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Magnesio - Aluminio - Silicio B Ne Ga
General
Nombre, símbolo, número	Aluminio, Al, 13
Serie química	Metales del bloque p
Grupo, periodo, bloque	13, 3 , p
Plateado
Propiedades atómicas
Masa atómica	26,9815386(8) 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(660°C)
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)
Resistividad eléctrica a 20 °C	2,850/cm²/cm.
Conductividad eléctrica	37,7x106/m Ω
Módulo de elasticidad	6.700 kg/mm²
Tracción	de 16 a 20 kg/mm²
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
iso. AN (%) Periodo de semidesintegración MD ED (MeV) PD 26Al Sintético 7,17×105 a ε 4,004 26Mg 27Al 100 Al es estable con 14 neutrones
Valores en el SI y en condiciones normales (0 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario. †Calculado a partir de distintas longitudes de enlace covalente, metálico o iónico.

El aluminio es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Se trata de un metal no ferroso, abundante en la corteza terrestre , ya que constituye aproximadamente un 7,5% de su peso. En estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas). Como metal se extrae del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación en aluminio mediante electrólisis sucesiva.

El aluminio es el metal que más se utiliza después del acero, debido a las buenas propiedades mecánicas que tiene. El aluminio fue aislado por primera vez en 1825 por el físico danés H. C. Oersted (Oersted se hizo famoso por su experimento de 1820, que mostró la relación entre electricidad y magnetismo). El principal inconveniente para su obtención reside en la elevada cantidad de energía eléctrica requerida, dificultando así su mayor utilización. Este problema se compensa por su bajo coste de reciclado, su dilatada vida útil y la estabilidad de su precio.

Historia [editar]

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, Humphrey 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 prefiere la otra.^[1]

El proceso que se utiliza en la actualidad para la obtención del aluminio fue inventado por un joven estadounidense cuando todavía era un estudiante del Oberlin College. Una singular coincidencia hizo que Paul Héroult, de la misma edad que Hall, realizara el mismo descubrimiento, de modo independiente, en Francia y, aproximadamente, de forma simultánea. Como resultado del descubrimiento de Hall y Hérault se hizo económicamente practicable la producción de aluminio a gran escala por primera vez. Ello posibilitó que el aluminio pasara a ser un metal común y familiar. ^[2]

Isótopos [editar]

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 un periodo de semidesintegración de 7'2×10⁵ 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. ^[3]

Véase también: Magnesio

Características del aluminio [editar]

Características físicas [editar]

Entre las características físicas del aluminio se tienen las siguientes:

• Es un metal ligero, cuya densidad o peso específico es de 2700 kg/m3 (2,7 veces la densidad del agua).
• Tiene un punto de fusión bajo 660ºC (933 K)
• El peso atómico del aluminio es de 26,9815
• Es de color blanco brillante.
• Buen conductor del calor y de la electricidad.
• Resistente a la corrosión.
• Material abundante en la Naturaleza
• Material fácil y barato de reciclar.

Caracterísitcas mecánicas [editar]

Entre las características mecánicas del aluminio se tienen las siguientes:

• De fácil mecanizado.
• Muy maleable, permite la producción de láminas muy delgadas.
• Bastante dúctil, permite la fabricación de cables eléctricos.
• Material blando (Escala de Mohs2-3). Límite de resistencia en tracción 160-200 N/mm² [160-200 MPa] en estado puro, en estado aleado el rango es de 1400-6000 N/mm². El duraluminio es una aleación particularmente resistente.
• Material que forma aleaciones con otros metales para mejorar las propiedades mecánicas.
• Permite la fabricación de piezas por fundición y moldeo.
• Material soldable

Características químicas [editar]

• Debido a su elevado estado 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, lo que le proporciona resistencia a la corrosión y durabilidad. Esta capa protectora, de color gris mate, puede ser ampliada por electrólisis en presencia de oxalatos.
• El aluminio tiene características anfóteras. 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.
• La capa de oxido formada sobre el aluminio se puede disolver en ácido cítrico formando citrato de aluminio.
• 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 (Véase también: metal pesado, electrólisis).

Estructura atómica del aluminio

Aleaciones de aluminio [editar]

Desde el punto de vista físico, el aluminio puro posee una resistencia muy baja a la tracción y una dureza escasa. En cambio, unido en aleación con otros elementos, el aluminio adquiere características mecánicas muy superiores. A estas aleaciones se las conoce con el nombre genérico de Duraluminio, y pueden ser centenares de aleaciones diferentes. El duraluminio contiene pequeñas cantidades de cobre (Cu) (3-5%), Magnesio (Mg) (0,5-2%), Manganeso (Mn) (0,25-1%) y Zinc (3,5-5%).

