O Elemento Alumínio — Átomo de Alumínio

Alumínio (ou alumínio em inglês norte-americano) é um elemento químico da tabela periódica que tem o símbolo Al e o número atómico 13. Um membro prateado e dúctil do pobre grupo de elementos metálicos, o alumínio é encontrado principalmente como a bauxita de minério e é notável por sua resistência à oxidação (o alumínio na verdade já é quase sempre oxidado, mas é utilizável nesta forma ao contrário da maioria dos metais), sua resistência, e seu peso leve. O alumínio é utilizado em muitas indústrias para fazer milhões de produtos diferentes e é muito importante para a economia mundial. Os componentes estruturais feitos de alumínio são vitais para a indústria aeroespacial e muito importantes em outras áreas de transporte e construção em que o peso leve, a durabilidade e a resistência são necessários.

magnésio – alumínio – silício B Al Ga
General
Nome, Símbolo, Número	alumínio, Al, 13
Série química	Metais pobres
Grupo, Período, Bloco	13 (IIIA), 3, p
Densidade, Dureza	2700 kg/m3, 2.75
Aspecto	Silvicultura >
Propriedades atómicas
Peso atómico	26.981538 amu
Raio atómico (calc.)	125 pm (118 pm)
Raioovalente	118 pm
van der Raio de Waals	nenhum dado
Configuração electrónica	3s2 3p1
e- s por nível de energia	2, 8, 3
Estados de oxidação (Óxido)	3 (anfotérico)
Estrutura de cristal	Face centrada na face cúbica
Propriedades físicas
Estado da matéria	sólido
Ponto de fusão	933.47 K (1220,58 °F)
Ponto de fusão	2792 K (4566 °F)
Volume solar	10,00 ×10-6 m3/mol
Calor de vaporização	293.4 kJ/mol
Calor de fusão	10,79 kJ/mol
Pressão de vapor	2.42 E-06 Pa a __ K
Velocidade do som	5100 m/s a 933 K
Diversos
Electronegatividade	1.61 (escala de Pauling)
Capacidade térmica específica	900 J/(kg*K)
Condutividade eléctrica	37.7 106/m ohm
Condutividade térmica	237 W/(m*K)
1º potencial de ionização	577.5 kJ/mol
2º potencial de ionização	1816,7 kJ/mol
3º potencial de ionização	2744.8 kJ/mol
4º potencial de ionização	11577 kJ/mol
5º potencial de ionização	14842 kJ/mol
6º potencial de ionização	18379 kJ/mol
7º potencial de ionização	23326 kJ/mol
8º potencial de ionização	27465 kJ/mol
9º potencial de ionização	31853 kJ/mol
10º potencial de ionização	38473 kJ/mol
unidadesSI & STP são usadas, exceto onde indicado.

Características notáveis

Alumínio é um metal macio e leve mas forte com um aspecto cinzento-prateado baço, devido a uma fina camada de oxidação que se forma rapidamente quando é exposto ao ar e que impede a corrosão posterior. O alumínio pesa cerca de um terço do que o aço ou o cobre; é maleável, dúctil e facilmente usinável e fundido; e tem excelente resistência à corrosão e durabilidade. É também não magnético e não faiscante e é o segundo metal mais maleável e o sexto mais maleável.

2 Aplicações

Se medido em termos de quantidade ou valor, o uso do alumínio excede o de qualquer outro metal exceto o ferro, e é importante em praticamente todos os segmentos da economia mundial. O alumínio puro é macio e fraco, mas pode formar ligas com pequenas quantidades de cobre, magnésio, manganês, silício e outros elementos para fazer ligas com uma variedade de propriedades úteis.

Estas ligas formam componentes vitais de aeronaves e foguetes. Quando o alumínio é evaporado no vácuo, forma um revestimento que reflete tanto a luz visível quanto o calor radiante. Estes revestimentos formam uma camada fina de óxido de alumínio protetor que não se deteriora como os revestimentos de prata. O revestimento de espelhos telescópicos é outro uso deste metal.

Uma das muitas utilizações do alumínio está em

Oxido de alumínio, alumina, é encontrado naturalmente como corindo, esmeril, rubi e safira e é usado na fabricação de vidro. O rubi sintético e a safira são utilizados em lasers para a produção de luz coerente. O alumínio oxida muito energeticamente e como resultado encontrou uso em combustíveis sólidos de foguetes e termite.

