Aluminio

El aluminio es un elemento químico con el símbolo Al y el número atómico 13. El aluminio tiene una densidad inferior a la de otros metales comunes, aproximadamente un tercio de la del acero. Tiene una gran afinidad por el oxígeno y forma una capa protectora de óxido en la superficie cuando se expone al aire. El aluminio se parece visualmente a la plata, tanto en su color como en su gran capacidad para reflejar la luz. Es suave, no magnético y dúctil. Tiene un isótopo estable, Al; este isótopo es muy común, lo que convierte al aluminio en el duodécimo elemento más común en el Universo. La radiactividad de Al se utiliza en la radiodatación.

Químicamente, el aluminio es un metal de postransición en el grupo del boro; como es común para el grupo, el aluminio forma compuestos principalmente en el estado de oxidación +3. El catión de aluminio Al es pequeño y muy cargado; como tal, es polarizante y las formas de los enlaces de aluminio tienden a la covalencia. La fuerte afinidad por el oxígeno conduce a la asociación común del aluminio con el oxígeno en la naturaleza en forma de óxidos; por esta razón, el aluminio se encuentra en la Tierra principalmente en las rocas de la corteza, donde es el tercer elemento más abundante después del oxígeno y el silicio, en lugar del manto, y prácticamente nunca como metal libre.

El descubrimiento del aluminio fue anunciado en 1825 por el físico danés Hans Christian Ørsted. La primera producción industrial de aluminio fue iniciada por el químico francés Henri Étienne Sainte-Claire Deville en 1856. El aluminio estuvo mucho más disponible para el público con el proceso Hall-Héroult desarrollado de forma independiente por el ingeniero francés Paul Héroult y el ingeniero estadounidense Charles Martin Hall en 1886. y la producción en masa de aluminio condujo a su uso extensivo en la industria y la vida cotidiana. En la Primera y Segunda Guerra Mundial, el aluminio fue un recurso estratégico crucial para la aviación. En 1954, el aluminio se convirtió en el metal no ferroso más producido, superando al cobre. En el siglo XXI, la mayor parte del aluminio se consumía en el transporte, la ingeniería, la construcción y el embalaje en los Estados Unidos, Europa Occidental y Japón.

A pesar de su prevalencia en el medio ambiente, no se sabe que ningún organismo vivo use sales de aluminio metabólicamente, pero las plantas y los animales toleran bien el aluminio. Debido a la abundancia de estas sales, el potencial de un papel biológico para ellas es de interés y los estudios continúan.

Características físicas

Isótopos

De los isótopos de aluminio, sóloAlabamaes estable. Esta situación es común para elementos con un número atómico impar. Es el único isótopo primordial de aluminio, es decir, el único que ha existido en la Tierra en su forma actual desde la formación del planeta. Casi todo el aluminio de la Tierra está presente como este isótopo, lo que lo convierte en un elemento mononucleídico y significa que su peso atómico estándar es prácticamente el mismo que el del isótopo. Esto hace que el aluminio sea muy útil en la resonancia magnética nuclear (RMN), ya que su único isótopo estable tiene una alta sensibilidad a la RMN. El peso atómico estándar del aluminio es bajo en comparación con muchos otros metales.

Todos los demás isótopos de aluminio son radiactivos. El más estable de estos es el Al: mientras estuvo presente junto con el Al estable en el medio interestelar a partir del cual se formó el Sistema Solar, habiendo sido producido también por nucleosíntesis estelar, su vida media es de solo 717.000 años y, por lo tanto, se ha detectado una cantidad detectable. no ha sobrevivido desde la formación del planeta. Sin embargo, pequeñas trazas de Al se producen a partir de argón en la atmósfera por espalación causada por protones de rayos cósmicos. La proporción de Al a Be se ha utilizado para la radiodatación de procesos geológicos en escalas de tiempo de 10 a 10 años, en particular el transporte, la deposición, el almacenamiento de sedimentos, los tiempos de enterramiento y la erosión. La mayoría de los científicos de meteoritos creen que la energía liberada por la descomposición deAl fue responsable de la fusión y diferenciación de algunos asteroides después de su formación hace 4550 millones de años.

Los isótopos restantes de aluminio, con números de masa que van de 22 a 43, tienen vidas medias muy por debajo de una hora. Se conocen tres estados metaestables, todos con semividas inferiores a un minuto.

Capa electrónica

Un átomo de aluminio tiene 13 electrones, dispuestos en una configuración electrónica de [Ne] 3s 3p, con tres electrones más allá de una configuración de gas noble estable. En consecuencia, las tres primeras energías de ionización combinadas del aluminio son mucho más bajas que la cuarta energía de ionización sola. Tal configuración electrónica se comparte con los otros miembros bien caracterizados de su grupo, boro, galio, indio y talio; también se espera para el nihonio. El aluminio puede entregar con relativa facilidad sus tres electrones más externos en muchas reacciones químicas (ver más abajo). La electronegatividad del aluminio es 1,61 (escala de Pauling).

Un átomo de aluminio libre tiene un radio de 143 pm. Con los tres electrones más externos eliminados, el radio se reduce a 39 pm para un átomo de 4 coordenadas o 53,5 pm para un átomo de 6 coordenadas. A temperatura y presión estándar, los átomos de aluminio (cuando no se ven afectados por los átomos de otros elementos) forman un sistema cristalino cúbico centrado en las caras unido por enlaces metálicos proporcionados por los electrones más externos de los átomos; por tanto, el aluminio (en estas condiciones) es un metal. Este sistema cristalino lo comparten muchos otros metales, como el plomo y el cobre; el tamaño de una celda unitaria de aluminio es comparable al de esos otros metales.El sistema, sin embargo, no es compartido por los demás miembros de su grupo; el boro tiene energías de ionización demasiado altas para permitir la metalización, el talio tiene una estructura compacta hexagonal y el galio y el indio tienen estructuras inusuales que no están empaquetadas como las del aluminio y el talio. Los pocos electrones que están disponibles para la unión metálica en el metal de aluminio son una causa probable de que sea blando, con un punto de fusión bajo y una resistividad eléctrica baja.

A granel

El aluminio metálico tiene una apariencia que va del blanco plateado al gris opaco, dependiendo de la rugosidad de la superficie. Los espejos de aluminio son los más reflectantes de todos los espejos metálicos para la luz ultravioleta cercana y la luz infrarroja lejana, y uno de los más reflectantes en el espectro visible, casi a la par con la plata, y por lo tanto, los dos se ven similares. El aluminio también es bueno para reflejar la radiación solar, aunque la exposición prolongada a la luz solar en el aire agrega desgaste a la superficie del metal; esto puede evitarse si se anodiza el aluminio, lo que agrega una capa protectora de óxido en la superficie.

