Al · Element 13 · Boron group
Once more precious than gold, now the most-used metal after iron — because someone worked out how to electrolyse it cheaply.
Estructura
No es un diagrama de puntos sobre anillos, sino una muestra de Monte Carlo de la densidad de probabilidad real |ψ|² para cada subcapa ocupada. Arrastra para girar. El azul y el violeta indican signos opuestos de la función de onda, lo que hace posible el enlace químico.
Valores medidos
Cada barra muestra dónde se sitúa aluminio entre los 118 elementos para esa propiedad.
Fuentes: pesos atómicos estándar de la IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Los valores marcados con ~ son predichos y no medidos.
Tamaño, a escala
Radius 143 pm — that is 0.143 nm, so about 3497 million of them side by side would span a millimetre.
Intervalo térmico
Aluminio is liquid over a 1859 K window, from 933 K to 2792 K.
La historia
¡El aluminio es el metal milagroso que pasó de ser precioso a estar en todas partes en solo 100 años. En otro tiempo era más valioso que el oro (Napoleón III servía a sus invitados más honorables con cubiertos de aluminio, mientras que los invitados menos importantes recibían cubiertos de oro); hoy, este metal ligero es tan común que lo tiramos. El Monumento a Washington está coronado con aluminio; en 1884, ¡era el metal más caro de la Tierra. El proceso Hall-Héroult lo cambió todo en 1886, al hacer asequible la extracción de aluminio y dar inicio a la era de la aviación. Los aviones vuelan porque el aluminio es resistente y, sin embargo, pesa un tercio que el acero. Tu antitranspirante contiene aluminio para bloquear las glándulas sudoríparas, mientras que el papel de aluminio de tu cocina refleja el 95 % de la radiación infrarroja. Reciclar aluminio requiere solo el 5 % de la energía necesaria para producir aluminio nuevo, ¡lo que hace que esa lata de refresco sea reciclable infinitamente.
La historia del descubrimiento del aluminio abarca más de dos milenios, desde las civilizaciones antiguas hasta los avances químicos del siglo XIX. Este relato incluye mentes brillantes, espionaje industrial y la transformación del «metal de los reyes» en un material cotidiano.
La historia comienza en la antigua Roma alrededor del año 400 a. C., donde la palabra «alumen» describía sales astringentes utilizadas para teñir y curtir. El naturalista romano Plinio el Viejo (23-79 d. C.) documentó las propiedades del alumbre en su enciclopedia «Naturalis Historia», describiendo sin saberlo compuestos de aluminio que se habían utilizado durante siglos.
En 1761, el químico francés Louis-Bernard Guyton de Morveau propuso que el alumbre contenía un metal desconocido hasta entonces y acuñó el término «alumine» para lo que hoy llamamos óxido de aluminio. Esto preparó el camino para el posterior aislamiento del metal.
El químico británico Sir Humphry Davy (1778-1829) intentó por primera vez aislar el aluminio mediante electrólisis en 1807. Utilizando su batería eléctrica recién inventada, Davy logró aislar el Potasio y el Sodio, pero tuvo dificultades con el elevado punto de fusión del óxido de aluminio (2,072°C). Aunque no logró aislar aluminio puro, Davy dio al metal hipotético el nombre «aluminum» en 1812, que más tarde cambió a «aluminium» para ajustarlo a los nombres de otros elementos terminados en «-ium».
El físico y químico danés Hans Christian Ørsted (1777-1851) logró el primer aislamiento del aluminio el 29 de agosto de 1825. Utilizando amalgama de Potasio para reducir el cloruro de aluminio, Ørsted produjo diminutas gotas metálicas. Su método consistía en calentar cloruro de aluminio con Potasio en un tubo cerrado, creando las primeras muestras conocidas de aluminio metálico.
