El elemento aluminio — Átomo de aluminio

El aluminio (o aluminum en inglés norteamericano) es un elemento químico de la tabla periódica que tiene el símbolo Al y el número atómico 13. Miembro plateado y dúctil del grupo de los metales pobres, el aluminio se encuentra principalmente en forma de mineral de bauxita y destaca por su resistencia a la oxidación (en realidad, el aluminio ya está casi siempre oxidado, pero es utilizable en esta forma a diferencia de la mayoría de los metales), su resistencia y su peso ligero. El aluminio se utiliza en muchas industrias para fabricar millones de productos diferentes y es muy importante para la economía mundial. Los componentes estructurales hechos de aluminio son vitales para la industria aeroespacial y muy importantes en otras áreas del transporte y la construcción en las que se necesita peso ligero, durabilidad y resistencia.

magnesio – aluminio – silicio B Al Ga
Generalidades
Nombre, Símbolo, Número	Aluminio, Al, 13
Serie química	Metales pobres
Grupo, Período, Bloque	13 (IIIA), 3, p
Densidad, Dureza	2700 kg/m3, 2.75
Aspecto	plateado
Propiedades atómicas
Peso atómico	26.981538 amu
Radio atómico (calc.)	125 pm (118 pm)
Radio covalente	118 pm
Radio van der Waals	sin datos
Configuración electrónica	3s2 3p1
e- por nivel de energía	2, 8, 3
Estados de oxidación (Óxido)	3 (anfótero)
Estructura cristalina	cúbica centrada en la cara
Propiedades físicas
Estado de la materia	sólido
Punto de fusión	933.47 K (1220,58 °F)
Punto de ebullición	2792 K (4566 °F)
Volumen polar	10,00 ×10-6 m3/mol
Calor de vaporización	293.4 kJ/mol
Calor de fusión	10,79 kJ/mol
Presión de vapor	2.42 E-06 Pa a __ K
Velocidad del sonido	5100 m/s a 933 K
Varios
Electronegatividad	1.61 (escala de Pauling)
Capacidad calorífica específica	900 J/(kg*K)
Conductividad eléctrica	37.7 106/m ohm
Conductividad térmica	237 W/(m*K)
Potencial de ionización	577.5 kJ/mol
2° potencial de ionización	1816,7 kJ/mol
3° potencial de ionización	2744.8 kJ/mol
4º potencial de ionización	11577 kJ/mol
5º potencial de ionización	14842 kJ/mol
6º potencial de ionización	18379 kJ/mol
7º potencial de ionización	23326 kJ/mol
8º potencial de ionización	27465 kJ/mol
9º potencial de ionización	31853 kJ/mol
10º potencial de ionización	38473 kJ/mol
Se utilizan las unidades de STP & excepto cuando se indica.

Características notables

El aluminio es un metal blando y ligero, pero fuerte, con un aspecto gris plateado apagado, debido a una fina capa de oxidación que se forma rápidamente cuando se expone al aire y que impide la corrosión posterior. El aluminio pesa aproximadamente un tercio de lo que pesa el acero o el cobre; es maleable, dúctil y fácil de mecanizar y fundir; y tiene una excelente resistencia a la corrosión y durabilidad. Además, no es magnético ni produce chispas y es el segundo metal más maleable y el sexto más dúctil.

2 Aplicaciones

Si se mide en términos de cantidad o de valor, el uso del aluminio supera al de cualquier otro metal excepto el hierro, y es importante en prácticamente todos los segmentos de la economía mundial. El aluminio puro es blando y débil, pero puede formar aleaciones con pequeñas cantidades de cobre, magnesio, manganeso, silicio y otros elementos para obtener aleaciones con diversas propiedades útiles.

Estas aleaciones son componentes vitales de aviones y cohetes. Cuando el aluminio se evapora en el vacío, forma un revestimiento que refleja tanto la luz visible como el calor radiante. Estos revestimientos forman una fina capa de óxido de aluminio protectora que no se deteriora como los revestimientos de plata. El revestimiento de los espejos de los telescopios es otro de los usos de este metal.

Aluminio: su óxido, la alúmina, se encuentra en la naturaleza en forma de corindón, esmeril, rubí y zafiro y se utiliza en la fabricación de vidrio. El rubí y el zafiro sintéticos se utilizan en los láseres para la producción de luz coherente. El aluminio se oxida muy energéticamente y, como resultado, se ha utilizado en los combustibles sólidos para cohetes y en la termita.

