Aluminio
Keywords: Aluminio, 1807, 1827, 1859, 1886, 1889, Abundancia natural, Acero
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| General | |||||||||||||||||||
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| Nombre, símbolo, número | Aluminio, Al, 13 | ||||||||||||||||||
| Serie química | Metales del bloque p | ||||||||||||||||||
| Grupo, periodo, bloque | 13, 3 , p | ||||||||||||||||||
| Densidad, dureza Mohs | 2700 kg/m3, 2,75 | ||||||||||||||||||
| Apariencia | Imagen:Aluminio-aspecto.jpg Plateado | ||||||||||||||||||
| Propiedades atómicas | |||||||||||||||||||
| Peso atómico | 26,981538 uma | ||||||||||||||||||
| Radio medio† | 125 pm | ||||||||||||||||||
| Radio atómico calculado | 118 pm | ||||||||||||||||||
| Radio covalente | 118 pm | ||||||||||||||||||
| Radio de Van der Waals | Sin datos | ||||||||||||||||||
| Configuración electrónica | [Ne]3s23p1 | ||||||||||||||||||
| Estados de oxidación (óxido) | 3 (anfótero) | ||||||||||||||||||
| Estructura cristalina | Cúbica centrada en las caras | ||||||||||||||||||
| Propiedades físicas | |||||||||||||||||||
| Estado de la materia | sólido | ||||||||||||||||||
| Punto de fusión | 933,47 K | ||||||||||||||||||
| Punto de ebullición | 2792 K | ||||||||||||||||||
| Entalpía de vaporización | 293,4 kJ/mol | ||||||||||||||||||
| Entalpía de fusión | 10,79 kJ/mol | ||||||||||||||||||
| Presión de vapor | 2,42x10-6 Pa a 577 K | ||||||||||||||||||
| Velocidad del sonido | 5100 m/s a 933 K | ||||||||||||||||||
| Información diversa | |||||||||||||||||||
| Electronegatividad | 1.61 (Pauling) | ||||||||||||||||||
| Calor específico | 900 J/(kg·K) | ||||||||||||||||||
| Conductividad eléctrica | 37,7x106/m Ω | ||||||||||||||||||
| Conductividad térmica | 237 W/(m·K) | ||||||||||||||||||
| Potenciales de ionización | |||||||||||||||||||
| 1º = 577,5 kJ/mol | 6º = 18379 kJ/mol | ||||||||||||||||||
| 2º = 1816,7 kJ/mol | 7º = 23326 kJ/mol | ||||||||||||||||||
| 3º = 2744,8 kJ/mol | 8º = 27465 kJ/mol | ||||||||||||||||||
| 4º = 11577 kJ/mol | 9º = 31853 kJ/mol | ||||||||||||||||||
| 5º = 14842 kJ/mol | 10º = 38473 kJ/mol | ||||||||||||||||||
| Isótopos más estables | |||||||||||||||||||
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| Valores en el SI y en condiciones normales (0 ºC y 1 atm), salvo que se indique lo contrario. †Calculado a partir de distintas longitudes de enlace covalente, metálico o iónico. | |||||||||||||||||||
El aluminio es el elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Es el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre.
Su ligereza, conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión y bajo punto fusión le convierten en un material idóneo para multitud de aplicaciones, especialmente en aeronáutica; sin embargo, la elevada cantidad de energía necesaria para su obtención dificulta su mayor utilización; dificultad que puede compensarse por su bajo coste de reciclado, su dilatada vida útil y la estabilidad de su precio.
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Características principales
El aluminio es un metal ligero, blando pero resistente de aspecto gris plateado. Su densidad es aproximadamente un tercio de la del acero o el cobre, es muy maleable y dúctil y apto para el mecanizado y la fundición. Debido a su elevado calor de oxidación se forma rápidamente al aire una fina capa superficial de óxido de aluminio (Alúmina Al2O3) impermeable y adherente que detiene el proceso de oxidación proporcionándole resistencia a la corrosión y durabilidad. Esta capa protectora puede ser ampliada por electrólisis en presencia de oxalatos.