El químico alemán Friedrich Wöhler (1800-1882) mejoró el método de Ørsted utilizando Potasio metálico en lugar de amalgama. El 21 de julio de 1827, Wöhler produjo polvo de aluminio y pequeñas esferas, convirtiéndose en el primero en observar las propiedades fundamentales del aluminio: ligereza, resistencia a la oxidación y brillo metálico. Describió célebremente el aluminio como poseedor de «el color y el brillo del Estaño».
El químico francés Henri Étienne Sainte-Claire Deville (1818-1881) revolucionó la producción de aluminio en 1854. Su método de reducción química con Sodio hizo que el aluminio fuera comercialmente viable por primera vez. El emperador Napoleón III de Francia financió la investigación de Deville, imaginando armaduras y equipos de aluminio para su ejército.
Durante esta época, el aluminio era más valioso que el Oro. Napoleón III exhibía cubiertos de aluminio en las cenas de Estado y los reservaba para los invitados más distinguidos, mientras que los demás utilizaban utensilios de Oro. El remate del Monumento a Washington, terminado en 1884, estaba hecho de 100 onzas de aluminio, que entonces valían el salario anual de un trabajador.
Dos jóvenes químicos brillantes descubrieron de forma independiente el proceso electrolítico que democratizó el aluminio:
A los 22 años, mientras trabajaba en el cobertizo de madera de su familia en Oberlin, Ohio, Hall descubrió la electrólisis del aluminio el 23 de febrero de 1886. Utilizando las sartenes de Hierro de su hermana Julia y una batería eléctrica casera, Hall disolvió óxido de aluminio en criolita fundida y pasó corriente eléctrica a través de ella, produciendo gotas de aluminio puro.
También a los 22 años, Héroult hizo el mismo descubrimiento solo dos meses después, el 9 de abril de 1886. Mientras trabajaba en la curtiduría de su padre en Gentilly, Francia, Héroult desarrolló de forma independiente el mismo proceso. Ambos hombres nacieron en 1863 y murieron en 1914: una coincidencia extraordinaria en la historia de la ciencia.
El proceso Hall-Héroult redujo el precio del aluminio de $545 por libra (década de 1850) a $0.68 por libra (1900): ¡una reducción del precio del 99.8 %. Este avance impulsó la industria moderna del aluminio:
La industria del aluminio produce hoy más de 65 millones de toneladas al año, haciendo posible la aviación moderna, la exploración espacial y los envases sostenibles. El proceso Hall-Héroult, prácticamente sin cambios desde 1886, sigue siendo la base de la producción de aluminio en todo el mundo: un testimonio de la brillantez de dos químicos de 22 años que transformaron la civilización.
Aplicaciones
La combinación única de ligereza, resistencia y resistencia a la corrosión del aluminio lo hace central en múltiples industrias. Con una densidad de solo 2.7 g/cm³ —aproximadamente un tercio de la del acero—, el aluminio ha revolucionado el transporte y la construcción.
La industria aeroespacial consume casi el 20 % de la producción mundial de aluminio. Las estructuras de las aeronaves utilizan aleación de aluminio 2024 (Al-Cu-Mg) para la construcción del fuselaje, lo que ofrece relaciones excepcionales entre resistencia y peso. El Boeing 787 Dreamliner contiene más del 20 % de aluminio en peso, mientras que los aviones de combate modernos como el F-35 Lightning II utilizan avanzadas aleaciones de aluminio-litio que son un 10 % más ligeras y un 15 % más rígidas que las aleaciones de aluminio convencionales.
Los vehículos modernos incorporan aluminio en bloques de motor, cajas de transmisión y paneles de carrocería. El Ford F-150 (2015+) cuenta con una carrocería totalmente de aluminio que redujo el peso en 700 libras y mejoró la eficiencia del combustible en un 20 %. El Tesla Model S utiliza una estructura espacial de aluminio, con aleación de aluminio 6061-T6 que proporciona una protección óptima contra impactos y mantiene la integridad estructural.
