Alumbre

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Familia de sales de doble sulfato de aluminio
Bulk potassium alum KAl(SO)
4)
2·12H
2O

Un alumbre () es un tipo de compuesto químico, generalmente una sal de doble sulfato hidratada de aluminio con la fórmula general XAl(SO
4)
2·12H
2 O, donde X es un catión monovalente como el potasio o el amonio. Por sí mismo, el "alumbre" a menudo se refiere al alumbre de potasio, con la fórmula KAl(SO
4)
2·12H
2O. Otros alumbres llevan el nombre del ion monovalente, como el alumbre de sodio y el alumbre de amonio.

El nombre "alumbre" también se usa, más generalmente, para sales con la misma fórmula y estructura, excepto que el aluminio se reemplaza por otro ion metálico trivalente como el cromo III, y/o el azufre se reemplaza por otro calcógeno como el selenio. El más común de estos análogos es el alumbre cromado KCr(SO
4)
2·12H
2O.

En la mayoría de las industrias, el nombre "alumbre" (o "alumbre del fabricante de papel") se usa para referirse al sulfato de aluminio, Al
2(SO
4)
3 ·nH
2O, que se utiliza para la mayoría de la floculación industrial (la variable n es un número entero cuyo tamaño depende de la cantidad de agua absorbida en el alumbre). En medicina, "alumbre" también puede referirse al gel de hidróxido de aluminio utilizado como adyuvante de vacunas.

Historia

Alumbre encontrado en sitios arqueológicos

El desierto occidental de Egipto fue una fuente importante de sustitutos del alumbre en la antigüedad. Estas evaporitas eran principalmente FeAl
2(SO
4)
4·22H
2O, MgAl
2(SO
4)
4·22H
2O, NaAl(SO
4)
2·6H
2O, MgSO
4 ·7H
2O y Al
2(SO
4)
3· 17H
2O. El griego antiguo Herodoto menciona el alumbre egipcio como un bien valioso en Las historias.

La producción de alumbre de potasio a partir de alunita está atestiguada arqueológicamente en la isla de Lesbos. El sitio fue abandonado en el siglo VII EC, pero se remonta al menos al siglo II EC. El alumen nativo de la isla de Melos parece haber sido una mezcla principalmente de alunógeno (Al
2(SO
4)
3·17H
2O) con alumbre de potasio y otros sulfatos menores.

Alumen en Plinio y Dioscórides

Una descripción detallada de una sustancia llamada alumen se encuentra en la Historia natural de Plinio el Viejo.

Al comparar la descripción de Plinio con el relato de stupteria dado por Dioscórides, es obvio que los dos son idénticos. Plinio nos informa que una forma de alumen se encontraba naturalmente en la tierra, y la llama salsugoterrae.

Plinio escribió que distintas sustancias se distinguían con el nombre de alumen, pero todas se caracterizaban por un cierto grado de astringencia, y todas se empleaban en tintura y medicina. Plinio escribió que existe otro tipo de alumbre que los griegos llaman squiston, y que "se parte en filamentos de un color blanquecino". Por el nombre schiston y el modo de formación, parece que este tipo era la sal que se forma espontáneamente en ciertos minerales salados, como pizarra de alumbre y esquisto bituminoso, y consiste principalmente en sulfatos de hierro y aluminio. Un tipo de alumen era un líquido, que podía ser adulterado; pero cuando estaba puro tenía la propiedad de ennegrecerse cuando se añadía al jugo de granada. Esta propiedad parece caracterizar una solución de sulfato de hierro II en agua; una solución de alumbre ordinario (potasio) no tendría tal propiedad. La contaminación con sulfato de hierro era muy desagradable ya que este tinte oscurecía y apagaba los colores. En algunos lugares pudo faltar el sulfato de hierro, por lo que la sal sería blanca y sería adecuada, según Plinio, para teñir colores vivos.

Plinio describe varios otros tipos de alumbre, pero no está claro cuáles son estos minerales. El alumen de los antiguos, pues, no siempre fue alumbre de potasio, ni siquiera un sulfato de aluminio alcalino.

Alumbre descrito en textos medievales

El alumbre y el vitriolo verde (sulfato de hierro) tienen un sabor dulce y astringente, y tenían usos superpuestos. Por lo tanto, a lo largo de la Edad Media, los alquimistas y otros escritores no parecen haber discriminado con precisión las dos sales entre sí. En los escritos de los alquimistas encontramos las palabras misy, sory y chalcanthum aplicadas a cualquiera de los compuestos; y el nombre atramentum sutorium, que cabría esperar que perteneciera exclusivamente al vitriolo verde, se aplicaba indistintamente a ambos.

El alumbre era el mordiente (sustancia utilizada para fijar los tintes en las telas) más común en la industria de los tintes en la Edad Media islámica. Era la principal exportación de la región de Chad, desde donde se transportaba a los mercados de Egipto y Marruecos, y luego a Europa. Otras fuentes, menos significativas, se encontraron en Egipto y Yemen.