El aluminio tiene características amfóteras. Esto significa que se disuelve tanto en ácidos (formando sales de aluminio) como en bases fuertes (formando aluminatos con el anión [Al(OH)4]- liberando hidrógeno.
El principal y casi único estado de oxidación del aluminio es +III como es de esperar por sus tres electrones en la capa de valencia. Vea tambien metal pesado.
Aplicaciones
Ya sea considerando la cantidad o el valor del metal empleado, su uso excede al del cualquier otro exceptuando el acero, y es un material importante en multitud de actividades económicas. El aluminio puro es blando y frágil, pero sus aleaciones con pequeñas cantidades de cobre, manganeso, silicio, magnesio y otros elementos presentan una gran variedad de características adecuadas a las más diversas aplicaciones. Estas aleaciones constituyen el componente principal de multitud de componentes de los aviones y cohetes, en los que el peso es un factor crítico.
Cuando se evapora aluminio en el vacío, forma un revestimiento que refleja tanto la luz visible como la infrarroja; además la capa de óxido que se forma impide el deterioro del recubrimiento, por esta razón se ha empleado para revestir los espejos de telescopios, en sustitución de la plata.
Dada su gran reactividad química, finamente pulverizado se usa como combustible sólido de cohetes y en el explosivo termita, como ánodo de sacrificio y en procesos de aluminotermia para la obtención de metales.
Otros usos del aluminio son:
- Transporte, como material estructural en aviones, automóviles, tanques, superestructuras de buques, blindajes, etc.
- Embalaje; papel de aluminio, latas, tetrabriks, etc.
- Construcción; ventanas, puertas, perfiles estructurales, etc.
- Bienes de uso; utensilios de cocina, herramientas, etc.
- Transmisión eléctrica. Aunque su conductividad eléctrica es tan sólo el 60% de la del cobre su mayor ligereza permite una mayor separación de las torres de alta tensión, disminuyendo los costes de la infraestructura.
- Recipientes criogénicos (hasta -200 ºC, ya que no presenta temperatura de trancisión (ductil a fragil) como el acero, asi la tenacidad del material es mejor a bajas temperaturas, calderería.
- Las sales de aluminio de los ácidos grasos (p. ej. el estearato de aluminio) forman parte de la formulación del napalm.
- Los hidruros complejos de aluminio son reductores valurosos en síntesis orgánica.
- Los haluros de aluminio tienen características de ácido Lewis y son utilizados como tales como catalizadores o reactivos auxiliares.
- Los aluminosilicatos son una clase importante de minerales. Forman parte de las arcillas y son la base de muchas cerámicas.
- Aditivos de óxido de aluminio o aluminosilicatos a vidrios varían las características térmicas, mecánicas y ópticas de los vidiros.
- El corundo (Al2O3) es utilizado como abrassivo. Unas variantes (rubí, zafiro) se utilizan en la joyería como piedras preciosas.
Aleaciones de aluminio: Duraluminio
Historia
Tanto en Grecia como en Roma se empleaba el alumbre (del latín alūmen, -ĭnis, alumbre), una sal doble de aluminio y potasio como moridente en tintorería y astringente en medicina, uso aún en vigor.
Generalmente se reconoce a Friedrich Wöhler el aislamiento del aluminio en 1827. Aún así, el metal fue obtenido, impuro, dos años antes por el físico y químico danés Hans Christian Ørsted.
En 1807, Humphrey Davy propuso el nombre aluminum para este metal aún no decubierto, pero más tarde decidió cambiarlo por aluminium por coherencia con la mayoría de los nombres de elementos, que usan el sufijo -ium. De éste derivaron los nombres actuales en otros idiomas; no obstante, en los EE.UU. con el tiempo se popularizó el uso de la primera forma, hoy también admitida por la IUPAC aunque prefiere la otra.