La densidad del aluminio es de 2,70 g/cm2, aproximadamente 1/3 de la del acero, mucho más baja que la de otros metales comunes, lo que hace que las piezas de aluminio sean fácilmente identificables por su ligereza. La baja densidad del aluminio en comparación con la mayoría de los otros metales surge del hecho de que sus núcleos son mucho más ligeros, mientras que la diferencia en el tamaño de la celda unitaria no compensa esta diferencia. Los únicos metales más ligeros son los metales de los grupos 1 y 2, que además del berilio y el magnesio son demasiado reactivos para uso estructural (y el berilio es muy tóxico). El aluminio no es tan fuerte ni tan rígido como el acero, pero la baja densidad lo compensa en la industria aeroespacial y en muchas otras aplicaciones donde el peso ligero y la resistencia relativamente alta son cruciales.

El aluminio puro es bastante blando y carece de fuerza. En la mayoría de las aplicaciones, se utilizan varias aleaciones de aluminio debido a su mayor resistencia y dureza. El límite elástico del aluminio puro es de 7 a 11 MPa, mientras que las aleaciones de aluminio tienen límites elásticos que van desde 200 MPa hasta 600 MPa. El aluminio es dúctil, con un porcentaje de elongación del 50-70 % y maleable, lo que permite estirarlo y extruirlo fácilmente. También es fácil de mecanizar y fundir.

El aluminio es un excelente conductor térmico y eléctrico, tiene alrededor del 60% de la conductividad del cobre, tanto térmica como eléctrica, mientras que tiene solo el 30% de la densidad del cobre. El aluminio es capaz de superconductividad, con una temperatura crítica superconductora de 1,2 Kelvin y un campo magnético crítico de unos 100 gauss (10 militeslas). Es paramagnético y, por lo tanto, esencialmente no se ve afectado por campos magnéticos estáticos. Sin embargo, la alta conductividad eléctrica significa que se ve fuertemente afectado por campos magnéticos alternos a través de la inducción de corrientes de Foucault.

Química

El aluminio combina las características de los metales anteriores y posteriores a la transición. Dado que tiene pocos electrones disponibles para el enlace metálico, como sus congéneres del grupo 13 más pesados, tiene las propiedades físicas características de un metal posterior a la transición, con distancias interatómicas más largas de lo esperado. Además, como Al es un catión pequeño y altamente cargado, es fuertemente polarizante y los enlaces en los compuestos de aluminio tienden a la covalencia; este comportamiento es similar al del berilio (Be), y los dos muestran un ejemplo de una relación diagonal.

El núcleo subyacente debajo de la capa de valencia del aluminio es el del gas noble anterior, mientras que los de sus congéneres más pesados ​​galio, indio, talio y nihonio también incluyen una subcapa d llena y, en algunos casos, una subcapa f llena. Por lo tanto, los electrones internos del aluminio protegen a los electrones de valencia casi por completo, a diferencia de los de los congéneres más pesados ​​del aluminio. Como tal, el aluminio es el metal más electropositivo de su grupo y su hidróxido es, de hecho, más básico que el del galio. El aluminio también tiene similitudes menores con el boro metaloide en el mismo grupo: los compuestos AlX ₃ son de valencia isoelectrónica a los compuestos BX ₃ (tienen la misma estructura electrónica de valencia), y ambos se comportan como ácidos de Lewis y forman fácilmente aductos.Además, uno de los motivos principales de la química del boro son las estructuras icosaédricas regulares, y el aluminio forma una parte importante de muchas aleaciones de cuasicristales icosaédricos, incluida la clase Al-Zn-Mg.

El aluminio tiene una alta afinidad química con el oxígeno, lo que lo hace adecuado para su uso como agente reductor en la reacción de la termita. Un polvo fino de aluminio metálico reacciona explosivamente al contacto con oxígeno líquido; Sin embargo, en condiciones normales, el aluminio forma una fina capa de óxido (~5 nm a temperatura ambiente) que protege el metal de una mayor corrosión por oxígeno, agua o ácido diluido, un proceso denominado pasivación. Debido a su resistencia general a la corrosión, el aluminio es uno de los pocos metales que retiene la reflectancia plateada en forma de polvo fino, lo que lo convierte en un componente importante de las pinturas de color plateado.El aluminio no es atacado por ácidos oxidantes debido a su pasivación. Esto permite que el aluminio se use para almacenar reactivos como ácido nítrico, ácido sulfúrico concentrado y algunos ácidos orgánicos.

En ácido clorhídrico concentrado caliente, el aluminio reacciona con agua con desprendimiento de hidrógeno, y en hidróxido de sodio acuoso o hidróxido de potasio a temperatura ambiente para formar aluminatos; la pasivación protectora en estas condiciones es insignificante. El agua regia también disuelve el aluminio. El aluminio se corroe con cloruros disueltos, como el cloruro de sodio común, por lo que las tuberías domésticas nunca se fabrican con aluminio. La capa de óxido del aluminio también se destruye por contacto con el mercurio por amalgama o con sales de algunos metales electropositivos. Como tal, las aleaciones de aluminio más fuertes son menos resistentes a la corrosión debido a las reacciones galvánicas con el cobre aleado.y la resistencia a la corrosión del aluminio se reduce en gran medida por las sales acuosas, particularmente en presencia de metales diferentes.

El aluminio reacciona con la mayoría de los no metales al calentarse, formando compuestos como el nitruro de aluminio (AlN), el sulfuro de aluminio (Al ₂ S ₃) y los haluros de aluminio (AlX ₃). También forma una amplia gama de compuestos intermetálicos que involucran metales de cada grupo en la tabla periódica.

Compuestos inorgánicos

La gran mayoría de los compuestos, incluidos todos los minerales que contienen aluminio y todos los compuestos de aluminio de importancia comercial, presentan aluminio en el estado de oxidación 3+. El número de coordinación de tales compuestos varía, pero generalmente Al tiene seis o cuatro coordenadas. Casi todos los compuestos de aluminio (III) son incoloros.

En solución acuosa, el Al existe como catión hexaaqua [Al(H ₂ O) ₆ ], que tiene una K _a aproximada de 10. Estas soluciones son ácidas ya que este catión puede actuar como donador de protones e hidrolizarse progresivamente hasta formar un precipitado de hidróxido de aluminio, Al(OH) ₃. Esto es útil para la clarificación del agua, ya que el precipitado se nuclea en las partículas suspendidas en el agua y, por lo tanto, las elimina. Aumentar aún más el pH hace que el hidróxido se disuelva de nuevo como aluminato, [Al(H ₂ O) ₂ (OH) ₄ ], se forma.