Comprensión moderna de los alumnos

A principios del siglo XVIII, G.E. Stahl afirmó que la reacción del ácido sulfúrico con la piedra caliza producía una especie de alumbre. El error pronto fue corregido por J.H. Pott y A. S. Marggraf, quien demostró que el precipitado obtenido cuando se vierte un álcali en una solución de alumbre, a saber, alúmina, es muy diferente de la cal y la tiza, y es uno de los ingredientes de la arcilla común.

Marggraf también demostró que se pueden obtener cristales perfectos con propiedades de alumbre disolviendo alúmina en ácido sulfúrico y agregando potasa o amoníaco a la solución concentrada. En 1767, Torbern Bergman observó la necesidad de sulfatos de potasio o amonio para convertir el sulfato de aluminio en alumbre, mientras que el sodio o el calcio no funcionarían.

La composición del alumbre común fue finalmente determinada por Vauquelin en 1797. Tan pronto como Klaproth descubrió la presencia de potasio en la leucita y la lepidolita, Vauquelin demostró que el alumbre común es una sal doble, compuesta de ácido sulfúrico, alúmina y potasa. En el mismo volumen de la revista, Chaptal publicó el análisis de cuatro tipos diferentes de alumbre, a saber, alumbre romano, alumbre de Levante, alumbre británico y un alumbre fabricado por él mismo, lo que confirma el resultado de Vauquelin.

Producción

Algunos alumbres se encuentran como minerales, siendo el más importante la alunita.

Los alumbres más importantes (potasio, sodio y amonio) se producen industrialmente. Las recetas típicas involucran la combinación de sulfato de aluminio y el catión monovalente de sulfato. El sulfato de aluminio generalmente se obtiene mediante el tratamiento de minerales como el esquisto de alumbre, la bauxita y la criolita con ácido sulfúrico.

Tipos

Cristal de alumna de potasio

Los alumbres a base de aluminio se nombran por el catión monovalente. A diferencia de los otros metales alcalinos, el litio no forma alumbre; un hecho atribuido al pequeño tamaño de su ion.

Los alumnos más importantes son

Propiedades químicas

Los alumbres a base de aluminio tienen varias propiedades químicas comunes. Son solubles en agua, tienen un sabor dulce, reaccionan como ácido cambiando el tornasol azul a rojo y cristalizan en octaedros regulares. En los alumbres, cada ion metálico está rodeado por seis moléculas de agua. Cuando se calientan, se licúan, y si se continúa el calentamiento, se expulsa el agua de cristalización, la sal hace espuma y se hincha, y al final queda un polvo amorfo. Son astringentes y ácidos.

Estructura cristalina

Los alumbres cristalizan en una de tres estructuras cristalinas diferentes. Estas clases se denominan alumbres α, β y γ. Las primeras estructuras cristalinas de rayos X de alumbre fueron reportadas en 1927 por James M. Cork y Lawrence Bragg, y se usaron para desarrollar la técnica de recuperación de fase de reemplazo isomorfo.

Solubilidad

La solubilidad de los diversos alumbres en agua varía mucho, siendo el alumbre de sodio fácilmente soluble en agua, mientras que los alumbres de cesio y rubidio son solo escasamente solubles. Las diversas solubilidades se muestran en la siguiente tabla.

A la temperatura T, se disuelven 100 partes de agua:

TAmonio
alum		Potasio
alum		Rubidium
alum		Caesio
alum
0 °C2.623.900.710.190
10 °C4.509.521.090.290
50 °C15.9044.114.981.235
80 °C35.20134.4721.605.290
100 °C70.83357.48····

Usos

Los alumbres a base de aluminio se han utilizado desde la antigüedad y siguen siendo importantes en muchos procesos industriales. El alumbre más utilizado es el alumbre de potasio. Se ha utilizado desde la antigüedad como floculante para aclarar líquidos turbios, como mordiente en tinturas y curtidos. Todavía se usa ampliamente en el tratamiento del agua, en medicina, para cosméticos (en desodorantes), en la preparación de alimentos (en polvo para hornear y encurtidos) y para papel y tela ignífugos.

El alumbre también se usa como estíptico, en lápices estípticos disponibles en farmacias, o como bloque de alumbre, disponible en peluquerías y proveedores de ropa para caballeros, para detener el sangrado de los cortes del afeitado; y como astringente. Un bloque de alumbre se puede usar directamente como desodorante sin perfume (antitranspirante), y el alumbre mineral sin procesar se vende en los bazares indios precisamente con ese propósito. A lo largo de la isla del sudeste asiático, el alumbre de potasio es más conocido como tawas y tiene numerosos usos. Se utiliza como antitranspirante y desodorante tradicional, y en la medicina tradicional para heridas abiertas y llagas. Los cristales generalmente se muelen en un polvo fino antes de su uso.