Las aplicaciones arquitectónicas del aluminio incluyen muros cortina, marcos de ventanas y sistemas de techado. El proceso de anodización crea una capa protectora de óxido de hasta 25 micrómetros de espesor, que ofrece una resistencia superior a las condiciones meteorológicas. El Burj Khalifa de Dubái utiliza más de 1,500 toneladas de aluminio en su sistema de fachada, mientras que las distintivas conchas de la Ópera de Sídney están revestidas con baldosas de aluminio dispuestas en forma de chevrón.
La conductividad eléctrica del aluminio (37.7 MS/m) lo hace ideal para la transmisión de energía. Los cables Aluminum Conductor Steel Reinforced (ACSR) transportan electricidad entre continentes; el aluminio proporciona la conductividad, mientras que el núcleo de acero aporta resistencia a la tracción. Las líneas de transmisión de alta tensión utilizan aluminio porque su menor peso requiere menos torres de soporte que el cobre.
Los dispositivos electrónicos aprovechan la conductividad térmica del aluminio (205 W/m·K) para disipar el calor. Las carcasas de los MacBook se mecanizan a partir de bloques macizos de aluminio mediante fresado CNC, mientras que los marcos de los teléfonos inteligentes utilizan aleación de aluminio 6013 para el blindaje electromagnético. Los disipadores térmicos LED aprovechan las propiedades térmicas del aluminio para evitar el sobrecalentamiento y prolongar la vida útil de los componentes.
El aluminio forma parte de nuestra vida diaria de innumerables maneras, a menudo invisibles, pero siempre esenciales. Desde que nos despertamos hasta que nos vamos a dormir, los productos de aluminio nos rodean.
Los estadounidenses consumen alrededor de 54 mil millones de latas de aluminio al año, ¡aproximadamente 170 latas por persona. Si se colocaran estas latas una tras otra, darían la vuelta a la Tierra más de 160 veces.
De dónde procede
82300 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 98% of elements
El aluminio es el tercer elemento más abundante en la corteza terrestre y constituye aproximadamente el 8.23 % en peso, lo que lo hace más común que el hierro. A pesar de esta abundancia, el aluminio nunca se encuentra en forma metálica pura en la naturaleza debido a su alta reactividad.
La bauxita contiene entre un 45 y un 60 % de óxido de aluminio (Al₂O₃) y es la principal fuente mundial de aluminio. Existen grandes yacimientos en:
Los minerales que contienen aluminio más abundantes en la corteza terrestre, entre ellos:
Minerales secundarios de aluminio formados por meteorización:
El viaje cósmico del aluminio comenzó en el interior de estrellas masivas mediante la nucleosíntesis estelar. Durante la vida de una estrella, los procesos de combustión del silicio crean aluminio-26 (²⁶Al), un isótopo radiactivo con un periodo de semidesintegración de 720,000 años. Cuando estas estrellas explotan como supernovas, dispersan aluminio por toda la galaxia.
Nuestro sistema solar contiene aluminio procedente de varias generaciones estelares. Los meteoritos, especialmente las condritas carbonáceas, conservan compuestos de aluminio prístinos de la nebulosa solar de hace 4.6 mil millones de años. El meteorito de Allende (caído en 1969) contiene inclusiones ricas en aluminio llamadas CAI (inclusiones ricas en calcio y aluminio), los materiales más antiguos conocidos de nuestro sistema solar.
Aunque el aluminio constituye el 8 % de la corteza terrestre, no desempeña ninguna función biológica esencial conocida. Sin embargo, afecta significativamente al crecimiento de las plantas en suelos ácidos, donde los iones Al³⁺ se vuelven solubles y tóxicos para los sistemas radiculares. Algunas plantas, como el té (Camellia sinensis) y ciertos helechos, han desarrollado mecanismos de tolerancia al aluminio y, de hecho, acumulan el metal en sus tejidos.
Era precámbrica (hace 3.8-0.54 mil millones de años): Concentración inicial de aluminio en la corteza terrestre mediante la diferenciación y la actividad volcánica.
Paleozoico-Mesozoico (hace 540-66 millones de años): Formación de grandes yacimientos de bauxita por la meteorización tropical de rocas ricas en aluminio.