El hidróxido de aluminio forma sales y aluminatos y se disuelve en ácidos y álcalis, así como en la fusión con óxidos ácidos y básicos. Este comportamiento del Al(OH) ₃se denomina anfoterismo y es característico de los cationes débilmente básicos que forman hidróxidos insolubles y cuyas especies hidratadas también pueden donar sus protones. Un efecto de esto es que las sales de aluminio con ácidos débiles se hidrolizan en agua al hidróxido acuoso y al hidruro no metálico correspondiente: por ejemplo, el sulfuro de aluminio produce sulfuro de hidrógeno. Sin embargo, algunas sales como el carbonato de aluminio existen en solución acuosa pero son inestables como tales; y sólo tiene lugar una hidrólisis incompleta para las sales con ácidos fuertes, como los haluros, nitratos y sulfatos. Por razones similares, las sales de aluminio anhidras no pueden obtenerse calentando sus "hidratos": el cloruro de aluminio hidratado no es AlCl ₃ ·6H ₂ O sino [Al(H ₂ O) ₆ ]Cl₃, y los enlaces Al-O son tan fuertes que el calentamiento no es suficiente para romperlos y formar enlaces Al-Cl en su lugar:₂ [Al(H2O) ₆ ] _Cl3 calor→ Al ₂ O ₃ + 6 HCl + 9 H ₂ O

Los cuatro trihaluros son bien conocidos. A diferencia de las estructuras de los tres trihaluros más pesados, el fluoruro de aluminio (AlF ₃) presenta aluminio de seis coordenadas, lo que explica su involatilidad e insolubilidad, así como su alto calor de formación. Cada átomo de aluminio está rodeado por seis átomos de flúor en una disposición octaédrica distorsionada, y cada átomo de flúor se comparte entre las esquinas de dos octaedros. Estas unidades {AlF ₆ } también existen en fluoruros complejos como la criolita, Na ₃ AlF ₆. AlF ₃ se funde a 1290 °C (2354 °F) y se produce por reacción de óxido de aluminio con gas fluoruro de hidrógeno a 700 °C (1300 °F).

Con haluros más pesados, los números de coordinación son más bajos. Los otros trihaluros son diméricos o poliméricos con centros de aluminio tetraédricos de cuatro coordenadas. El tricloruro de aluminio (AlCl ₃) tiene una estructura polimérica en capas por debajo de su punto de fusión de 192,4 °C (378 °F), pero se transforma al fundirse en dímeros de Al ₂ Cl _6. A temperaturas más altas, estos se disocian cada vez más en monómeros planos trigonales de AlCl ₃ similares a la estructura de BCl ₃. El tribromuro de aluminio y el triyoduro de aluminio forman dímeros de Al ₂ X ₆ en las tres fases y, por lo tanto, no muestran cambios de propiedades tan significativos tras el cambio de fase.Estos materiales se preparan tratando el aluminio metálico con el halógeno. Los trihaluros de aluminio forman muchos compuestos o complejos de adición; su naturaleza ácida de Lewis los hace útiles como catalizadores para las reacciones de Friedel-Crafts. El tricloruro de aluminio tiene importantes usos industriales relacionados con esta reacción, como en la fabricación de antraquinonas y estireno; también se usa a menudo como precursor de muchos otros compuestos de aluminio y como reactivo para convertir fluoruros no metálicos en los cloruros correspondientes (una reacción de transhalogenación).

El aluminio forma un óxido estable con la fórmula química Al ₂ O ₃, comúnmente llamado alúmina. Se encuentra en la naturaleza en el mineral corindón, α-alúmina; también hay una fase γ-alúmina. Su forma cristalina, el corindón, es muy dura (dureza de Mohs 9), tiene un alto punto de fusión de 2045 °C (3713 °F), tiene muy baja volatilidad, es químicamente inerte y un buen aislante eléctrico, a menudo se usa en abrasivos (como la pasta de dientes), como material refractario y en cerámica, además de ser el material de partida para la producción electrolítica de aluminio metálico. El zafiro y el rubí son corindón impuro contaminado con trazas de otros metales.Los dos óxidos-hidróxidos principales, AlO(OH), son la boehmita y la diáspora. Hay tres trihidróxidos principales: bayerita, gibbsita y nordstrandita, que difieren en su estructura cristalina (polimorfos). También se conocen muchas otras estructuras intermedias y relacionadas. La mayoría se producen a partir de minerales mediante una variedad de procesos húmedos que utilizan ácido y base. El calentamiento de los hidróxidos conduce a la formación de corindón. Estos materiales son de importancia central para la producción de aluminio y son en sí mismos extremadamente útiles. Algunas fases de óxido mixto también son muy útiles, como la espinela (MgAl ₂ O ₄), la Na-β-alúmina (NaAl ₁₁ O ₁₇) y el aluminato tricálcico (Ca ₃ Al ₂ O ₆, una fase mineral importante en el cemento Portland).

Los únicos calcogenuros estables en condiciones normales son el sulfuro de aluminio (Al ₂ S ₃), el seleniuro (Al ₂ Se ₃) y el telururo (Al ₂ Te ₃). Los tres se preparan por reacción directa de sus elementos a aproximadamente 1000 °C (1800 °F) y rápidamente se hidrolizan por completo en agua para producir hidróxido de aluminio y el calcogenuro de hidrógeno respectivo. Como el aluminio es un átomo pequeño en relación con estos calcógenos, estos tienen aluminio tetraédrico de cuatro coordenadas con varios polimorfos que tienen estructuras relacionadas con la wurtzita, con dos tercios de los posibles sitios metálicos ocupados de forma ordenada (α) o aleatoria (β).; el sulfuro también tiene una forma γ relacionada con la γ-alúmina, y una forma hexagonal inusual de alta temperatura en la que la mitad de los átomos de aluminio tienen una coordinación tetraédrica de cuatro y la otra mitad tiene una coordinación trigonal bipiramidal de cinco.

Se conocen cuatro pnictides: nitruro de aluminio (AlN), fosfuro de aluminio (AlP), arseniuro de aluminio (AlAs) y antimoniuro de aluminio (AlSb). Todos son semiconductores III-V isoelectrónicos al silicio y al germanio, todos los cuales, excepto AlN, tienen la estructura de zinc blenda. Los cuatro pueden fabricarse por reacción directa a alta temperatura (y posiblemente a alta presión) de sus elementos componentes.

Se conocen buenas aleaciones de aluminio con la mayoría de los otros metales (con la excepción de la mayoría de los metales alcalinos y los metales del grupo 13) y más de 150 intermetálicos con otros metales. La preparación implica calentar metales fijos juntos en cierta proporción, seguido de enfriamiento y recocido gradual. La unión en ellos es predominantemente metálica y la estructura cristalina depende principalmente de la eficiencia del empaquetamiento.

Hay pocos compuestos con estados de oxidación más bajos. Existen algunos compuestos de aluminio (I): AlF, AlCl, AlBr y AlI existen en la fase gaseosa cuando el trihaluro respectivo se calienta con aluminio y a temperaturas criogénicas. Un derivado estable del monoyoduro de aluminio es el aducto cíclico formado con trietilamina, Al ₄ I ₄ (NEt ₃) ₄. También existen Al ₂ O y Al _{2 S, pero son muy inestables.} Se invocan u observan compuestos de aluminio (II) muy simples en las reacciones del metal Al con oxidantes. Por ejemplo, se ha detectado monóxido de aluminio, AlO, en fase gaseosa después de una explosión y en espectros de absorción estelar.Se investigan más a fondo los compuestos de fórmula R ₄ Al ₂ que contienen un enlace Al-Al y donde R es un ligando orgánico grande.