Son también importantes los diversos tipos de aleaciones llamadas anticorodal, a base de aluminio (Al) y pequeños aportes de Magnesio (Mg) y Silicio (Si). Pero que pueden contener a veces Manganeso (Mn), Titanio (Ti) y Cromo (Cr). A estas aleaciones se las conoce con el nombre de avional, duralinox, silumin, hidronalio, peraluman, etc.

Como hay distintas composiciones de aluminio en el mercado, es importante considerar las propiedades que éstas presentan, pues, en la industria de la manufactura, unas son mas favorables que otras (6064-T1 por ejemplo).^[4]

Aplicaciones y usos del aluminio [editar]

Estatua de aluminio dedicada a Eros y ubicada en Picadilly- Londres, construida en 1893

Ya sea considerando la cantidad o el valor del metal empleado, el uso industrial del aluminio excede al del cualquier otro metal exceptuando el hierro / acero. Es un material importante en multitud de actividades económicas y ha sido considerado un recurso estratégico en situaciones de conflicto; es decir que es importante en situaciones de conflicto.

Aluminio metálico [editar]

El aluminio se utiliza rara vez 100% puro, casi siempre se usa aleado con otros metales. El aluminio puro se emplea principalmente en la fabricación de espejos, tanto para uso doméstico como para telescopios reflectores.

Los principales usos industriales de las aleaciones metálicas de aluminio son:

• Transporte, como material estructural en aviones, automóviles, tanques, superestructuras de buques, etc.
• Estructuras portantes de aluminio en edificios, ver Eurocódigo 9
• Embalaje; papel de aluminio, latas, tetrabriks, etc.
• Carpintería metálica Puertas, ventanas, cierres, armarios, etc
• Bienes de uso doméstico; utensilios de cocina, herramientas, etc.
• Transmisión eléctrica. Aunque su conductividad eléctrica es tan sólo el 60% de la del cobre, su mayor ligereza disminuye el peso de los conductores y permite una mayor separación de las torres de alta tensión, disminuyendo los costes de la infraestructura.
• Recipientes criogénicos (hasta -200 °C, ya que no presenta temperatura de transición (dúctil a frágil) como el acero, así la tenacidad del material es mejor a bajas temperaturas.
• Calderería.
• Bicicletas

Debido a su gran reactividad química, el aluminio se usa finamente pulverizado como combustible sólido de cohete espacial y para aumentar la potencia de explosión.

También se usa como ánodo de sacrificio y en procesos de aluminotermia (termita) para la obtención y soldadura de metales.

Compuestos no metálicos de aluminio [editar]

• El óxido de aluminio, también llamado alúmina, (Al₂O₃) es un producto intermedio de la obtención de aluminio a partir de la bauxita. Se utiliza como revestimiento de protección y como adsorbente para purificar productos químicos. El óxido de aluminio cristalino se llama corindón y es utilizado sobre todo como abrasivo. El corindón transparente se llama rubí cuando es rojo y zafiro en los otros casos, utilizándose en joyería y en los emisores de rayos láser. El rubí y el zafiro también pueden ser producidos artificialmente.^[5]

• Los haluros de aluminio tienen características de ácido Lewis y son utilizados como tales como catalizadores o reactivos auxiliares. En particular, el cloruro de aluminio (AlCl₃) se emplea en la producción de pinturas y caucho sintético así como en el refino de petróleo.

• Los aluminosilicatos son una clase importante de minerales. Forman parte de las arcillas y son la base de muchas cerámicas y vidrios. En vidrios y cerámicas también se utilizan óxidos de aluminio y el borato de aluminio (Al₂O₃ B₂O₃).

• El hidróxido de aluminio (Al(OH)₃) se emplea como antiácido, como mordiente, en tratamiento de aguas, en la producción de cerámica y vidrio y en la impermeabilización de tejidos.

• Los hidruros complejos de aluminio son reductores valiosos en síntesis orgánica.

• El sulfato de aluminio (Al₂(SO₄)₃) y el sulfato de amonio y aluminio (Al(NH₄)(SO₄)₂) se emplean como mordiente, en tratamiento de aguas, en la producción de papel, como aditivo alimentario y en el curtido del cuero.^[6]

• El fosfato de aluminio (AlPO₄) se usa, entre otros, como deshidratante a alta temperatura.

• El borohidruro de aluminio (Al(BH₄)₃) se añade como aditivo a los combustibles de aviones a reacción.

• Las sales de aluminio de los ácidos grasos (p. ej. el estearato de aluminio) forman parte de la formulación del napalm.

