores valurosos en síntese orgánica.
Oshaluros de aluminio teñen características deácido Lewis e son utilizados como tales como catalizadores ou reactivos auxiliares.
Tanto enGrecia como enRoma empregábase oalume (dolatínalūmen, -ĭnis, alume), un sal dobre de aluminio epotasio, en tintorería e comoadstrinxente en medicina, uso aínda en vigor.
En1761,Guyton de Morveau suxeríu chamar "alumine" á base do alume. En1808Humphry Davy identificou a existencia dunha base de metal no alume, que nun principio chamou "alumium", pero máis tarde decidiu cambialo poraluminium por coherencia coa maioría dos nomes de elementos, que usan o sufixo -ium. Deste derivaron os nomes actuais noutros idiomas; no entanto, nosEEUU co tempo se popularizou o uso da primeira forma, hoxe tamén admitida polaIUPAC aínda que prefire a outra.
Antes de que fose desenvolvido o proceso Hall-Héroult a finais da década de 1880, o aluminio era moi difícil de extraer dos seus diversos minerais. Isto facía ao aluminio puro máis valioso que oouro. Barras de aluminio foron exhibidas na Exposición Universal de1855.
Aínda que o aluminio é un material moi abundante nacodia terrestre (8,1%) raramente se atopa libre. As súas aplicacións industriais son relativamente recentes, producíndose a escala industrial dende finais doséculo XIX. Cando foi descuberto atopouse que era extremadamente difícil a súa separación das rochas das que formaba parte, polo que durante un tempo foi considerado un metal precioso, máis caro cóouro; así a todo, coas melloras dos procesos os prezos baixaron continuamente ata colapsarse en1889 tras descubrirse un método sinxelo de extracción do metal. Actualmente, un dos factores que estimula o seu uso é a estabilidade do seu prezo.
As primeiras sínteses do metal baseáronse na redución do cloruro de aluminio conpotasio elemental. En1859Henri Sainte-Claire Deville publicou dúas melloras ao proceso de obtención ao substituír opotasio porsodio e o cloruro simple por dobre; posteriormente, a invención doproceso Hall-Héroult en1886 abaratou o proceso de extracción do aluminio a partir do mineral, o que permitiu, xunto coproceso Bayer do mesmo ano, que se estendese o seu uso ata facerse común en multitude de aplicacións.
A recuperación do metal a partir da chatarra (reciclado) era unha práctica coñecida dende principios doséculo XX. É, así a todo, a partir da década de 1960 cando se xeneraliza, máis por razónsmedioambientais que estritamente económicas.
O proceso ordinario de obtención do metal consta de dúas etapas, a obtención dealumina polo proceso Bayer a partir dabauxita, e posterior electrólise do óxido para obter o aluminio.
A elevada reactividade do aluminio impide extraelo da alumina medianteredución, sendo necesaria aelectrólise do óxido, o que esixe á súa vez que este se atope en estado líquido. No entanto, a alumina ten unpunto de fusión de 2000°C, excesivamente alta para acometer o proceso de forma económica polo que era disolta encriolita fundida, o que diminuía a temperatura ata os 1000 °C. Actualmente, a criolita substitúese cada vez máis polaciolita un fluoruro artificial de aluminio,sodio ecalcio.
O aluminio ten noveisótopos cuxasmasas atómicas varían entre 23 e 30uma. Tan só o Al-27, estable, e Al-26, radioactivo cunha vida media de 0,72×106 anos, atópanse na natureza. O Al-26 prodúcese naatmosfera ao ser bombardeado oargon con raios cósmicos e protóns. Os isótopos de aluminio teñen aplicación práctica nadatación desedimentos mariños, xeos glaciares,meteoritos etc. A relación Al-26/Be-10 empregouse na análise de procesos detransporte, deposición, sedimentación e erosión a escalas de tempo de millóns de anos.
O Al-26 cosmoxénico aplicouse primeiro nos estudos daLúa e osmeteoritos. Estes últimos atópanse sometidos a un intenso bombardeo deraios cósmicos durante a súa viaxe espacial, producíndose unha cantidade significativa da Al-26. Tralo seu impacto contra aTerra, aatmosfera, que filtra os raios cósmicos, detén a produción da Al-26 permitindo determinar a data en que o meteorito caeu.
O aluminio é un dos poucos elementos abundantes na natureza que parecen non ter ningunha función biolóxica beneficiosa. Algunhas persoas manifestanalerxia ao aluminio, sufrindodermatite por contacto, e ata desordes dixestivas ao inxerir alimentos cociñados en recipientes de aluminio; para o resto de persoas, non se considera tan tóxico coma os metais pesados, aínda que existen evidencias de certatoxicidade se se consome en grandes cantidades. O uso de recipientes de aluminio non se atopou que carrexe problemas desaúde, estando estes relacionados co consumo deantiácidos ouantitranspirantes que conteñen aluminio. Suxeriuse que o aluminio pode estar relacionado coAlzhéimer, aínda que a teoría foi refugada.
A toxicidade do aluminio inxerido cos alimentos é obxecto de estudo[37] e parece estar máis relacionado coa biodispoñibilidade que coa propia concentración do elemento no alimento. Son as características dos alimentos os que determinan a forma na que se descompón no intestino e as substancias químicas que se liberan. Comprobouse igualmente que, no caso do aluminio, existe un nivel de saturación a partir do cal aínda que se aumente a concentración do elemento non aumenta a cantidade absorbida.