Compuestos de organoaluminio e hidruros relacionados

Existe una variedad de compuestos de fórmula empírica AlR ₃ y AlR _1.5 Cl _1.5. Los trialquilos y triarilos de aluminio son líquidos reactivos, volátiles e incoloros o sólidos de bajo punto de fusión. Se inflaman espontáneamente en el aire y reaccionan con el agua, por lo que es necesario tomar precauciones en su manipulación. A menudo forman dímeros, a diferencia de sus análogos de boro, pero esta tendencia disminuye para los alquilos de cadena ramificada (p. ej., Pr, Bu, Me ₃ CCH ₂); por ejemplo, el triisobutilaluminio existe como una mezcla en equilibrio del monómero y el dímero. Estos dímeros, como el trimetilaluminio (Al ₂ Me ₆), generalmente presentan centros de Al tetraédricos formados por dimerización con algún grupo alquilo que forma un puente entre ambos átomos de aluminio. Son ácidos duros y reaccionan fácilmente con ligandos, formando aductos. En la industria, se utilizan principalmente en reacciones de inserción de alquenos, como descubrió Karl Ziegler, sobre todo en "reacciones de crecimiento" que forman alcoholes y alquenos primarios no ramificados de cadena larga, y en la polimerización a baja presión de eteno y propeno. También hay algunos compuestos de organoaluminio heterocíclicos y de grupo que involucran enlaces Al-N.

El hidruro de aluminio más importante industrialmente es el hidruro de litio y aluminio (LiAlH ₄), que se utiliza como agente reductor en química orgánica. Se puede producir a partir de hidruro de litio y tricloruro de aluminio. El hidruro más simple, hidruro de aluminio o alano, no es tan importante. Es un polímero de fórmula (AlH ₃) _n, a diferencia del hidruro de boro correspondiente que es un dímero de fórmula (BH ₃) ₂.

Ocurrencia natural

Espacio

La abundancia por partícula de aluminio en el Sistema Solar es de 3,15 ppm (partes por millón). Es el duodécimo más abundante de todos los elementos y el tercero más abundante entre los elementos que tienen números atómicos impares, después del hidrógeno y el nitrógeno. El único isótopo estable del aluminio, Al, es el decimoctavo núcleo más abundante del Universo. Se crea casi en su totalidad tras la fusión del carbono en estrellas masivas que luego se convertirán en supernovas de tipo II: esta fusión crea Mg, que al capturar protones y neutrones libres se convierte en aluminio. Algunas cantidades más pequeñas de Al se crean en capas de estrellas evolucionadas que queman hidrógeno, donde el Mg puede capturar protones libres. Esencialmente, todo el aluminio que existe ahora es Al.El Al estaba presente en el Sistema Solar primitivo con una abundancia del 0,005% en relación con el Al, pero su vida media de 728.000 años es demasiado corta para que sobreviva cualquier núcleo original; Por lo tanto, Al está extinto. A diferencia del Al, la quema de hidrógeno es la principal fuente de Al, y el nucleido emerge después de que un núcleo de Mg atrapa un protón libre. Sin embargo, las trazas de Al que existen son el emisor de rayos gamma más común en el gas interestelar; si el Al original todavía estuviera presente, los mapas de rayos gamma de la Vía Láctea serían más brillantes.

Tierra

En general, la Tierra tiene aproximadamente un 1,59 % de aluminio en masa (el séptimo en abundancia en masa). El aluminio se encuentra en mayor proporción en la corteza terrestre que en el Universo en general, porque el aluminio forma fácilmente el óxido y se une a las rocas y permanece en la corteza terrestre, mientras que los metales menos reactivos se hunden en el núcleo. En la corteza terrestre, el aluminio es el elemento metálico más abundante (8,23% en masa) y el tercero más abundante de todos los elementos (después del oxígeno y el silicio). Una gran cantidad de silicatos en la corteza terrestre contienen aluminio. En contraste, el manto de la Tierra es solo un 2,38% de aluminio en masa. El aluminio también se encuentra en el agua de mar en una concentración de 2 μg/kg.

Debido a su fuerte afinidad por el oxígeno, el aluminio casi nunca se encuentra en estado elemental; en cambio, se encuentra en óxidos o silicatos. Los feldespatos, el grupo más común de minerales en la corteza terrestre, son aluminosilicatos. El aluminio también se encuentra en los minerales berilo, criolita, granate, espinela y turquesa. Las impurezas en el Al ₂ O ₃, como el cromo y el hierro, producen las piedras preciosas rubí y zafiro, respectivamente. El metal de aluminio nativo es extremadamente raro y solo se puede encontrar como una fase menor en ambientes con baja fugacidad de oxígeno, como el interior de ciertos volcanes.Se ha informado de aluminio nativo en filtraciones frías en el talud continental nororiental del Mar de China Meridional. Es posible que estos depósitos fueran el resultado de la reducción bacteriana del tetrahidroxoaluminato Al(OH) ₄.

Aunque el aluminio es un elemento común y generalizado, no todos los minerales de aluminio son fuentes económicamente viables del metal. Casi todo el aluminio metálico se produce a partir del mineral bauxita (AlO _x (OH) _{3–2 x}). La bauxita se presenta como un producto de la meteorización del lecho rocoso con bajo contenido de hierro y sílice en condiciones climáticas tropicales. En 2017, la mayor parte de la bauxita se extrajo en Australia, China, Guinea e India.

Historia

La historia del aluminio ha sido moldeada por el uso del alumbre. El primer registro escrito de alumbre, realizado por el historiador griego Heródoto, data del siglo V a. Se sabe que los antiguos usaban alumbre como mordiente para teñir y para la defensa de la ciudad. Después de las Cruzadas, el alumbre, un bien indispensable en la industria textil europea, fue objeto de comercio internacional; fue importado a Europa desde el Mediterráneo oriental hasta mediados del siglo XV.

La naturaleza del alumbre permaneció desconocida. Alrededor de 1530, el médico suizo Paracelso sugirió que el alumbre era una sal de una tierra de alumbre. En 1595, el médico y químico alemán Andreas Libavius ​​lo confirmó experimentalmente. En 1722, el químico alemán Friedrich Hoffmann anunció su creencia de que la base del alumbre era una tierra distinta. En 1754, el químico alemán Andreas Sigismund Marggraf sintetizó alúmina hirviendo arcilla en ácido sulfúrico y posteriormente añadiendo potasa.

Los intentos de producir aluminio metálico se remontan a 1760. Sin embargo, el primer intento exitoso lo completó en 1824 el físico y químico danés Hans Christian Ørsted. Hizo reaccionar cloruro de aluminio anhidro con amalgama de potasio, produciendo un trozo de metal que se parecía al estaño. Presentó sus resultados y demostró una muestra del nuevo metal en 1825. En 1827, el químico alemán Friedrich Wöhler repitió los experimentos de Ørsted pero no identificó ningún aluminio. (La razón de esta inconsistencia solo se descubrió en 1921). Realizó un experimento similar en el mismo año mezclando cloruro de aluminio anhidro con potasio y produjo un polvo de aluminio.En 1845, pudo producir pequeñas piezas del metal y describió algunas propiedades físicas de este metal. Durante muchos años a partir de entonces, Wöhler fue reconocido como el descubridor del aluminio.