Era cenozoica (hace 66 millones de años hasta el presente): Formación continua de bauxita en regiones tropicales, con la formación de los yacimientos de Australia hace 35-55 millones de años.
Manejo
Aunque el aluminio se considera generalmente seguro para el uso cotidiano, es esencial manipularlo correctamente y conocer los posibles peligros, especialmente en entornos industriales y para las personas con sensibilidades específicas.
OSHA PEL: 15 mg/m³ (polvo total), 5 mg/m³ (fracción respirable)
Riesgo: La inhalación de polvo de aluminio puede causar fibrosis pulmonar («pulmón de aluminio») en trabajadores industriales. La soldadura de aluminio libera vapores de óxido de aluminio que pueden causar fiebre por humos metálicos.
Síntomas: Tos, dificultad para respirar, opresión en el pecho, síntomas similares a los de la gripe
Estado de la investigación: Las pruebas limitadas sugieren que una exposición elevada al aluminio puede contribuir a trastornos neurológicos
Poblaciones en riesgo: Personas con enfermedad renal que no pueden excretar el aluminio de manera eficaz
Precaución: Evite usar utensilios de cocina de aluminio con alimentos ácidos (tomates, cítricos), ya que aumentan la lixiviación del aluminio
Potencial de irritación: Riesgo mínimo por el aluminio sólido; las sales de aluminio pueden causar irritación cutánea
Reacciones alérgicas: Casos poco frecuentes, pero documentados, de alergia al aluminio, especialmente por antitranspirantes
Síntomas: Enrojecimiento, picor, dermatitis de contacto en personas sensibles
Polvo de aluminio: El polvo fino de aluminio es muy combustible y explosivo
Fuentes de ignición: Electricidad estática, chispas, fuentes de calor por encima de 760°C
Extinción de incendios: Use extintores de polvo seco; NUNCA use agua en incendios de aluminio
Almacenamiento: Mantenga el polvo en recipientes sellados y conectados a tierra, lejos de oxidantes
Enjuague inmediatamente con agua limpia durante 15 minutos. Retire las lentes de contacto si puede hacerlo fácilmente. Busque atención médica si la irritación persiste.
Lave la zona afectada con agua y jabón. Retire la ropa contaminada. En caso de cortes causados por aluminio, limpie la herida y aplique un antiséptico.
Trasládese inmediatamente a un lugar con aire fresco. Si se presentan dificultades respiratorias, administre oxígeno y busque atención médica inmediata.
Enjuáguese la boca con agua. NO provoque el vómito. Busque atención médica si se han ingerido grandes cantidades o aparecen síntomas.
• El aluminio es generalmente seguro para los productos de consumo cuando se utiliza según lo previsto
• Los trabajadores industriales deben seguir todas las directrices de OSHA y los protocolos de seguridad de la empresa
• Las personas con enfermedad renal deben consultar a un médico sobre la exposición al aluminio
• Lea siempre las fichas de datos de seguridad (SDS) de compuestos específicos de aluminio
Respuestas rápidas
Aluminio (symbol Al) is element 13 on the periodic table, a metal post-transición in period 3, group 13. Once more precious than gold, now the most-used metal after iron — because someone worked out how to electrolyse it cheaply. At room temperature it is a solid.
[Ne] 3s² 3p¹, giving 3 occupied shells holding 2, 8, 3 electrons respectively. Its outer shell holds 3 electrons, which is what sets its bonding behaviour.Aluminio melts at 933.5 K (660.3 °C) and boils at 2792 K (2518.9 °C).
The standard atomic weight of Aluminio is 26.982 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Aluminio has a density of 2.7 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of aluminio is about 2.7× heavier.
Aluminio has a Pauling electronegativity of 1.61. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Aluminio was discovered in 1825 by Hans Christian Orsted. It is named after latin alumen, "alum".
Aluminio makes up about 8.23% of the Earth's crust — one of the most abundant elements there is.