Abundancia y obtención
Aunque el aluminio es un material muy abundante en la corteza terrestre (8,1%) raramente se encuentra libre. Sus aplicaciones industriales son relativamente recientes, produciéndose a escala industrial desde finales del siglo XIX. Cuando fue descubierto se encontró que era extermadamente difícil su separación de las rocas de las que formaba parte, por lo que durante un tiempo fue considerado un metal precioso, más caro que el oro; sin embargo, con las mejoras de los procesos los precios bajaron continuamente hasta colapsarse en 1889 tras descubrirse un método sencillo de extracción del metal. Actualmente, uno de los factores que estimula su uso es la estabilidad de su precio.
Las primeras síntesis del metal se basaron en la reducción del cloruro de aluminio con potasio elemental. En 1859 Henri Sainte-Claire Deville publicó dos mejoras al proceso de obtención al sustituir el potasio por sodio y el cloruro simple por doble; posteriormente, la invención del proceso Hall-Héroult en 1886 abarató el proceso de extracción del aluminio a partir del mineral, lo que permitió, junto con el proceso Bayer del mismo año, que se extendiera su uso hasta hacerse común en multitud de aplicaciones.
La recuperación del metal a partir de la chatarra (reciclado) era una práctica conocida desde principios del siglo XX. Es, sin embargo, a partir de los 60 cuando se generaliza, más por razones medioambientales que estrictamente económicas.
El proceso ordinario de obtención del metal consta de dos etapas, la obtención de alúmina por el proceso Bayer a partir de la bauxita, y posterior electrólisis del óxido para obtener el aluminio.
La elevada reactividad del aluminio impide extraerlo de la alúmina mediante reducción, siendo necesaria la electrólisis del óxido, lo que exige a su vez que éste se encuentre en estado líquido. No obstante, la alúmina tiene un punto de fusión de 2000 ºC, excesivamente alta para acometer el proceso de forma económica por lo que era disuelta en criolita fundida, lo que disminuía la temperatura hasta los 1000ºC. Actualmente, la criolita se sustituye cada vez más por la ciolita un fluoruro artificial de aluminio, sodio y calcio.
Isótopos
El aluminio tiene nueve isótopos cuyas masas atómicas varían entre 23 y 30 uma. Tan sólo el Al-27, estable, y Al-26, radiactivo con una vida media de 0,72×106 años, se encuentran en la naturaleza. El Al-26 se produce en la atmósfera al ser bombardeado el argón con rayos cósmicos y protones. Los isótopos de aluminio tienen aplicación práctica en la datación de sedimentos marinos, hielos glaciares, meteoritos, etc. La relación Al-26/Be-10 se ha empleado en el análisis de procesos de transporte, deposición, sedimentación y erosión a escalas de tiempo de millones de años.
El Al-26 cosmogénico se aplicó primero en los estudios de la Luna y los meteoritos. Éstos últimos se encuentran sometidos a un intenso bombardeo de rayos cósmicos durante su viaje espacial, produciéndose una cantidad significativa de Al-26. Tras su impacto contra la Tierra, la atmósfera, que filtra los rayos cósmicos, detiene la producción de Al-26 permitiendo determinar la fecha en la que el meteorito cayó.
- Véase también: Magnesio
Precauciones
El aluminio es uno de los pocos elementos abundantes en la naturaleza que parecen no tener ninguna función biológica beneficiosa. Algunas personas manifiestan alergia al aluminio, sufriendo dematitis por contacto, e incluso desórdenes digestivos al ingerir alimentos cocinados en recipientes de aluminio; para el resto de personas, no se considera tan tóxico como los metales pesados, aunque existen evidencias de cierta toxicidad si se consume en grandes cantidades. El uso de recipientes de aluminio no se ha encontrado que acarree problemas de salud, estando éstos relacionados con el consumo de antiácidos o antitranspirantes que contienen aluminio. Se ha sugerido que el aluminio puede estar relacionado con el Alzheimer, aunque la teoría ha sido refutada.
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