O aluminio non cambia as súas características químicas durante oreciclado. O proceso pódese repetir indefinidamente e os obxectos de aluminio pódense fabricar enteiramente con material reciclado.Moitosrefugallos de aluminio como aslatas pódense prensar doadamente, reducindo o seu volume e facilitando o seu almacenamento e transporte, as latas usadas de aluminio teñen o valor máis alto de tódolos residuos deenvases eembalaxes, o cal é un incentivo para a súa recuperación.
Algúns beneficios do reciclaxe de aluminio son:
Ao utilizar aluminio recuperado no proceso de fabricación de novos produtos existe un aforro deenerxía do 95% respecto de se utilizase materia curmá virxe (bauxita).
O proceso de reciclado é normalmente doado, xa que os obxectos de aluminio refugados están compostos normalmente só de aluminio polo que non se require unha separación previa doutros materiais.
Un residuo de aluminio é doado de manexar: é lixeiro, non se rompe, non arde e non se oxida, polo mesmo é tamén doado de transportar.
O aluminio é un material cotizado e rendible cunmercado importante a nivel mundial, polo que todo o aluminio recolleito ten garantido o seu reciclado.
A reciclaxe de aluminio produce beneficios xa que proporciona unha fonte de ingresos e ocupación para a man de obra non cualificada.
Moitas persoas nos países en desenvolvemento se dedican á recolección de aluminio de refugallo, principalmente latas, polo que contribúen áreciclaxe deste metal. Outras persoas fano por conciencia ambiental; en moitas partes do mundo organizacións comunais, supermercados, escolas e tendas de tódolos tamaños contan cun programa de reciclaxe de aluminio.
↑Ningún elemento con número atómico impar ten máis de dous isótopos estables; os elementos con número par teñen múltiples isótopos estables, sendo o estaño (elemento 50) o que ten o maior número de isótopos estables de todos os elementos, dez. A única excepción é oberilio, que é par pero só ten un isótopo estable.[2]
↑A maioría dos demais metais teñen pesos atómicos estándar maiores: por exemplo, o do ferro é55845; o do cobre63546; o do chumbo207.2.[4] que ten consecuencias para as propiedades do elemento (consulteabaixo)
↑De feito, o comportamento electropositivo do aluminio, a súa alta afinidade polo osíxeno e o seupotencial de eléctrodo estándar altamente negativo están mellor aliñados cos doescandio,itrio,lantano eactinio, que do mesmo xeito que o aluminio teñen tres electróns de valencia fóra dun núcleo de gas nobre; esta serie mostra tendencias continuas mentres que as do grupo 13 rompe pola primeira subcáscara d engadida no galio e a consecuentecontracción do bloque d e a primeira subcáscara f engadida no talio e a consecuentecontracción do lantánido..[27]
↑As dúas caras do papel de aluminio difiren no seu brillo: unha é brillante e a outra mate. Esta diferenza débese aos pequenos danos mecánicos que se producen na superficie da cara mate durante o proceso tecnolóxico de fabricación do papel de aluminio.[14] Ambas as caras reflicten cantidades similares de luz visible, pero a cara brillante reflicte unha proporción moito maior de luz visibleespecularmente, mentres que a cara opaca reflicte case exclusivamente luzdifusa. Ambas as caras do papel de aluminio son boasreflectoras (aproximadamente o 86%) daluz visible e excelentes reflectoras (ata o 97%) daradiación infravermella media e afastada.[15]
↑Thomas Prohaska EMAIL logo , Johanna Irrgeher , Jacqueline Benefield , John K. Böhlke , Lesley A. Chesson , Tyler B. Coplen , Tiping Ding , Philip J. H. Dunn ORCID logo , Manfred Gröning , Norman E. Holden , Harro A. J. Meijer , Heiko Moossen , Antonio Possolo , Yoshio Takahashi , Jochen Vogl , Thomas Walczyk , Jun Wang , Michael E. Wieser , Shigekazu Yoneda , Xiang-Kun Zhu e Juris Meija (4 de maio de 2022). De Gruyter, ed."Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report)". Consultado o 1 de maio do 2023.
↑"Aluminium". The Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights. Arquivado dendeo orixinal o 23 de setembro de 2020. Consultado o 1 de maio do 2023.
↑Pozzobon, V.; Levasseur, W.; Do, Kh.-V.; et al. (2020). "Household aluminum foil matte and bright side reflectivity measurements: Application to a photobioreactor light concentrator design".Biotechnology Reports(eninglés)25. pp. e00399.PMC6906702.PMID31867227.doi:10.1016/j.btre.2019.e00399.
↑Hatch, John E. (1984).Aluminum : properties and physical metallurgy. Metals Park, Ohio: American Society for Metals, Aluminum Association. p. 242.ISBN978-1-61503-169-6.OCLC759213422.
↑Food Standards Agency:Assessing the bio-availability of Aluminium and Manganese in food products by using in vitro gastro-intestinal models. Earth, Environmental and Life Sciences, 2011[1][Ligazón morta]