Como el método de Wöhler no podía producir grandes cantidades de aluminio, el metal siguió siendo escaso; su costo excedía al del oro. La primera producción industrial de aluminio fue establecida en 1856 por el químico francés Henri Etienne Sainte-Claire Deville y compañeros. Deville había descubierto que el tricloruro de aluminio podía reducirse con sodio, que era más conveniente y menos costoso que el potasio, que había utilizado Wöhler. Incluso entonces, el aluminio todavía no era de gran pureza y el aluminio producido difería en propiedades según la muestra. Debido a su capacidad de conducción de electricidad, el aluminio se usó como la tapa del Monumento a Washington, completado en 1885. El edificio más alto del mundo en ese momento, la tapa de metal resistente a la corrosión estaba destinada a servir como un pico de pararrayos.

El primer método de producción industrial a gran escala fue desarrollado de forma independiente en 1886 por el ingeniero francés Paul Héroult y el ingeniero estadounidense Charles Martin Hall; ahora se conoce como el proceso de Hall-Héroult. El proceso Hall-Héroult convierte la alúmina en metal. El químico austriaco Carl Joseph Bayer descubrió una forma de purificar la bauxita para producir alúmina, ahora conocida como proceso Bayer, en 1889. La producción moderna del metal aluminio se basa en los procesos Bayer y Hall-Héroult.

Los precios del aluminio cayeron y el aluminio se volvió ampliamente utilizado en joyería, artículos cotidianos, marcos de anteojos, instrumentos ópticos, vajillas y láminas en la década de 1890 y principios del siglo XX. La capacidad del aluminio para formar aleaciones duras pero ligeras con otros metales proporcionó al metal muchos usos en ese momento. Durante la Primera Guerra Mundial, los principales gobiernos exigieron grandes envíos de aluminio para fuselajes ligeros y fuertes; durante la Segunda Guerra Mundial, la demanda de aviación por parte de los principales gobiernos fue aún mayor.

A mediados del siglo XX, el aluminio se había convertido en parte de la vida cotidiana y en un componente esencial de los artículos para el hogar. En 1954, la producción de aluminio superó a la del cobre, históricamente segundo en producción después del hierro, convirtiéndolo en el metal no ferroso más producido. A mediados del siglo XX, el aluminio surgió como un material de ingeniería civil, con aplicaciones de construcción tanto en la construcción básica como en el trabajo de acabado interior, y se usa cada vez más en la ingeniería militar, tanto para aviones como para motores de vehículos terrestres blindados. El primer satélite artificial de la Tierra, lanzado en 1957, constaba de dos semiesferas de aluminio separadas unidas y todos los vehículos espaciales posteriores han utilizado aluminio hasta cierto punto.La lata de aluminio se inventó en 1956 y se empleó como depósito de bebidas en 1958.

A lo largo del siglo XX, la producción de aluminio aumentó rápidamente: mientras que la producción mundial de aluminio en 1900 era de 6.800 toneladas métricas, la producción anual superó por primera vez las 100.000 toneladas métricas en 1916; 1.000.000 de toneladas en 1941; 10.000.000 de toneladas en 1971. En la década de 1970, la mayor demanda de aluminio lo convirtió en un producto de intercambio; ingresó a la Bolsa de Metales de Londres, la bolsa de metales industrial más antigua del mundo, en 1978. La producción siguió creciendo: la producción anual de aluminio superó las 50.000.000 de toneladas métricas en 2013.

El precio real del aluminio disminuyó de 14.000 dólares por tonelada métrica en 1900 a 2.340 dólares en 1948 (en dólares estadounidenses de 1998). Los costos de extracción y procesamiento se redujeron con el progreso tecnológico y la escala de las economías. Sin embargo, la necesidad de explotar yacimientos de menor ley y peor calidad y el uso de costos de insumos en rápido aumento (sobre todo, energía) aumentaron el costo neto del aluminio; el precio real comenzó a crecer en la década de 1970 con el aumento del costo de la energía. La producción se trasladó de los países industrializados a países donde la producción era más barata. Los costos de producción a fines del siglo XX cambiaron debido a los avances tecnológicos, los precios más bajos de la energía, las tasas de cambio del dólar estadounidense y los precios de la alúmina.La participación combinada de los países BRIC en la producción primaria y el consumo primario creció sustancialmente en la primera década del siglo XXI. China está acumulando una parte especialmente grande de la producción mundial gracias a la abundancia de recursos, energía barata y estímulos gubernamentales; también aumentó su participación en el consumo del 2% en 1972 al 40% en 2010. En los Estados Unidos, Europa Occidental y Japón, la mayor parte del aluminio se consumía en transporte, ingeniería, construcción y embalaje. En 2021, los precios de los metales industriales como el aluminio se dispararon a niveles casi récord a medida que la escasez de energía en China aumenta los costos de la electricidad.

Etimología

Los nombres aluminio y aluminio se derivan de la palabra alumine, un término obsoleto para alumina, un óxido de aluminio natural. Alumine se tomó prestado del francés, que a su vez lo derivó de alumen, el nombre clásico en latín del alumbre, el mineral del que se extrajo. La palabra latina alumen proviene de la raíz protoindoeuropea *alu- que significa "amarga" o "cerveza".

Moneda

El químico británico Humphry Davy, quien realizó una serie de experimentos destinados a aislar el metal, se acredita como la persona que nombró al elemento. El primer nombre propuesto para aislar el metal del alumbre fue alumium, que Davy sugirió en un artículo de 1808 sobre su investigación electroquímica, publicado en Philosophical Transactions of the Royal Society. Parecía que el nombre fue acuñado de la palabra inglesa alum y el sufijo latino -ium; pero era costumbre entonces dar a los elementos nombres originarios del latín, por lo que este nombre no fue adoptado universalmente. Este nombre fue criticado por químicos contemporáneos de Francia, Alemania y Suecia, quienes insistieron en que el metal debería llevar el nombre del óxido, alúmina, del que se aislaría.El nombre inglés alum no proviene directamente del latín, mientras que alumine / alumina obviamente proviene de la palabra latina alumen (al declinar, alumen cambia a alumin-).

Un ejemplo fue el Essai sur la Nomenclature chimique (julio de 1811), escrito en francés por un químico sueco, Jöns Jacob Berzelius, en el que se da el nombre de aluminio al elemento que sería sintetizado a partir del alumbre. (Otro artículo en la misma edición de la revista también le da el nombre de aluminio al metal cuyo óxido es la base del zafiro). Un resumen de enero de 1811 de una de las conferencias de Davy en la Royal Society mencionó el nombre de aluminio como una posibilidad. Al año siguiente, Davy publicó un libro de texto de química en el que usó la ortografía aluminio. Ambas grafías han coexistido desde entonces. Su uso es regional: aluminiodomina en los Estados Unidos y Canadá; aluminio, en el resto del mundo de habla inglesa.