3 Historia

La referencia más antigua que se sospecha (aunque no se puede probar) del aluminio se encuentra en la Naturalis Historia de Plinio el Viejo:

Un día, un orfebre de Roma pudo mostrar al emperador Tiberio un plato de cena de un nuevo metal. El plato era muy ligero y casi tan brillante como la plata. El orfebre le dijo al Emperador que había hecho el metal con arcilla simple. También le aseguró al emperador que sólo él, él mismo, y los dioses sabían cómo producir este metal a partir de la arcilla. El emperador se interesó mucho y, como experto en finanzas, también se preocupó un poco. Sin embargo, el Emperador sintió inmediatamente que todos sus tesoros de oro y plata perderían valor si la gente comenzaba a producir este brillante metal de arcilla. Por lo tanto, en lugar de dar al orfebre la consideración esperada, ordenó que fuera decapitado.

Los antiguos griegos y romanos utilizaban sales de este metal como mordiente para teñir y como astringente para curar las heridas, y el alumbre se sigue utilizando como astringente. En 1761 Guyton de Morveau propuso llamar a la base de alumbre alumina. En 1808, Humphry Davy identificó la existencia de una base metálica de alumbre, a la que dio nombre (ver Ortografía más abajo para más información sobre el nombre).

Se atribuye generalmente a Friedrich Wöhler el aislamiento del aluminio (latín alumen, alumbre) en 1827. Sin embargo, este metal fue producido por primera vez en forma impura dos años antes por el físico y químico danés Hans Christian Ørsted.

Charles Martin Hall recibió la patente(400655) en 1886, sobre el proceso electrolítico para extraer aluminio. Henri Sainte-Claire Deville (Francia) mejoró el método de Wohler (1846) y lo presentó en un libro en 1859 con dos mejoras del proceso como sustituir el potasio por el sodio y el doble en lugar del cloro simple. La invención del proceso Hall-Héroult en 1886 hizo que la extracción de aluminio a partir de minerales fuera barata, por lo que ahora es de uso común en todo el mundo.

4 Ocurrencia y recursos

Aunque es un elemento abundante en la corteza terrestre (8,1%), es muy raro en su forma libre y en su día fue considerado un metal precioso más valioso que el oro (se dice que Napoleón tenía un juego de platos de aluminio reservados para sus mejores invitados. Los demás tenían que conformarse con los de oro). Por lo tanto, es relativamente nuevo como metal industrial y se produce en cantidades comerciales desde hace poco más de 100 años.

Cuando se descubrió por primera vez, el aluminio era extremadamente difícil de separar de las rocas de las que formaba parte. Dado que todo el aluminio de la Tierra estaba unido en forma de compuestos, era el metal más difícil de obtener, a pesar de ser uno de los más comunes del planeta.

La recuperación de este metal a partir de la chatarra (mediante el reciclaje) se ha convertido en un componente importante de la industria del aluminio. El reciclaje consiste simplemente en fundir el metal, lo que es mucho menos costoso que crearlo a partir del mineral. Además, la creación de aluminio requiere enormes cantidades de electricidad. El reciclaje requiere un 95% menos. Práctica habitual desde principios del siglo XX, el reciclaje del aluminio no es nuevo. Sin embargo, fue una actividad de bajo perfil hasta finales de la década de 1960, cuando el reciclaje de las latas de bebidas de aluminio finalmente colocó el reciclaje en la conciencia pública. Las fuentes de aluminio reciclado incluyen automóviles, ventanas y puertas, electrodomésticos, contenedores y otros productos.

El aluminio es un metal reactivo y no puede extraerse de su mineral, la bauxita (Al2O3), mediante la reducción con carbono. En su lugar, se extrae por electrólisis: el metal se oxida en una solución y luego se reduce de nuevo al metal puro. Para ello, el mineral debe estar en estado líquido. Sin embargo, la bauxita tiene un punto de fusión de 2.000ºC, una temperatura demasiado alta para conseguirla de forma económica. En su lugar, la bauxita se disolvió durante muchos años en criolita fundida, lo que reduce el punto de fusión a unos 900°C. Pero ahora, la criolita ha sido sustituida por una mezcla artificial de fluoruros de aluminio, sodio y calcio. Este proceso sigue requiriendo una gran cantidad de energía, y las plantas de aluminio suelen tener sus propias centrales eléctricas cerca.

Los electrodos utilizados en la electrólisis de la bauxita son de carbono. Una vez que el mineral se encuentra en estado fundido, sus iones son libres de moverse. La reacción en el cátodo negativo es

Al3+ + 3e- ! Al

Aquí el ion aluminio se reduce (se añaden electrones). El metal de aluminio se hunde en el fondo y se extrae.

El ánodo positivo oxida el oxígeno de la bauxita, que luego reacciona con el electrodo de carbono para formar dióxido de carbono:

¡2O2- ! O2 + 2e- O2 + C ! CO2

Este cátodo debe sustituirse a menudo porque forma parte de la reacción. A pesar del coste de la electrólisis, el aluminio es un metal muy utilizado. Actualmente se puede extraer el aluminio de la arcilla, pero este proceso no es económico.

