aluminio

Alumínio

Nota: Para outros significados de Alumínio, ver Alumínio (desambiguação).

O alumínio é um elemento químico de símbolo Al de número atômico 13 ( 13 prótons e 13 elétrons ) com massa atómica 27 u. Na temperatura ambiente é sólido, sendo o elemento metálico mais abundante da crosta terrestre. Sua leveza, condutividade elétrica, resistência à corrosão e baixo ponto de fusão lhe conferem uma multiplicidade de aplicações, especialmente na aeronáutica. Entretanto, a elevada quantidade de energia necessária para a sua obtenção reduzem sobremaneira o seu campo de aplicação. No entanto, o baixo custo para a sua reciclagem aumenta o seu tempo de vida útil e a estabilidade do seu valor.

É dado a Friedrich Wöhler o reconhecimento do isolamento do alumínio, em 1827

MagnésioAlumínioSilício
B
Al  
Ga 
 

Tabela Periódica
Geral
Nome, símbolo, número Alumínio, Al, 13
Classe , série química Metal, representativo(família do boro)
Grupo, período, bloco 13, 3 , p
Densidade, dureza 2697 kg/m³, 2,75
Cor e aparência Cinza prateado
Propriedades atómicas
Massa atómica 26,9815386(8) u
Raio médio 125 pm
Raio atómico calculado 118 pm
Raio covalente 118 pm
Raio de van der Waals Sem dados
Configuração electrónica [Ne]3s²3p1
Estados de oxidação (óxido) 3 ( Anfótero )
Estrutura cristalina Cúbica centrada
nas faces
Propriedades físicas
Estado da matéria Sólido
Ponto de fusão 933,47 K
Ponto de ebulição 2792 K
Entalpia de vaporização 293,4 kJ/mol
Entalpia de fusão 10,79 kJ/mol
Pressão de vapor 2,42×10-6 Pa a 577 K
Velocidade do som 5100 m/s a 933 K
Informações diversas
Eletronegatividade 1,61 (Pauling)
Calor específico 900 J/(kg·K)
Condutividade elétrica 37,7×106/m Ω
Condutividade térmica 237 W/(m·K)
Potenciais de ionização
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 mais estáveis
iso. AN (%) Vida média MD ED (MeV) PD
Unidades SI e CNTP, exceto onde indicado o contrário

Índice

[esconder]

 Características principais

O alumínio é um metal leve, macio porém resistente, de aspecto cinza prateado; e fosco, devido à fina camada de oxidação que se forma rapidamente quando exposto ao ar. O alumínio não é tóxico (como metal), não-magnético, e não cria faíscas quando exposto à atrito. O alumínio puro possui tensão de cerca de 19 megapascals (MPa) e 400 MPa se inserido dentro de uma liga. Sua densidade é aproximadamente de um terço da do aço ou cobre. É muito maleável, muito dúctil e apto para a mecanização e para a fundição, além de ter uma excelente resistência à corrosão e durabilidade devido à camada protetora de óxido. É o segundo metal mais maleável (o primeiro é o ouro) e o sexto mais dúctil. Por ser um bom condutor de calor, é muito utilizado em panelas de cozinha.

 Aplicações

Considerando a quantidade e o valor do metal empregado, o uso do alumínio excede o de qualquer outro metal, exceto o aço. É um material importante em múltiplas atividades econômicas.

O alumínio puro é maleável e frágil, porém suas ligas com pequenas quantidades de cobre, manganês, silício, magnésio e outros elementos apresentam uma grande quantidade de características adequadas às mais diversas aplicações. Estas ligas constituem o material principal para a produção de muitos componentes dos aviões e foguetes.

Quando se evapora o alumínio no vácuo, forma-se um revestimento que reflete tanto a luz visível como a infravermelha. Como a capa de óxido que se forma impede a deterioração do revestimento, utiliza-se o alumínio para a fabricação de espelhos de telescópios, em substituição aos de prata.

Devido à sua grande reatividade química é usado, quando finamente pulverizado, como combustível sólido para foguetes e para a produção de explosivos. Ainda usado como ánodo de sacrifício e em processos de aluminotermia para a obtenção de metais.