Ortografía

En 1812, un científico británico, Thomas Young, escribió una reseña anónima del libro de Davy, en la que proponía el nombre aluminio en lugar de aluminio, que pensaba que tenía un "sonido menos clásico". Este nombre se hizo popular: aunque la ortografía -um se usó ocasionalmente en Gran Bretaña, el lenguaje científico estadounidense usó -ium desde el principio. La mayoría de los científicos de todo el mundo utilizaron -io en el siglo XIX; y estaba arraigado en muchos otros idiomas europeos, como el francés, el alemán y el holandés. En 1828, un lexicógrafo estadounidense, Noah Webster, ingresó solo la ortografía de aluminio en suDiccionario americano de la lengua inglesa. En la década de 1830, la ortografía -um ganó uso en los Estados Unidos; en la década de 1860, se había convertido en la ortografía más común fuera de la ciencia. En 1892, Hall usó la ortografía -um en su folleto publicitario para su nuevo método electrolítico de producir el metal, a pesar de su uso constante de la ortografía -ium en todas las patentes que presentó entre 1886 y 1903: se desconoce si esta ortografía fue introducido por error o intencionalmente; pero Hall prefirió el aluminio desde su introducción porque se parecía al platino, el nombre de un metal prestigioso. Para 1890, ambas grafías eran comunes en los Estados Unidos, lala ortografía -ium es un poco más común; en 1895, la situación se había invertido; en 1900, el aluminio se había vuelto dos veces más común que el aluminio; en la próxima década, la ortografía -um dominó el uso estadounidense. En 1925, la American Chemical Society adoptó esta ortografía.

La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) adoptó aluminio como el nombre internacional estándar para el elemento en 1990. En 1993, reconocieron el aluminio como una variante aceptable; la edición más reciente de 2005 de la nomenclatura de química inorgánica de la IUPAC también reconoce esta ortografía. Las publicaciones oficiales de la IUPAC usan la ortografía -ium como primaria y enumeran ambas cuando es apropiado.

Producción y refinamiento

La producción de aluminio comienza con la extracción de la roca bauxita del suelo. La bauxita se procesa y transforma mediante el proceso Bayer en alúmina, que luego se procesa mediante el proceso Hall-Héroult, lo que da como resultado el metal de aluminio final.

La producción de aluminio consume mucha energía, por lo que los productores tienden a ubicar las fundiciones en lugares donde la energía eléctrica es abundante y económica. A partir de 2019, las fundiciones de aluminio más grandes del mundo se encuentran en China, India, Rusia, Canadá y los Emiratos Árabes Unidos, mientras que China es, con mucho, el principal productor de aluminio con una participación mundial del cincuenta y cinco por ciento.

Según el informe Existencias de metal en la sociedad del Panel Internacional de Recursos, la existencia global per cápita de aluminio en uso en la sociedad (es decir, en automóviles, edificios, productos electrónicos, etc.) es de 80 kg (180 lb). Gran parte de esto se encuentra en países más desarrollados (350 a 500 kg (770 a 1100 lb) per cápita) en lugar de países menos desarrollados (35 kg (77 lb) per cápita).

Proceso bayer

La bauxita se convierte en alúmina mediante el proceso Bayer. La bauxita se mezcla para obtener una composición uniforme y luego se muele. La suspensión resultante se mezcla con una solución caliente de hidróxido de sodio; Luego, la mezcla se trata en un recipiente digestor a una presión muy por encima de la atmosférica, disolviendo el hidróxido de aluminio en bauxita y convirtiendo las impurezas en compuestos relativamente insolubles:Al(OH)

₃ + Na + OH → Na + [Al(OH)

₄ ]

Después de esta reacción, la suspensión está a una temperatura superior a su punto de ebullición atmosférico. Se enfría eliminando el vapor a medida que se reduce la presión. El residuo de bauxita se separa de la solución y se desecha. La solución, libre de sólidos, se siembra con pequeños cristales de hidróxido de aluminio; esto provoca la descomposición de los iones [Al(OH) ₄ ] en hidróxido de aluminio. Una vez que ha precipitado aproximadamente la mitad del aluminio, la mezcla se envía a los clasificadores. Se recolectan pequeños cristales de hidróxido de aluminio para que sirvan como agentes de siembra; las partículas gruesas se convierten en alúmina por calentamiento; el exceso de solución se elimina por evaporación, (si es necesario) se purifica y se recicla.

Proceso de Hall-Héroult

La conversión de alúmina en aluminio metálico se logra mediante el proceso Hall-Héroult. En este proceso intensivo en energía, una solución de alúmina en una mezcla fundida (950 y 980 °C (1740 y 1800 °F)) de criolita (Na ₃ AlF ₆) con fluoruro de calcio se electroliza para producir aluminio metálico. El metal de aluminio líquido se hunde hasta el fondo de la solución y se extrae, y generalmente se vierte en grandes bloques llamados palanquillas de aluminio para su posterior procesamiento.

Los ánodos de la celda de electrólisis están hechos de carbono, el material más resistente contra la corrosión por fluoruro, y se hornean en el proceso o se hornean previamente. Los primeros, también llamados ánodos de Söderberg, son menos eficientes energéticamente y los humos liberados durante el horneado son costosos de recolectar, razón por la cual están siendo reemplazados por ánodos precocidos a pesar de que ahorran energía, energía y mano de obra para precocinar los cátodos. El carbón para los ánodos debe ser preferiblemente puro para que ni el aluminio ni el electrolito se contaminen con cenizas. A pesar de la resistividad del carbono contra la corrosión, todavía se consume a razón de 0,4 a 0,5 kg por cada kilogramo de aluminio producido. Los cátodos están hechos de antracita; No se requiere una alta pureza para ellos porque las impurezas se lixivian muy lentamente. El cátodo se consume a razón de 0,02–0. 04 kg por cada kilogramo de aluminio producido. Una celda generalmente se termina después de 2 a 6 años después de una falla del cátodo.

El proceso Hall-Heroult produce aluminio con una pureza superior al 99%. Se puede realizar una purificación adicional mediante el proceso Hoopes. Este proceso implica la electrólisis del aluminio fundido con un electrolito de fluoruro de sodio, bario y aluminio. El aluminio resultante tiene una pureza del 99,99%.

La energía eléctrica representa alrededor del 20 al 40% del costo de producción de aluminio, dependiendo de la ubicación de la fundición. La producción de aluminio consume aproximadamente el 5% de la electricidad generada en los Estados Unidos. Por ello, se han investigado alternativas al proceso de Hall-Héroult, pero ninguna ha resultado económicamente viable.

