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Aluminio

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Posición del Aluminio en la tabla periódica; grupo 13, periodo 3
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Nombre, símbolo, Z: Aluminio, Al, 13
Serie química: Metales
Grupo, periodo, bloque: 13, 3 , p
Configuración electrónica: [Ne] 3s2 3p1
Propiedades atómicas
Masa atómica: 26,981538 uma
Radio atómico: 118 pm
 - Medio 125 pm
 - Covalente 118 pm
 - De Van der Waals Sin datos
Nº de oxidación (óxido): 3 (anfótero)
Electronegatividad: 1,61 (Pauling)
Potencial de ionización: 577,5 kJ/mol
 2.º = 1816,7
 5.º = 14842
 8.º = 27465
 3.º = 2744,8
 6.º = 18379
 9.º = 31853
 4.º = 11577
 7.º = 23326
 10.º = 38473

Calculado a partir de distintas longitudes de enlace covalente, metálico o iónico.

Propiedades físicas
Estado: Sólido
Estructura cristalina: Cúbica centrada
en las caras
Color: Plateado
Densidad: 2700 (kg/)
Dureza: 2,75
Conductividad eléctrica: 37,7×106 S/m
Conductividad térmica: 237 W/(m·K)
Calor específico: 900 J/kg·K
Punto de fusión: 933,47 K
Entalpía de fusión: 10,79 kJ/mol
Punto de ebullición: 2792 K
Entalpía de vaporización: 293,4 kJ/mol
Presión de vapor: 2,42×10-6 Pa a 577 K
Velocidad del sonido: 5100 m/s a 933 K
Isótopos más estables
Iso. AN (%) PsD MD ED (MeV) PD
26Al Sintético 7,17E5 a ε 4,004 27Mg
27Al 100 Estable con 14 neutrones
Valores en el SI y en condiciones normales (0 ºC y 1 atm), salvo indicación en contra.

El aluminio, 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.

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 impermeable y adherente que detiene el proceso de oxidación proporcionándole resistencia a la corrosión y durabilidad.

Aplicaciones

Ya sea considerando la cantidad o el valor del metal empleado, su uso excede al del cualquier otro exceptuado 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, llamada pasivado, 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 materiales 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 electrica. 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 -200ºC), calderería.

Aleaciones de aluminio: Duraluminio, alnico

Historia

Tanto en Grecia como en Roma se empleaba el alumbre (del latín alūmen, -ĭnis, alumbre), una sal doble de aluminio y potasio como mordiente 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, Humphry Davy propuso el nombre aluminum para este metal aún no descubierto, 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 perfiere la otra.

Símbolo usado por Dalton, un círculo con cuatro puntos en cruz en su interior Símbolo químico empleado por Dalton para el aluminio.

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.

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 estríctamente 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 2000ºC, 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 30uma. 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.

Ver: Isótopos del 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 la enfermedad de Alzheimer, aunque la teoría ha sido refutada.

Referencias


Otras fuentes de información

H   He
Li Be   B C N O F Ne
Na Mg   Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba   Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra   Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh  
  La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
  Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Notas