3 História

A mais antiga referência suspeita (embora não comprovada) ao alumínio está em Pliny the Elder’s Naturalis Historia:

Um dia um ourives em Roma foi permitido mostrar ao Imperador Tibério uma placa de jantar de um novo metal. O prato era muito leve, e quase tão brilhante como a prata. O ourives disse ao Imperador que ele tinha feito o metal de barro liso. Ele também garantiu ao Imperador que só ele, ele mesmo, e os Deuses sabiam como produzir este metal a partir do barro. O Imperador ficou muito interessado, e como perito financeiro ele também estava um pouco preocupado. O Imperador sentiu imediatamente, porém, que todos os seus tesouros de ouro e prata iriam diminuir de valor se as pessoas começassem a produzir este brilhante metal de barro. Portanto, ao invés de dar ao ourives o respeito esperado, ele ordenou que ele fosse decapitado.

Gregos e romanos antigos usavam sais deste metal como mordentes tingidores e adstringentes para ligar feridas, e o alúmen ainda é usado como um estilete. Em 1761 Guyton de Morveau propôs chamar o alúmen base de alumínio. Em 1808, Humphry Davy identificou a existência de uma base metálica de alumínio, que ele denominou (veja a ortografia abaixo para mais informações sobre o nome).

Friedrich Wöhler é geralmente creditado com o alumínio isolante (alúmen latino, alúmen) em 1827. Contudo, este metal foi produzido pela primeira vez na forma impura dois anos antes pelo físico e químico dinamarquês Hans Christian Ørsted.

Charles Martin Hall recebeu a patente (400655) em 1886, sobre o processo electrolítico para extrair alumínio. Henri Sainte-Claire Deville (França) melhorou o método de Wohler (1846) e apresentou-o num livro em 1859, com duas melhorias no processo de substituição do potássio pelo sódio e o dobro em vez do cloro simples. A invenção do processo Hall-Héroult em 1886 tornou a extração do alumínio a partir de minerais baratos, e por isso é agora de uso comum em todo o mundo.

4 Ocorrência e recursos

Embora Al seja um elemento abundante na crosta terrestre (8,1%), é muito raro na sua forma livre e já foi considerado um metal precioso mais valioso do que o ouro (Diz-se que Napoleão tinha um conjunto de placas de alumínio reservado para os seus melhores convidados. Outros tinham que se contentar com as de ouro). É portanto comparativamente novo como metal industrial e tem sido produzido em quantidades comerciais há pouco mais de 100 anos.

Alumínio era, quando foi descoberto pela primeira vez, extremamente difícil de separar das rochas de que fazia parte. Uma vez que todo o alumínio da Terra estava ligado sob a forma de compostos, era o metal mais difícil de obter na Terra, apesar de ser um dos mais comuns do planeta.

A recuperação deste metal a partir de sucata (via reciclagem) tornou-se um componente importante da indústria do alumínio. A reciclagem envolve simplesmente a fusão do metal, que é muito menos caro do que a sua criação a partir do minério. E também, a criação de alumínio requer quantidades enormes de electricidade. Reciclá-lo requer menos 95% de energia elétrica. Uma prática comum desde o início dos anos 1900, a reciclagem do alumínio não é nova. Foi, porém, uma atividade de baixo perfil até o final dos anos 60, quando a reciclagem de latas de alumínio para bebidas finalmente colocou a reciclagem na consciência pública. As fontes do alumínio reciclado incluem automóveis, janelas e portas, aparelhos, recipientes e outros produtos.

O alumínio é um metal reativo e não pode ser extraído de seu minério, a bauxita (Al2O3), através da redução com carbono. Em vez disso, é extraído por eletrólise – o metal é oxidado em solução e depois reduzido novamente ao metal puro. O minério deve estar em estado líquido para que isso ocorra. No entanto, a bauxita tem um ponto de fusão de 2000°C, que é uma temperatura demasiado elevada para atingir economicamente. Em vez disso, a bauxita durante muitos anos foi dissolvida em criolita fundida, o que reduz o ponto de fusão para cerca de 900°C. Mas agora, a criolita foi substituída por uma mistura artificial de alumínio, sódio e fluoretos de cálcio. Este processo ainda requer muita energia, e as plantas de alumínio normalmente têm as suas próprias centrais eléctricas nas proximidades.

Os eléctrodos utilizados na electrólise da bauxite são ambos de carbono. Quando o minério está no estado fundido, seus íons são livres para se moverem. A reação no cátodo negativo é

Al3+ + 3e- ! Al

Aqui onde o íon de alumínio está sendo reduzido (os elétrons são adicionados). O metal de alumínio afunda-se em seguida no fundo e é retirado.

O ânodo positivo oxida o oxigénio da bauxite, que então reage com o eléctrodo de carbono para formar dióxido de carbono:

2O2- ! O2 + 2e- O2 + C ! CO2

Este cátodo deve ser substituído frequentemente porque é uma parte da reacção. Apesar do custo da electrólise, o alumínio é um metal muito utilizado. O alumínio pode agora ser extraído da argila, mas este processo não é económico.