Reciclaje

La recuperación del metal mediante el reciclaje se ha convertido en una importante tarea de la industria del aluminio. El reciclaje fue una actividad de bajo perfil hasta finales de la década de 1960, cuando el creciente uso de latas de aluminio para bebidas hizo que el público tomara conciencia. El reciclaje implica fundir la chatarra, un proceso que requiere solo el 5 % de la energía utilizada para producir aluminio a partir del mineral, aunque una parte importante (hasta el 15 % del material de entrada) se pierde como escoria (óxido similar a la ceniza). Un fusor de chimenea de aluminio produce una escoria significativamente menor, con valores informados por debajo del 1%.

La escoria blanca de la producción primaria de aluminio y de las operaciones de reciclaje secundario todavía contiene cantidades útiles de aluminio que pueden extraerse industrialmente. El proceso produce palanquillas de aluminio, junto con un material de desecho muy complejo. Este desperdicio es difícil de manejar. Reacciona con el agua liberando una mezcla de gases (incluyendo, entre otros, hidrógeno, acetileno y amoníaco), que se enciende espontáneamente al contacto con el aire; el contacto con el aire húmedo da como resultado la liberación de grandes cantidades de gas amoníaco. A pesar de estas dificultades, los residuos se utilizan como relleno en asfalto y hormigón.

Aplicaciones

Metal

La producción mundial de aluminio en 2016 fue de 58,8 millones de toneladas métricas. Superó al de cualquier otro metal excepto al hierro (1.231 millones de toneladas métricas).

El aluminio casi siempre está aleado, lo que mejora notablemente sus propiedades mecánicas, especialmente cuando se templa. Por ejemplo, las láminas de aluminio y las latas de bebidas comunes son aleaciones de 92% a 99% de aluminio. Los principales agentes de aleación son cobre, zinc, magnesio, manganeso y silicio (p. ej., duraluminio) con los niveles de otros metales en un pequeño porcentaje en peso. El aluminio, tanto forjado como fundido, ha sido aleado con: manganeso, silicio, magnesio, cobre y zinc entre otros. Por ejemplo, la familia de aleaciones Kynal fue desarrollada por el fabricante químico británico Imperial Chemical Industries.

Los principales usos del aluminio metálico se encuentran en:

• Transporte (automóviles, aviones, camiones, vagones de ferrocarril, embarcaciones marinas, bicicletas, naves espaciales, etc.). El aluminio se utiliza por su baja densidad;
• Envases (latas, láminas, marcos, etc.). El aluminio se usa porque no es tóxico (ver más abajo), no adsorbe y es a prueba de astillas;
• Edificación y construcción (ventanas, puertas, revestimientos, alambres de construcción, revestimientos, techos, etc.). Dado que el acero es más barato, el aluminio se usa cuando la ligereza, la resistencia a la corrosión o las características de ingeniería son importantes;
• Usos relacionados con la electricidad (aleaciones de conductores, motores y generadores, transformadores, capacitores, etc.). El aluminio se usa porque es relativamente barato, altamente conductivo, tiene una resistencia mecánica adecuada y baja densidad, y resiste la corrosión;
• Una amplia gama de artículos para el hogar, desde utensilios de cocina hasta muebles. La baja densidad, la buena apariencia, la facilidad de fabricación y la durabilidad son los factores clave del uso del aluminio;
• Maquinaria y equipo (equipos de procesamiento, tuberías, herramientas). El aluminio se utiliza debido a su resistencia a la corrosión, no piroforicidad y resistencia mecánica.
• Cajas de computadoras portátiles. Actualmente, rara vez se usa sin aleación, pero el aluminio se puede reciclar y el aluminio limpio tiene un valor de mercado residual: por ejemplo, el material de la lata de bebida usada (UBC) se usó para revestir los componentes electrónicos de la computadora portátil MacBook Air, el teléfono inteligente Pixel 5 o el reloj inteligente Summit Lite.

Compuestos

La gran mayoría (alrededor del 90%) del óxido de aluminio se convierte en aluminio metálico. Al ser un material muy duro (dureza Mohs 9), la alúmina se usa ampliamente como abrasivo; Al ser extraordinariamente inerte químicamente, es útil en entornos altamente reactivos, como las lámparas de sodio de alta presión. El óxido de aluminio se usa comúnmente como catalizador para procesos industriales; por ejemplo, el proceso Claus para convertir el sulfuro de hidrógeno en azufre en las refinerías y para alquilar aminas. Muchos catalizadores industriales están soportados por alúmina, lo que significa que el costoso material del catalizador se dispersa sobre una superficie de alúmina inerte. Otro uso principal es como agente secante o absorbente.

Varios sulfatos de aluminio tienen aplicación industrial y comercial. El sulfato de aluminio (en su forma de hidrato) se produce en la escala anual de varios millones de toneladas métricas. Aproximadamente dos tercios se consumen en el tratamiento del agua. La siguiente aplicación principal es la fabricación de papel. También se utiliza como mordiente en teñido, decapado de semillas, desodorización de aceites minerales, curtido de pieles y en la producción de otros compuestos de aluminio. Dos tipos de alumbre, el alumbre de amonio y el alumbre de potasio, se usaban anteriormente como mordientes y en el curtido de cuero, pero su uso ha disminuido significativamente debido a la disponibilidad de sulfato de aluminio de alta pureza.El cloruro de aluminio anhidro se utiliza como catalizador en las industrias química y petroquímica, la industria del teñido y en la síntesis de varios compuestos inorgánicos y orgánicos. Los hidroxicloruros de aluminio se utilizan en la purificación del agua, en la industria papelera y como antitranspirantes. El aluminato de sodio se utiliza en el tratamiento del agua y como acelerador de la solidificación del cemento.

Muchos compuestos de aluminio tienen aplicaciones de nicho, por ejemplo:

• El acetato de aluminio en solución se usa como astringente.
• El fosfato de aluminio se utiliza en la fabricación de productos de vidrio, cerámica, pulpa y papel, cosméticos, pinturas, barnices y cemento dental.
• El hidróxido de aluminio se usa como antiácido y mordiente; se utiliza también en la potabilización del agua, la fabricación de vidrio y cerámica, y en la impermeabilización de tejidos.
• El hidruro de litio y aluminio es un poderoso agente reductor utilizado en química orgánica.
• Los organoaluminios se utilizan como ácidos de Lewis y cocatalizadores.
• El metilaluminoxano es un cocatalizador de la polimerización de olefinas Ziegler-Natta para producir polímeros de vinilo como el polietileno.
• Los iones de aluminio acuosos (como el sulfato de aluminio acuoso) se utilizan para tratar parásitos de peces como Gyrodactylus salaris.
• En muchas vacunas, ciertas sales de aluminio sirven como adyuvante inmunitario (refuerzo de la respuesta inmunitaria) para permitir que la proteína de la vacuna alcance suficiente potencia como estimulante inmunitario.

Biología

A pesar de su presencia generalizada en la corteza terrestre, el aluminio no tiene una función conocida en biología. A un pH de 6 a 9 (relevante para la mayoría de las aguas naturales), el aluminio precipita fuera del agua como hidróxido y, por lo tanto, no está disponible; la mayoría de los elementos que se comportan de esta manera no tienen ningún papel biológico o son tóxicos. El sulfato de aluminio tiene una LD ₅₀ de 6207 mg/kg (oral, ratón), que corresponde a 435 gramos para una persona de 70 kg (150 lb).