Outros usos do alumínio são:

  • Transporte: Como material estrutural em aviões, barcos, automóveis, tanques, blindagens e outros.
  • Embalagens: Papel de alumínio, latas, tetrabriks e outras.
  • Construção civil: Janelas, portas, divisórias, grades e outros.
  • Bens de uso: Utensílios de cozinha, ferramentas e outros.
  • Transmisão elétrica: Ainda que a condutibilidade elétrica do alumínio seja 60% menor que a do cobre, o seu uso em redes de transmissão elétricas é compensado pela sua grande malebilidade, permitindo maior distância entre as torres de transmissão e reduzindo, desta maneira, os custos da infraestrutura.
  • Como recipientes criogênicos até -200 ºC e, no sentido oposto, para a fabricação de caldeiras
  • Observação: As ligas de alumínio assumem diversas formas como a Duralumínio.

 História

Tanto na Grécia como na Roma antigas se empregava a pedra-ume (do latim alūmen ), um sal duplo de alumínio e potássio, como mordente em tinturaria e adstringente em medicina, uso ainda em vigor.

Geralmente é dado a Friedrich Wöhler o reconhecimento do isolamento do alumínio, fato que ocorreu em 1827, apesar de o metal ter sido obtido impuro alguns anos antes pelo físico e químico Hans Christian Ørsted.

Em 1807, Humphrey Davy propôs o nome aluminum para este metal ainda não descoberto. Mais tarde resolveu-se trocar o nome para aluminium por coerência com a maioria dos outros nomes latinos dos elementos, que usam o sufixo –ium. Desta maneira ocorreu a derivação dos nomes atuais dos elementos em outros idiomas. Entretanto, nos EUA, com o tempo se popularizou a outra forma, hoje admitida também pela IUPAC.
Apesar do alumíno ser um metal encontrado em abundância na crosta terrestre (8,1%) raramente é encontrado livre. Suas aplicações industriais são relativamente recentes, sendo produzido em escala industrial a partir do final do século XIX. Quando foi descoberto verificou-se que a sua separação das rochas que o continham era extremamente difícil. Como conseqüência, durante algum tempo, foi considerado um metal precioso, mais valioso que o ouro. Com o avanço dos processos de obtenção os preços baixaram continuamente até colapsar em 1889, devido à descoberta anterior de um método simples de extração do metal. Atualmente, um dos fatores que estimulam o seu uso é a estabilidade do seu preço, provocada principalmente pela sua reciclagem.

Em 1859, Henri Sainte-Claire Deville anunciou melhorias no processo de obtenção, ao substituir o potássio por sódio e o cloreto simples pelo duplo. Posteriormente, com a invenção do processo Hall-Héroult em 1886, simplificou-se e barateou-se a extração do alumínio a partir do mineral. Este processo, juntamente com o processo Bayer , descoberto no mesmo ano, permitiram estender o uso do alumínio para uma multiplicidade de aplicações até então economicamente inviáveis.

A recuperação do metal a partir da reciclagem é uma prática conhecida desde o início do século XX. Entretanto, foi a partir da década de 1960 que o processo se generalizou, mais por razões ambientais do que econômicas.

O processo ordinário de obtenção do alumínio ocorre em duas etapas: a obtenção da alumina pelo processo Bayer e, posteriormente, a eletrólise do óxido para obter o alumínio. A elevada reatividade do alumínio impede extraí-lo da alumina mediante a redução, sendo necessário obtê-lo através da eletrólise do óxido, o que exige este composto no estado líquido. A alumina possui um ponto de fusão extremamente alto (2000 °C) tornando inviável de forma econômica a extração do metal. Porém, a adição de um fundente, no caso a criolita, permite que a eletrólise ocorra a uma temperatura menor, de aproximadamente 1000 ºC. Atualmente, a criolita está sendo substituída pela ciolita, um fluoreto artificial de alumínio, sódio e cálcio.

Isótopos

O alumínio possui nove isótopos , cujas massas atômicas variam entre 23 e 30 uma. Somente o Al-27, estável, e o Al-26, radioativo com uma vida média de 0,72×106 anos, são encontrados na natureza. O Al-26 é produzido na atmosfera a partir do bombardeamento do argônio por raios cósmicos e prótons. Os isótopos têm aplicação prática na datação de sedimentos marinhos, gelos glaciais, meteoritos, etc. A relação Al-26 / Be-10 é empregada na análise de processos de transporte, deposição, sedimentação e erosão a escalas de tempo de milhões de anos.