A energia eléctrica representa cerca de um terço do custo de refinação do alumínio. Por este motivo, as refinarias tendem a estar localizadas onde a energia elétrica é abundante e barata, como o noroeste dos Estados Unidos e Quebec no Canadá.

China é atualmente (2004) o maior produtor mundial de alumínio.

5 Isótopos

Alumínio tem nove isótopos, cujos números de massa variam de 23 a 30. Apenas Al-27 (isótopo estável) e Al-26 (isótopo radioativo, t1/2 = 7,2 × 105 y) ocorrem naturalmente. O Al-26 é produzido a partir do argônio na atmosfera por espalação causada por prótons de raios cósmicos. Os isótopos de alumínio têm encontrado aplicação prática na datação de sedimentos marinhos, nódulos de manganês, gelo glacial, quartzo em rochas expostas e meteoritos. A razão de Al-26 para berílio-10 tem sido usada para estudar o papel do transporte, deposição, armazenamento de sedimentos, tempos de enterro e erosão em escalas de tempo de 105 a 106 anos.

Cosmogênico Al-26 foi aplicado pela primeira vez em estudos da Lua e meteoritos. Os fragmentos de meteoritos, após a partida de seus corpos originais, são expostos a intenso bombardeio de raios cósmicos durante sua viagem pelo espaço, causando uma produção substancial de Al-26. Depois de cair na Terra, o escudo atmosférico protege os fragmentos de meteoritos de uma maior produção de Al-26, e sua decadência pode então ser usada para determinar a idade terrestre do meteorito. As pesquisas com meteoritos também mostraram que o Al-26 era relativamente abundante na época da formação do nosso sistema planetário. Possivelmente, a energia liberada pela decadência do Al-26 foi responsável pela remodelação e diferenciação de alguns asteróides após a sua formação 4.6 bilhões de anos atrás

6 Precauções

Alumínio é um dos poucos elementos abundantes que parecem não ter função benéfica nas células vivas, mas alguns poucos por cento das pessoas são alérgicas a ele — elas experimentam dermatite de contato a partir de qualquer forma dele: erupção pruriginosa pelo uso de produtos styptic ou antitranspirantes, distúrbios digestivos e incapacidade de absorver nutrientes de alimentos cozidos em panelas de alumínio, e vômitos e outros sintomas de intoxicação pela ingestão de produtos como Kaopectate® (produto anti-diarréia), Amphojel® e Maalox® (antiácidos). Em outras pessoas, o alumínio não é considerado tão tóxico quanto os metais pesados, mas há evidências de alguma toxicidade se for consumido em quantidades excessivas, embora o uso de panelas de alumínio, popular por causa de sua resistência à corrosão e boa condução de calor, não tenha sido demonstrado que leve à toxicidade do alumínio em geral. O consumo excessivo de antiácidos contendo compostos de alumínio e o uso excessivo de antiperspirantes contendo alumínio são causas mais prováveis de toxicidade. Tem sido sugerido que o alumínio pode estar ligado à doença de Alzheimer, embora essa pesquisa tenha sido refutada recentemente.

7 Ortografia

A ortografia oficial do elemento IUPAC é alumínio; no entanto, americanos e canadenses geralmente soletram e pronunciam o alumínio. Em 1808 Humphry Davy propôs originalmente o alumínio para o nome deste metal então descoberto, mas quatro anos mais tarde decidiu mudar o nome para alumínio. Essa mudança foi aceita na América, mas questionada na Grã-Bretanha porque não estava de acordo com o precedente do sufixo -ium estabelecido pelo potássio, sódio, magnésio, cálcio e estrôncio (todos descobertos por Davy). Assim, a grafia de alumínio tornou-se a mais comum na Grã-Bretanha. Os Estados Unidos continuaram a usar o alumínio, embora o nome oficial usado tanto nos Estados Unidos quanto na Grã-Bretanha no campo da química tenha permanecido alumínio. Em 1926 a American Chemical Society decidiu oficialmente usar o alumínio em suas publicações.

Em 1990 a IUPAC adotou o alumínio como o nome padrão internacional para o elemento. O alumínio é também o nome usado em francês, holandês, alemão, dinamarquês, norueguês e sueco; o italiano usa alluminio, alumínio português e alumínio espanhol. (O uso destas palavras nestas outras línguas é uma das razões pelas quais a IUPAC escolheu o alumínio em vez do alumínio). Em 1993, a IUPAC reconheceu o alumínio como uma variante aceitável, mas ainda prefere o uso do alumínio.