En la era victoriana, el alumbre se usaba junto con otras sustancias como el yeso de París para adulterar ciertos productos alimenticios, particularmente el pan. Se utilizó para hacer que la harina de calidad inferior pareciera más blanca, lo que permitió a los productores gastar menos en harina más blanca. Debido a que retiene agua, haría que el pan fuera más pesado, lo que significa que los comerciantes podrían cobrar más por él en sus tiendas. La cantidad de alumbre presente en cada barra de pan podría alcanzar niveles que serían tóxicos para los humanos y causar diarrea crónica, lo que podría causar la muerte en niños pequeños.

El alumbre se usa como mordiente en textiles tradicionales; y en Indonesia y Filipinas, se utilizaron soluciones de tawas, sal, bórax y pigmentos orgánicos para cambiar el color de los adornos de oro. En Filipinas, los babaylan (chamanes) también quemaban cristales de alumbre y los dejaban gotear en un recipiente con agua para la adivinación. También se usa en otros rituales en las religiones anito animistas de las islas.

En el arte tradicional japonés, el alumbre y el pegamento animal se disolvían en agua, formando un líquido conocido como dousa (en japonés: 礬水), y Se utiliza como capa base para el encolado de papel.

Alumbre en forma de sulfato de potasio y aluminio o sulfato de amonio y aluminio en un baño concentrado de agua caliente es utilizado regularmente por joyeros y maquinistas para disolver brocas de acero endurecido que se han roto en artículos hechos de aluminio, cobre, latón, oro. (cualquier quilate), plata (tanto esterlina como fina) y acero inoxidable. Esto se debe a que el alumbre no reacciona químicamente en un grado significativo con ninguno de estos metales, pero corroerá el acero al carbono. Cuando se aplica calor a una mezcla de alumbre que contiene una pieza de trabajo que tiene una broca atascada, si la broca perdida es lo suficientemente pequeña, a veces se puede disolver/quitar en cuestión de horas.

Compuestos relacionados

Cristal de alum

Muchos metales trivalentes son capaces de formar alumbres. La forma general de un alumbre es XY(SO
4 )
2·n H
2 O, donde X es un metal alcalino o amonio, Y es un metal trivalente, y n a menudo es 12. El ejemplo más importante es alumbre cromado, KCr(SO
4)
2·12H
2O, un doble sulfato de cromo y potasio cristalino de color violeta oscuro, se usaba en el curtido.

En general, los alumbres se forman más fácilmente cuando el átomo de metal alcalino es más grande. Esta regla fue establecida por primera vez por Locke en 1902, quien encontró que si un metal trivalente no forma un alumbre de cesio, tampoco formará un alumbre con ningún otro metal alcalino o con amonio.

Alumbres que contienen selenato

Selenio o alumbre de selenato también se sabe que contienen selenio en lugar de azufre en el anión sulfato, lo que produce selenato (SeO2−
4) en su lugar. Son agentes oxidantes fuertes.

Alumbres mixtos

Cristal de alum con pequeña cantidad de alumna de cromo para dar un ligero color violeta

En algunos casos, pueden ocurrir soluciones sólidas de alumbre con diferentes cationes monovalentes y trivalentes.

Otros hidratos

Además de los alumbres, que son dodecahidratos, se dan sulfatos dobles y selenatos de cationes univalentes y trivalentes con otros grados de hidratación. Estos materiales también pueden denominarse alumbre, incluidos los no decahidratos como la mendozita y la kalinita, los hexahidratos como el guanidinio [ CH
6N+
3] y dimetilamonio [(CH
3)2NH+
2 ] "alumbres", tetrahidratos como goldichita, monohidratos como sulfato de talio y plutonio y alumbres anhidros (yavapaiites). Estas clases incluyen combinaciones de iones diferentes, pero superpuestas.

Otros sulfatos dobles

Un pseudo alumbre es un sulfato doble de fórmula típica XSO
4·Y(2SO
4)
3·22H
2O, donde

X es un ión metálico divalente, como
cobalto (wupatkiite), manganeso (apjohnite), magnesio (pickingerite) o hierro (alumno de helorico o pluma), y
Y es un ion de metal trivalente.

Doble sulfato con la fórmula general X
2 SO
4·Y
2(SO
4)
3·24H
2O también son conocidos, donde

X es una cación monovalente como
sodio, potasio, rubidium, cesio o taliumI, o una cación compuesta como el amonio (amonio)NH+
4), metilammonio (CH3NH+
3), hidroxilammonio (HONH+
3) o hidroazinio (N
2H+
5)
Y es un ion de metal trivalente, como
aluminio, cromo, titanio, manganeso, vanadio, hierroIII, cobaltoIII, galio, molibdeno, indio, rutenio, rhodium o iridium.

También se producen selenatos análogos. Las posibles combinaciones de catión monovalente, catión trivalente y anión dependen del tamaño de los iones.

Una sal de Tutton es un sulfato doble de fórmula típica X
2SO·
4YSO
4·6H
2O, donde X es un catión univalente, y Y un ion metálico divalente.

Dobles sulfatos de la composición X
2SO
4·2YSO4, donde

X es una cation univalent y
Y es un ión metálico divalente se conoce como langbeinitas, después del sulfato de magnesio potasio prototípico.