Toxicidad

El aluminio está clasificado como no cancerígeno por el Departamento de Salud y Servicios Humanos de los Estados Unidos. Una revisión publicada en 1988 dijo que había poca evidencia de que la exposición normal al aluminio presentara un riesgo para los adultos sanos, y una revisión de toxicología de elementos múltiples de 2014 no pudo encontrar efectos nocivos del aluminio consumido en cantidades no superiores a 40 mg/día por día. kg de masa corporal. La mayor parte del aluminio consumido saldrá del cuerpo en las heces; la mayor parte de la pequeña parte que ingresa al torrente sanguíneo se excretará a través de la orina; sin embargo, algo de aluminio atraviesa la barrera hematoencefálica y se aloja preferentemente en los cerebros de los pacientes de Alzheimer.La evidencia publicada en 1989 indica que, para los pacientes de Alzheimer, el aluminio puede actuar entrecruzando electrostáticamente las proteínas, regulando así a la baja los genes en la circunvolución temporal superior.

Efectos

El aluminio, aunque raramente, puede causar osteomalacia resistente a la vitamina D, anemia microcítica resistente a la eritropoyetina y alteraciones del sistema nervioso central. Las personas con insuficiencia renal corren un riesgo especial. La ingestión crónica de silicatos de aluminio hidratados (para el control del exceso de acidez gástrica) puede provocar la unión del aluminio al contenido intestinal y una mayor eliminación de otros metales, como el hierro o el zinc; dosis suficientemente altas (>50 g/día) pueden causar anemia.

Durante el incidente de contaminación del agua de Camelford en 1988, la gente de Camelford tuvo el agua potable contaminada con sulfato de aluminio durante varias semanas. Un informe final sobre el incidente en 2013 concluyó que era poco probable que esto hubiera causado problemas de salud a largo plazo.

Se sospecha que el aluminio es una posible causa de la enfermedad de Alzheimer, pero la investigación sobre esto durante más de 40 años no ha encontrado, a partir de 2018, ninguna buena evidencia de un efecto causal.

El aluminio aumenta la expresión de genes relacionados con el estrógeno en células de cáncer de mama humano cultivadas en el laboratorio. En dosis muy altas, el aluminio se asocia con una función alterada de la barrera hematoencefálica. Un pequeño porcentaje de personas tienen alergias de contacto al aluminio y experimentan erupciones rojas con picazón, dolor de cabeza, dolor muscular, dolor en las articulaciones, mala memoria, insomnio, depresión, asma, síndrome del intestino irritable u otros síntomas al entrar en contacto con productos que contienen aluminio.

La exposición a aluminio en polvo o humos de soldadura de aluminio puede causar fibrosis pulmonar. El polvo fino de aluminio puede encenderse o explotar, lo que representa otro peligro en el lugar de trabajo.

Vías de exposición

Los alimentos son la principal fuente de aluminio. El agua potable contiene más aluminio que los alimentos sólidos; sin embargo, el aluminio de los alimentos puede absorberse más que el aluminio del agua. Las principales fuentes de exposición oral humana al aluminio incluyen alimentos (debido a su uso en aditivos alimentarios, envases de alimentos y bebidas y utensilios de cocina), agua potable (debido a su uso en el tratamiento de agua municipal) y medicamentos que contienen aluminio (particularmente antiácidos). /formulaciones antiulcerosas y de aspirina tamponada). La exposición dietética en los europeos tiene un promedio de 0,2 a 1,5 mg/kg/semana, pero puede llegar a 2,3 mg/kg/semana. Los niveles más altos de exposición al aluminio se limitan principalmente a los mineros, los trabajadores de la producción de aluminio y los pacientes de diálisis.

El consumo de antiácidos, antitranspirantes, vacunas y cosméticos proporciona posibles vías de exposición. El consumo de alimentos ácidos o líquidos con aluminio mejora la absorción de aluminio y se ha demostrado que el maltol aumenta la acumulación de aluminio en los tejidos nerviosos y óseos.

Tratamiento

En caso de sospecha de ingesta repentina de una gran cantidad de aluminio, el único tratamiento es el mesilato de deferoxamina, que puede administrarse para ayudar a eliminar el aluminio del organismo mediante quelación. Sin embargo, esto debe aplicarse con precaución ya que reduce no solo los niveles corporales de aluminio, sino también los de otros metales como el cobre o el hierro.

Efectos ambientales

Los altos niveles de aluminio ocurren cerca de los sitios mineros; pequeñas cantidades de aluminio se liberan al medio ambiente en las centrales eléctricas de carbón o en los incineradores. El aluminio del aire es arrastrado por la lluvia o normalmente se deposita, pero pequeñas partículas de aluminio permanecen en el aire durante mucho tiempo.

La precipitación ácida es el principal factor natural para movilizar el aluminio de fuentes naturales y la razón principal de los efectos ambientales del aluminio; sin embargo, el principal factor de presencia de aluminio en agua salada y dulce son los procesos industriales que también liberan aluminio al aire.

En el agua, el aluminio actúa como un agente tóxico en los animales que respiran por branquias, como los peces, cuando el agua es ácida, en la que el aluminio puede precipitar en las branquias, lo que provoca la pérdida de iones de plasma y hemolinfa, lo que conduce a una falla en la osmorregulación. Los complejos orgánicos de aluminio pueden absorberse fácilmente e interferir con el metabolismo de los mamíferos y las aves, aunque esto rara vez sucede en la práctica.

El aluminio es el principal factor que reduce el crecimiento de las plantas en suelos ácidos. Aunque generalmente es inofensivo para el crecimiento de las plantas en suelos con pH neutro, en suelos ácidos la concentración de cationes Al tóxicos aumenta y perturba el crecimiento y la función de las raíces. El trigo ha desarrollado una tolerancia al aluminio, liberando compuestos orgánicos que se unen a los cationes de aluminio dañinos. Se cree que el sorgo tiene el mismo mecanismo de tolerancia.

La producción de aluminio posee sus propios desafíos para el medio ambiente en cada paso del proceso de producción. El principal desafío son las emisiones de gases de efecto invernadero. Estos gases resultan del consumo eléctrico de las fundiciones y los subproductos del procesamiento. Los más potentes de estos gases son los perfluorocarbonos del proceso de fundición. El dióxido de azufre liberado es uno de los principales precursores de la lluvia ácida.

La biodegradación del aluminio metálico es extremadamente rara; la mayoría de los organismos que corroen el aluminio no atacan ni consumen directamente el aluminio, sino que producen desechos corrosivos. El hongo Geotrichum candidum puede consumir el aluminio en discos compactos. La bacteria Pseudomonas aeruginosa y el hongo Cladosporium resinae se detectan comúnmente en los tanques de combustible de los aviones que utilizan combustibles a base de queroseno (no avgas), y los cultivos de laboratorio pueden degradar el aluminio.