La energía eléctrica representa aproximadamente un tercio del coste de refinar el aluminio. Por esta razón, las refinerías tienden a ubicarse en lugares donde la energía eléctrica es abundante y barata, como el noroeste de Estados Unidos y Quebec en Canadá.

China es actualmente (2004) el principal productor mundial de aluminio.

5 Isótopos

El aluminio tiene nueve isótopos, cuyos números de masa van de 23 a 30. Sólo el Al-27 (isótopo estable) y el Al-26 (isótopo radiactivo, t1/2 = 7,2 × 105 y) se producen de forma natural. El Al-26 se produce a partir del argón en la atmósfera por espalación causada por protones de rayos cósmicos. Los isótopos de aluminio han encontrado aplicación práctica en la datación de sedimentos marinos, nódulos de manganeso, hielo glacial, cuarzo en exposiciones de rocas y meteoritos. La relación entre el Al-26 y el berilio-10 se ha utilizado para estudiar el papel del transporte, la deposición, el almacenamiento de sedimentos, los tiempos de enterramiento y la erosión en escalas de tiempo de 105 a 106 años.

El Al-26 cosmogénico se aplicó por primera vez en estudios sobre la Luna y los meteoritos. Los fragmentos de meteoritos, tras salir de sus cuerpos madre, están expuestos a un intenso bombardeo de rayos cósmicos durante su viaje por el espacio, lo que provoca una importante producción de Al-26. Después de caer en la Tierra, el blindaje atmosférico protege a los fragmentos de meteorito de una mayor producción de Al-26, y su desintegración puede utilizarse entonces para determinar la edad terrestre del meteorito. Las investigaciones sobre meteoritos también han demostrado que el Al-26 era relativamente abundante en la época de formación de nuestro sistema planetario. Posiblemente, la energía liberada por la desintegración del Al-26 fue la responsable de la refundición y diferenciación de algunos asteroides tras su formación hace 4.Hace 6.000 millones de años

6 Precauciones

El aluminio es uno de los pocos elementos abundantes que no parecen tener ninguna función beneficiosa en las células vivas, pero un pequeño porcentaje de personas son alérgicas a él, es decir, experimentan dermatitis de contacto por cualquier forma del mismo: un sarpullido con picor por el uso de productos estípticos o antitranspirantes, trastornos digestivos e incapacidad para absorber nutrientes por comer alimentos cocinados en sartenes de aluminio, y vómitos y otros síntomas de intoxicación por ingerir productos como Kaopectate® (producto antidiarreico), Amphojel® y Maalox® (antiácidos). En otras personas, el aluminio no se considera tan tóxico como los metales pesados, pero hay pruebas de cierta toxicidad si se consume en cantidades excesivas, aunque no se ha demostrado que el uso de utensilios de cocina de aluminio, populares por su resistencia a la corrosión y su buena conducción del calor, provoque toxicidad por aluminio en general. El consumo excesivo de antiácidos que contienen compuestos de aluminio y el uso excesivo de antitranspirantes que contienen aluminio son causas más probables de toxicidad. Se ha sugerido que el aluminio puede estar relacionado con la enfermedad de Alzheimer, aunque esa investigación ha sido refutada recientemente.

7 Ortografía

La ortografía oficial de la IUPAC del elemento es aluminio; sin embargo, los estadounidenses y los canadienses suelen deletrearlo y pronunciarlo aluminum. En 1808 Humphry Davy propuso originalmente alumium para el nombre de este metal entonces no descubierto, pero cuatro años más tarde decidió cambiar el nombre a aluminio. Este cambio se aceptó en América, pero se cuestionó en Gran Bretaña porque no se ajustaba al precedente del sufijo -ium establecido por el potasio, el sodio, el magnesio, el calcio y el estroncio (todos ellos descubiertos por Davy). Así, la grafía aluminio se convirtió en la más común en Gran Bretaña. En Estados Unidos se siguió utilizando aluminio, aunque el nombre oficial utilizado tanto en Estados Unidos como en Gran Bretaña en el ámbito de la química siguió siendo aluminio. En 1926 la Sociedad Química Americana decidió utilizar oficialmente el aluminio en sus publicaciones.

En 1990 la IUPAC adoptó el aluminio como nombre internacional estándar del elemento. Aluminio es también el nombre utilizado en francés, holandés, alemán, danés, noruego y sueco; el italiano utiliza alluminio, el portugués alumínio y el español aluminio. (El uso de estas palabras en estos otros idiomas es una de las razones por las que la IUPAC eligió aluminio en lugar de alúmina). En 1993, la IUPAC reconoció que aluminio es una variante aceptable, pero sigue prefiriendo el uso de aluminio.