• En muchas vacunas, ciertas sales de aluminio realizan la función de adyuvante inmune, para ayudar a la proteína de la vacuna a adquirir suficiente potencia para estimular al sistema inmunológico.

• El Al(CH₂CH₃)₃ arde violentamente al aire y destruye rápidamente los tejidos.

Corrosión del aluminio [editar]

El aluminio metálico se recubre espontáneamente de una delgada capa de óxido que evita su corrosión. Sin embargo, esta capa desaparece en presencia de ácidos, particularmente del perclórico y clorhídrico; asimismo, en soluciones muy alcalinas de hidruro potásico (KOH) o hidruro sódico (NaOH) ocurre una enérgica reacción. La presencia de CuCl₂ o CuBr₂ también destruye el óxido y hace que el aluminio se disuelva enérgicamente en agua. Con mercurio y sales de éste, el aluminio reacciona si está limpio formando una amalgama que impide su pasivación. Reacciona también enérgicamente en frío con bromo y en caliente con muchas sustancias, dependiendo de la temperatura, reduciendo a casi cualquier óxido (proceso termita). Es atacado por los haloalcanos. Las reacciones del aluminio a menudo van acompañadas de emisión de luz. ^[7] (Reacciones exoérgicas).

Producción de aluminio [editar]

Moneda de aluminio y trozo de metal

Lingote de aluminio

Aunque el aluminio es un material muy abundante en la corteza terrestre (8,1%), raramente se encuentra libre. El tipo de tierra de que se extrae el aluminio se llama mineral de bauxita. La bauxita es un mineral rico en óxido de aluminio, formado a lo largo de millones de años mediante la erosión química de rocas que contienen silicatos de aluminio. Primero se extrajo en Francia y desde entonces se ha encontrado en muchos lugares en todo el mundo. Actualmente, la mayor parte de la minería de bauxita está situada en el Caribe, Australia y África.^[8]

Para convertir bauxita en aluminio, se muele el mineral y se mezcla con cal viva y sosa cáustica; se bombea esta mezcla en recipientes a alta presión y se calienta. El óxido de aluminio que buscado se disuelve por efecto de la sosa cáustica y después se precipita a partir de esta solución; se lava y se calienta para quitar el agua. Lo que queda es el polvo blanco parecido al azúcar, denominado alúmina u óxido de aluminio (Al2O3).

Con cuatro toneladas de bauxita, es posible refinar aproximadamente dos toneladas de alúmina – un polvo blanco de óxido de aluminio. La tecnología es compleja y el equipo es masivo. A partir de esas dos toneladas de alúmina se puede fundir una tonelada de aluminio. La fundición del aluminio fue inventada en 1888. Sus aplicaciones industriales son relativamente recientes, produciéndose a escala industrial desde finales del siglo XIX.

La alúmina se convierte en aluminio en un proceso de reducción electrolítica conocido como fundición. Se disuelve la alúmina en un baño de criolita dentro de grandes células revestidas de carbono, conocidas como cubas electrolíticas. Cuando pasa una fuerte corriente eléctrica por el baño, el metal aluminio se separa de la solución química y se extrae mediante sifón.

La electrólisis es un proceso electroquímico en el que se utiliza el paso de la corriente eléctrica a través de una solución que contiene compuestos disociados en iones para provocar una serie de transformaciones químicas. La corriente eléctrica se proporciona a la solución sumergiendo en ella dos electrodos, uno llamado cátodo y otro llamado ánodo, conectados respectivamente al polo negativo y al polo positivo de una fuente de corriente continua. Para la producción electrolítica del aluminio se opera sobre una solución particular, obtenida disolviendo alúmina en un compuesto llamado criolita (fluoruro doble de aluminio y sodio) fundida para lo que son necesarias temperaturas del orden de 1000ºC. Por esta razón el consumo energético que se utiliza para obtener aluminio es muy elevado y lo convierte en uno de los metales más caros de obtener, ya que es necesario gastar de 17 a 20 kWh para obtener un kilo de metal de aluminio. Sin embargo, ya existen procesos alternativos que permiten una reducción de la energía necesaria; permiten una reducción del 70% respecto al procedimiento electrolítico. Estos procedimientos parten de arcillas ricas en aluminio en vez de partir de la bauxita.

El aluminio procedente de las cubas electrolíticas pasa a hornos para mezclarlo de manera precisa con otros metales para formar diversas aleaciones con propiedades específicas diseñadas para diversos usos. El metal se purifica en un proceso denominado adición de fundente y después se vierte en moldes o se funde directamente en lingotes. Los procesos adicionales pueden ser la fundición en moldes, laminación, forjado, extracción o extrusión.

