Al · Elemento 13 · Metal post-transición
Antes más precioso que el oro, ahora el metal más utilizado después del hierro, porque alguien descubrió cómo electrolizarlo a bajo costo.
Estructura
No es un diagrama de puntos sobre anillos — es una muestra de Monte Carlo de la densidad de probabilidad real |ψ|² de cada subcapa ocupada. Arrastra para girar. El azul y el violeta indican signos opuestos de la función de onda, lo que permite la formación de enlaces.
Valores medidos
Cada barra muestra dónde se sitúa aluminio entre los 118 elementos según 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
Radio de 143 pm: es decir, 0,143 nm, por lo que aproximadamente 3,5 millones de ellos, uno al lado del otro, abarcarían un milímetro.
Intervalo térmico
Aluminio es líquido en un intervalo de 1859 K, desde 933 K hasta 2792 K.
Dónde se encuentra
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 distinguidos con cubiertos de aluminio, mientras que los invitados de menor rango recibían cubiertos de oro); hoy, este metal ligero es tan común que lo desechamos. 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, aun así, 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 utiliza solo el 5% de la energía necesaria para producir aluminio nuevo, lo que hace que esa lata de refresco sea infinitamente reciclable.
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 de uso cotidiano.
La historia comienza en la antigua Roma alrededor del 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 aislamiento posterior 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 de «aluminum» en 1812, que más tarde cambió a «aluminium» para ajustarlo a otros nombres de 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 bolitas, y se convirtió en el primero en observar las propiedades clave 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 utilizando sodio hizo que el aluminio fuera viable comercialmente por primera vez. El emperador Napoleón III de Francia financió las investigaciones 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, cuyo valor equivalía entonces al 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 tenería 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, lo que permite la aviación moderna, la exploración espacial y los envases sostenibles. El proceso Hall-Héroult, esencialmente 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 una relación resistencia-peso excepcional. El Boeing 787 Dreamliner contiene más del 20% de aluminio en masa, mientras que los aviones de combate modernos, como el F-35 Lightning II, utilizan avanzadas aleaciones de aluminio y 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, y la aleación de aluminio 6061-T6 proporciona una protección óptima en caso de choque mientras 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 la intemperie. 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 un patrón de chevrón.
La conductividad eléctrica del aluminio (37.7 MS/m) lo hace ideal para la transmisión de energía. Los cables de aluminio reforzado con acero (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 en comparación con 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 únicos de aluminio mediante fresado CNC, mientras que los marcos de los teléfonos inteligentes utilizan la aleación de aluminio 6013 para el blindaje electromagnético. Los disipadores térmicos de LED aprovechan las propiedades térmicas del aluminio para evitar el sobrecalentamiento y prolongar la vida útil de los componentes.
El aluminio está presente en nuestra vida diaria de innumerables formas, a menudo de manera invisible, pero siempre esencial. Desde que nos despertamos hasta que nos vamos a dormir, los productos de aluminio nos rodean.
Los estadounidenses consumen aproximadamente 54 mil millones de latas de aluminio al año: ¡eso equivale a unas 170 latas por persona. Si se colocaran estas latas una tras otra, podrían rodear la Tierra más de 160 veces.
De dónde procede
82300 mg/kg de la corteza terrestre · más abundante que el 98 % de los elementos
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:
Son 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 múltiples 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 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 llegan a acumular el metal en sus tejidos.
Era precámbrica (3.8-0.54 mil millones de años atrás): Concentración inicial de aluminio en la corteza terrestre mediante diferenciación y actividad volcánica.
Paleozoico-Mesozoico (540-66 millones de años atrás): Formación de grandes yacimientos de bauxita mediante la meteorización tropical de rocas ricas en aluminio.
Era cenozoica (desde hace 66 millones de años hasta el presente): Formación continua de bauxita en regiones tropicales, cuyos yacimientos australianos se formaron 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 en personas con sensibilidades específicas.
PEL de OSHA: 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 del aluminio libera humos 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: Hay pruebas limitadas que sugieren que una exposición elevada al aluminio puede contribuir a trastornos neurológicos
Personas en riesgo: Personas con enfermedad renal que no pueden excretar eficazmente el aluminio
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 con el aluminio sólido; las sales de aluminio pueden causar irritación cutánea
Reacciones alérgicas: Casos poco frecuentes, pero documentados, de alergia al aluminio, especialmente por el uso de antitranspirantes
Síntomas: Enrojecimiento, picazón, dermatitis de contacto en personas sensibles
Polvo de aluminio: El polvo fino de aluminio es altamente combustible y explosivo
Fuentes de ignición: Electricidad estática, chispas, fuentes de calor superiores a 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, alejados de agentes 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. Quítese 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 (símbolo Al) es el elemento 13 de la tabla periódica, un metal post-transición del periodo 3, grupo 13. Antes más precioso que el oro, ahora el metal más utilizado después del hierro, porque alguien descubrió cómo electrolizarlo a bajo costo. A temperatura ambiente es un sólido.
[Ne] 3s² 3p¹, con 3 capas ocupadas y la distribución 2, 8, 3. Su capa externa contiene 3 electrones, lo que determina su comportamiento en los enlaces.Aluminio se funde a 933.5 K (660.3 °C) y hierve a 2792 K (2518.9 °C).
La masa atómica estándar de Aluminio es 26.982 u. Es un promedio ponderado de sus isótopos naturales, por lo que rara vez es un número entero.
Aluminio tiene una densidad de 2.7 g/cm³. El agua tiene una densidad de 1.0 g/cm³, por lo que un bloque de Aluminio es aproximadamente 2.7 veces más pesado.
Aluminio tiene una electronegatividad de Pauling de 1.61. La escala va de 0.70 (francio, el que menos atrae a los electrones) a 3.98 (flúor, el que más). Los valores de esta franja intermedia tienden a formar enlaces covalentes en lugar de enlaces fuertemente iónicos.
Aluminio fue descubierto en 1825 por Hans Christian Orsted. Recibe su nombre de latín alumen, «alumbre».
Aluminio constituye aproximadamente el 8.23% de la corteza terrestre; es uno de los elementos más abundantes que existen.