Hidróxido de aluminio

El hidróxido de aluminio, Al(OH)₃, se encuentra en la naturaleza como el mineral gibbsita (también conocida como hidrargillita) y sus tres polimorfos mucho más raros: bayerita, doyleita y nordstrandita. El hidróxido de aluminio es anfótero, es decir, tiene propiedades tanto básicas como ácidas. Estrechamente relacionados están el hidróxido de óxido de aluminio, AlO(OH) y el óxido de aluminio o alúmina (Al₂O₃), el último de los cuales también es anfótero. Estos compuestos juntos son los componentes principales de la bauxita del mineral de aluminio. El hidróxido de aluminio también forma un precipitado gelatinoso en agua.

Estructura

Al(OH)₃ está formado por capas dobles de grupos hidroxilo con iones de aluminio que ocupan dos tercios de los huecos octaédricos entre las dos capas. Se reconocen cuatro polimorfos. Todos cuentan con capas de unidades octaédricas de hidróxido de aluminio, con enlaces de hidrógeno entre las capas. Los polimorfos difieren en cuanto al apilamiento de las capas. Todas las formas de cristales de Al(OH)₃ son hexagonales:

• gibbsite también se conoce como γ-Al(OH)₃ o α-Al(OH)₃
• bayerita también se conoce como α-Al(OH)₃ o β-alumina trihidrato
• nordstrandite también se conoce como Al(OH)₃
• Doyleite

Hydrargillite, que alguna vez se pensó que era hidróxido de aluminio, es un fosfato de aluminio. No obstante, tanto la gibbsita como la hidrargilita se refieren al mismo polimorfismo del hidróxido de aluminio, siendo la gibbsita la más utilizada en los Estados Unidos y la hidrargilita se usa con más frecuencia en Europa. La hidrargillita lleva el nombre de las palabras griegas para agua (hidra) y arcilla (argylles).

Propiedades

El hidróxido de aluminio es anfótero. En ácido, actúa como una base de Brønsted-Lowry. Neutraliza el ácido, produciendo una sal:

3 HCl + Al(OH)₃ → AlCl₃ + 3 H₂O

En bases, actúa como un ácido de Lewis uniendo iones de hidróxido:

Al(OH)₃ + OH⁻ → Al(OH)₄⁻

Producción

Los depósitos de barro rojo (este de Stade, Alemania) contienen los residuos corrosivos de la producción de hidroxido de aluminio.

Prácticamente todo el hidróxido de aluminio que se utiliza comercialmente se fabrica mediante el proceso Bayer, que consiste en disolver la bauxita en hidróxido de sodio a temperaturas de hasta 270 °C (518 °F). Los desechos sólidos, relaves de bauxita, se eliminan y el hidróxido de aluminio se precipita de la solución restante de aluminato de sodio. Este hidróxido de aluminio se puede convertir en óxido de aluminio o alúmina por calcinación.

El residuo o relaves de bauxita, que es principalmente óxido de hierro, es altamente cáustico debido al hidróxido de sodio residual. Históricamente se almacenó en lagunas; esto condujo al accidente de la planta de alúmina de Ajka en 2010 en Hungría, donde la ruptura de una presa provocó la muerte por ahogamiento de nueve personas. Otros 122 buscaron tratamiento por quemaduras químicas. El lodo contaminó 40 kilómetros cuadrados (15 millas cuadradas) de tierra y llegó al Danubio. Si bien el lodo se consideró no tóxico debido a los bajos niveles de metales pesados, el lodo asociado tenía un pH de 13.

Usos

Relleno ignífugo

El hidróxido de aluminio también encuentra uso como relleno ignífugo para aplicaciones de polímeros. Se selecciona para estas aplicaciones porque es incoloro (como la mayoría de los polímeros), económico y tiene buenas propiedades ignífugas. El hidróxido de magnesio y las mezclas de huntita e hidromagnesita se usan de manera similar. Se descompone a unos 180 °C (356 °F), absorbiendo una cantidad considerable de calor en el proceso y emitiendo vapor de agua. Además de comportarse como retardante del fuego, es muy efectivo como supresor de humo en una amplia gama de polímeros, muy especialmente en poliésteres, acrílicos, etileno acetato de vinilo, epoxis, policloruro de vinilo (PVC) y caucho.