Con una tonelada de aluminio es suficiente para fabricar más de 60.000 latas de refrescos o cerveza. Suficiente para fabricar las carrocerías de siete automóviles. Suficiente para fabricar 40.000 discos de memoria de computadora, capaces de almacenar todos los libros que se hayan publicado hasta la fecha.

Bobina de chapa de aluminio

Cuando fue descubierto se encontró que era extremadamente 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. 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. Actualmente 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 °C, excesivamente alta para acometer el proceso de forma económica por lo que era disuelta en criolita fundida, lo que disminuía la temperatura hasta los 1000°C. Actualmente, la criolita se sustituye cada vez más por la ciolita un fluoruro artificial de aluminio, sodio y calcio.

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 años 1960 cuando se generaliza, más por razones medioambientales que estrictamente económicas.

Trabajando con aluminio [editar]

Precauciones [editar]

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 dermatitis 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.^[9]

Equipo de protección personal debe ser empleado dependiendo del trabajo que se ha de realizar con el material; esto incluye lentes de protección, guantes, etc.

Soldadura [editar]

Normas de precaución son de importancia referentes al proceso de soldar aluminio, por ejemplo, se debe tomar en cuenta el empleo del voltaje o que durante el proceso de soldadura, gases se hacen presentes.El esplendor que el aluminio emite al ser soldado es blanco verdoso y brillante.^[10]

Doblado [editar]

El aluminio se presenta en el mercado en diversas formas, ya sean estas barras con diversos perfiles u hojas de varios tamaños y grosores entre otras. Cuando se trabaja con aluminio, específicamente en crear algún doblez en una hoja, o en una parte de ésta, es importante considerar la dirección del grano; esto significa que la composición en el metal, después de haber sido fabricado, ha tomado una tendencia direccional en su microestructura, mostrando así una mayor longitud hacia una dirección que hacia otra. Así es que el aluminio puede quebrarse si la dirección del grano no es considerada al crear algún doblez, o si el doblez es creado con un radio demasiado pequeño, el cual sobrepase la integridad elástica del tipo de aluminio.

Electroerosión [editar]

La conductividad del aluminio es suficiente para ser mecanizado empleando descarga eléctrica.

Reciclaje [editar]

En primer lugar el producto de aluminio a reciclar se clasifica y compacta. Luego en un horno, se le saca la pintura y en algunos casos se las muele en pequeñas láminas. Por último el material va a un horno de fundición y de esta manera se obtienen nuevos lingotes o láminas para hacer más productos de aluminio. Cabe destacar que este material, al igual que el vidrio puede ser reciclado infinidad de veces, ya que no pierde calidad en los distintos procesos.

El aluminio no cambia sus características químicas durante el reciclado. El proceso se puede repetir indefinidamente y los objetos de aluminio se pueden fabricar enteramente con material reciclado. Muchos desechos de aluminio como las latas se pueden prensar fácilmente, reduciendo su volumen y facilitando su almacenamiento y transporte, las latas usadas de aluminio tienen el valor más alto de todos los residuos de envases y embalajes, lo anterior es un incentivo para su recuperación.

Latas de aluminio comprimidas.

Algunos beneficios del reciclaje de aluminio son:

• Al utilizar aluminio recuperado en el proceso de fabricación de nuevos productos existe un ahorro de energía del 95% respecto a si se utilizara materia prima virgen (bauxita).
• El proceso de reciclado es normalmente fácil, ya que los objetos de aluminio desechados están compuestos normalmente sólo de aluminio por lo que no se requiere una separación previa de otros materiales.
• Un residuo de aluminio es fácil de manejar: es ligero, no se rompe, no arde y no se oxida, por lo mismo es también fácil de transportar.

El aluminio es un material cotizado y rentable con un mercado importante a nivel mundial. Por ello todo el aluminio recogido tiene garantizado su reciclado. El reciclaje de aluminio produce beneficios ya que proporciona fuente de ingresos y ocupación para la mano de obra no calificada.^[11]

Acciones emprendidas [editar]

Muchas personas en los países en desarrollo se dedican a la recolección de aluminio de desecho, principalmente latas, por lo que contribuyen al reciclaje de este metal. Otras personas lo hacen por conciencia ambiental; en muchas partes del mundo organizaciones comunales, supermercados, escuelas y tiendas de todos tamaños cuentan con un programa de reciclaje de aluminio.

Por ejemplo, en Chile hay una empresa que mantiene convenios de recogida de envases en colegios y centros de recreación. También ha dispuesto contenedores especiales para que los consumidores dispongan las latas vacías en ellas. Algunos de