O Al-26 cosmogênico se aplicou primeiro nos estudos da Lua e dos meteoritos. Estes corpos espaciais se encontram submetidos a intensos bombardeios de raios cósmicos durante suas viagens espaciais, produzindo-se uma quantidade significativa de Al-26. Após o impacto contra a Terra, a atmosfera que filtra os raios cósmicos detém a produção de Al-26, permitindo determinar a época em que o meteorito caiu.

 Alumínio Transparente

O alumínio transparente é hoje uma realidade. Sua descoberta foi prevista no filme de ficção científica Star Trek 4 (Jornada nas Estrelas 4). O alumínio transparente é conhecido na indústria como ALONTM, se trata de um oxinitrato policristalino de alumínio, ou seja, uma cerâmica transparente cristalizada sobre átomos de alumínio. Apesar de ser uma cerâmica, é muito mais resistente que o vidro blindado, e seu desenvolvimento foi inicialmente buscado pelo exército americano para a construção de janelas em veículos blindados. O alumínio transparente é muito mais resistente, leve e fino que o vidro blindado, oferecendo diversas vantagens para a blindagem de veículos. Apresenta diversas outras vantagens sobre o vidro, e para uso civil já está sendo usado em leitores de código de barras em supermercados devido ao seu alto índice de transparência para luz visível e ultravioleta. Muitas outras aplicações estão previstas para o ALONTM (alumínio transparente), e até mesmo as latas de cerveja e refrigerante serão fabricadas nesse material (em 20 ou 30 anos). Todo o mercado pode se beneficiar dessa descoberta, dependendo somente da queda do preço desse produto, pois o método de produção do ALONTM é ainda 5 vezes mais caro que o vidro blindado. Muitas pesquisas estão avançando nesse campo, basta lembrar que o alumínio já foi considerado metal nobre devido ao mesmo problema (alto custo de fabricação) e hoje é um material muito barato.

 Precauções

O alumínio é um dos poucos elementos abundantes na natureza que parecem não apresentar nenhuma função biológica significativa. Algumas pessoas manifestam alergia ao alumínio, sofrendo dermatites ao seu contato, inclusive desordens digestivas ao ingerir alimentos cozinhados em recipientes de alumínio. Para as demais pessoas o alumínio não é considerado tão tóxico como os metais pesados, ainda que existam evidências de certa toxicidade quando ingerido em grandes quantidades. Em relação ao uso de recipientes de alumínio não se têm encontrado problemas de saúde, estando estes relacionados com o consumo de antiácidos e antitranspirantes que contêm este elemento. Tem-se sugerido que o alumínio possa estar relacionado com o mal de Alzheimer, ainda que esta hipótese não tenha comprovação conclusiva.

O Alumínio é um dos elementos mais abundantes na crosta terrestre na forma de óxido de alumínio (Al2O3). Talvez por causa disto ele é tido como inofensivo mas a exposição a altas concentrações pode causar problemas de saúde principalmente quando na forma de íons em que ele é solúvel em água.

A ingestão do alumínio pode acontecer através da comida, do ar e contato com a pele. A ingestão por muito tempo do alumínio em concentrações altas pode levar a sérios problemas de saúde como:

  • Demência
  • Danos ao sistema nervoso central
  • Perda de memória
  • Surdez
  • Fortes tremores
  • Dores musculares
  • Cólicas
  • Fraqueza
  • Inapetência

A inspiração de alumínio em pó em fábricas onde este elemento é utilizado no processo de produção pode levar à fibrose pulmonar e outros danos ao pulmão. Este efeito conhecido como Mal de Shaver é complicado pela presença no ar de sílica e óxido de ferro. Na diálise renal ele pode penetrar nos rins e causar danos.

Sua concentração parece ser maior em lagos ácidos. Nestes lagos o número de peixes e anfíbios está diminuindo devido a reações de íons de alumínio com proteínas nos alevinos de peixes e embriões de anfíbios.

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