Precursora de los compuestos de Al

El hidróxido de aluminio es una materia prima para la fabricación de otros compuestos de aluminio: alúminas calcinadas, sulfato de aluminio, cloruro de polialuminio, cloruro de aluminio, zeolitas, aluminato de sodio, alúmina activada y nitrato de aluminio.

El hidróxido de aluminio recién precipitado forma geles, que son la base para la aplicación de sales de aluminio como floculantes en la purificación de agua. Este gel cristaliza con el tiempo. Los geles de hidróxido de aluminio se pueden deshidratar (por ejemplo, utilizando disolventes no acuosos miscibles en agua como el etanol) para formar un polvo de hidróxido de aluminio amorfo, que es fácilmente soluble en ácidos. El calentamiento lo convierte en alúminas activadas, que se utilizan como desecantes, adsorbentes en la purificación de gases y soportes de catalizadores.

Farmacéutica

Con el nombre genérico de "algeldrate", el hidróxido de aluminio se usa como antiácido en humanos y animales (principalmente gatos y perros). Se prefiere a otras alternativas como el bicarbonato de sodio porque el Al(OH)₃, al ser insoluble, no aumenta el pH del estómago por encima de 7 y, por lo tanto, no desencadena la secreción de un exceso de ácido por parte del estómago. Las marcas incluyen Alu-Cap, Aludrox, Gaviscon o Pepsamar. Reacciona con el exceso de ácido en el estómago, reduciendo la acidez del contenido estomacal, lo que puede aliviar los síntomas de úlceras, acidez estomacal o dispepsia. Dichos productos pueden causar estreñimiento, porque los iones de aluminio inhiben las contracciones de las células del músculo liso en el tracto gastrointestinal, lo que ralentiza el peristaltismo y prolonga el tiempo necesario para que las heces pasen por el colon. Algunos de estos productos están formulados para minimizar dichos efectos mediante la inclusión de concentraciones iguales de hidróxido de magnesio o carbonato de magnesio, que tienen efectos laxantes compensadores.

Este compuesto también se usa para controlar la hiperfosfatemia (niveles elevados de fosfato o fósforo en la sangre) en personas y animales que padecen insuficiencia renal. Normalmente, los riñones filtran el exceso de fosfato de la sangre, pero la insuficiencia renal puede hacer que se acumule el fosfato. La sal de aluminio, cuando se ingiere, se une al fosfato en los intestinos y reduce la cantidad de fósforo que se puede absorber.

El hidróxido de aluminio precipitado se incluye como adyuvante en algunas vacunas (por ejemplo, la vacuna contra el ántrax). Una de las marcas más conocidas de adyuvante de hidróxido de aluminio es Alhydrogel, fabricado por Brenntag Biosector. Dado que absorbe bien las proteínas, también funciona para estabilizar las vacunas al evitar que las proteínas de la vacuna se precipiten o se adhieran a las paredes del recipiente durante el almacenamiento. El hidróxido de aluminio a veces se llama "alumbre", un término generalmente reservado para uno de varios sulfatos.

Las formulaciones de vacunas que contienen hidróxido de aluminio estimulan el sistema inmunológico al inducir la liberación de ácido úrico, una señal de peligro inmunológico. Esto atrae fuertemente a ciertos tipos de monocitos que se diferencian en células dendríticas. Las células dendríticas recogen el antígeno, lo llevan a los ganglios linfáticos y estimulan las células T y las células B. Parece contribuir a la inducción de una buena respuesta Th2, por lo que es útil para inmunizar contra patógenos que son bloqueados por anticuerpos. Sin embargo, tiene poca capacidad para estimular respuestas inmunitarias celulares (Th1), importantes para la protección contra muchos patógenos, y tampoco es útil cuando el antígeno se basa en péptidos.

Seguridad

En las décadas de 1960 y 1970 se especuló que el aluminio estaba relacionado con varios trastornos neurológicos, incluida la enfermedad de Alzheimer. Desde entonces, múltiples estudios epidemiológicos no han encontrado conexión entre la exposición al aluminio ambiental o ingerido y los trastornos neurológicos, aunque estos estudios no analizaron el aluminio inyectado.

Se encontraron trastornos neuronales en experimentos con ratones motivados por la enfermedad de la Guerra del Golfo (GWI). El hidróxido de aluminio inyectado en dosis equivalentes a las administradas al ejército de los Estados Unidos mostró un aumento de astrocitos reactivos, aumento de la apoptosis de las neuronas motoras y proliferación microglial dentro de la médula espinal y la corteza.