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.
Struttura
Non è un diagramma di punti su anelli, ma un campionamento Monte Carlo della densità di probabilità effettiva |ψ|² per ogni sottolivello occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il viola indicano segni opposti della funzione d'onda, rendendo possibile il legame.
Valori misurati
Ogni barra mostra dove si colloca alluminio tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.
Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati da ~ sono predetti anziché misurati.
Dimensioni, in scala
Radius 143 pm — that is 0.143 nm, so about 3497 million of them side by side would span a millimetre.
Intervallo termico
Alluminio is liquid over a 1859 K window, from 933 K to 2792 K.
La storia
L'alluminio è il metallo miracoloso passato da prezioso a onnipresente in soli 100 anni. Un tempo più prezioso dell'oro (Napoleone III serviva le posate d'alluminio ai suoi ospiti più illustri, mentre quelli di rango inferiore ricevevano posate d'oro), oggi questo metallo leggero è così comune che lo gettiamo via. Il Monumento a Washington è sormontato da una cima in alluminio: nel 1884 era il metallo più costoso della Terra. Il processo Hall-Héroult cambiò tutto nel 1886, rendendo conveniente l'estrazione dell'alluminio e dando inizio all'era dell'aviazione. Gli aerei volano perché l'alluminio è resistente, ma pesa un terzo rispetto all'acciaio. Il vostro antitraspirante contiene alluminio per bloccare le ghiandole sudoripare, mentre il foglio di alluminio in cucina riflette il 95% della radiazione infrarossa. Riciclare l'alluminio richiede solo il 5% dell'energia necessaria per produrne di nuovo, rendendo quella lattina di bibita riciclabile all'infinito.
La storia della scoperta dell'Alluminio si estende per oltre due millenni, dalle civiltà antiche alle svolte della chimica del XIX secolo. Questa storia coinvolge menti brillanti, spionaggio industriale e la trasformazione del "metallo dei re" in un materiale di uso quotidiano.
La storia inizia nell'antica Roma intorno al 400 a.C., dove la parola "alumen" indicava sali astringenti usati per la tintura e la concia. Il naturalista romano Plinio il Vecchio (23-79 d.C.) documentò le proprietà dell'allume nella sua enciclopedia "Naturalis Historia", descrivendo inconsapevolmente composti dell'Alluminio utilizzati da secoli.
Nel 1761, il chimico francese Louis-Bernard Guyton de Morveau propose che l'allume contenesse un metallo allora sconosciuto, coniando il termine "alumine" per quello che oggi chiamiamo ossido di Alluminio. Questo preparò il terreno per l'isolamento definitivo del metallo.
Il chimico britannico Sir Humphry Davy (1778-1829) tentò per primo di isolare l'Alluminio mediante elettrolisi nel 1807. Utilizzando la sua batteria elettrica appena inventata, Davy riuscì a isolare Potassio e Sodio, ma incontrò difficoltà a causa dell'elevato punto di fusione dell'ossido di Alluminio (2,072°C). Sebbene non riuscisse a isolare l'Alluminio puro, nel 1812 Davy chiamò il metallo ipotetico "aluminum", successivamente modificato in "aluminium" per uniformarlo agli altri nomi degli elementi terminanti in "-ium."
Il fisico e chimico danese Hans Christian Ørsted (1777-1851) ottenne il primo isolamento dell'Alluminio il August 29, 1825. Utilizzando un amalgama di Potassio per ridurre il cloruro di Alluminio, Ørsted produsse minuscole goccioline metalliche. Il suo metodo prevedeva di riscaldare il cloruro di Alluminio con Potassio in un tubo chiuso, creando i primi campioni conosciuti di Alluminio metallico.
Il chimico tedesco Friedrich Wöhler (1800-1882) migliorò il metodo di Ørsted, utilizzando Potassio metallico invece dell'amalgama. Il July 21, 1827, Wöhler produsse polvere di Alluminio e piccole gocce, diventando il primo a osservare le proprietà fondamentali dell'Alluminio: leggerezza, resistenza all'ossidazione e lucentezza metallica. Descrisse notoriamente l'Alluminio come avente "il colore e la lucentezza dello Stagno."
Il chimico francese Henri Étienne Sainte-Claire Deville (1818-1881) rivoluzionò la produzione dell'Alluminio nel 1854. Il suo metodo di riduzione chimica basato sul Sodio rese l'Alluminio commercialmente disponibile per la prima volta. L'imperatore Napoleone III di Francia finanziò le ricerche di Deville, immaginando armature e attrezzature in Alluminio per il suo esercito.
Durante quest'epoca, l'Alluminio era più prezioso dell'Oro. Napoleone III mostrava posate d'Alluminio durante le cene di Stato, riservandole agli ospiti più illustri mentre gli altri usavano utensili d'Oro. La cuspide del Washington Monument, completata nel 1884, era realizzata con 100 once di Alluminio - allora del valore dello stipendio annuale di un lavoratore.
Due giovani chimici brillanti scoprirono indipendentemente il processo elettrolitico che rese l'Alluminio accessibile a tutti:
All'età di 22 anni, mentre lavorava nella legnaia della sua famiglia a Oberlin, Ohio, Hall scoprì l'elettrolisi dell'Alluminio il February 23, 1886. Utilizzando le padelle di Ferro della sorella Julia e una batteria elettrica fatta in casa, Hall sciolse l'ossido di Alluminio nella criolite fusa e vi fece passare corrente elettrica, producendo gocce di Alluminio puro.
Anch'egli all'età di 22 anni, Héroult fece la stessa scoperta appena due mesi dopo, il April 9, 1886. Lavorando nella conceria del padre a Gentilly, in Francia, Héroult sviluppò indipendentemente lo stesso identico processo. Entrambi gli uomini nacquero nel 1863 e morirono nel 1914 - una notevole coincidenza nella storia della scienza.
Il processo Hall-Héroult ridusse il prezzo dell'Alluminio da $545 per libbra (1850s) a $0.68 per libbra (1900) - una riduzione del prezzo del 99.8%. Questa svolta diede avvio all'industria moderna dell'Alluminio:
Oggi l'industria dell'Alluminio produce oltre 65 milioni di tonnellate all'anno, rendendo possibili l'aviazione moderna, l'esplorazione spaziale e imballaggi sostenibili. Il processo Hall-Héroult, rimasto sostanzialmente invariato dal 1886, è ancora alla base della produzione mondiale di Alluminio: una testimonianza della genialità di due chimici di 22 anni che trasformarono la civiltà.
Applicazioni
La combinazione unica di leggerezza, resistenza e resistenza alla corrosione dell'alluminio lo rende indispensabile in numerosi settori. Con una densità di soli 2.7 g/cm³, circa un terzo di quella dell'acciaio, l'alluminio ha rivoluzionato i trasporti e l'edilizia.
L'industria aerospaziale consuma quasi il 20% della produzione mondiale di alluminio. Le strutture degli aeromobili utilizzano la lega di alluminio 2024 (Al-Cu-Mg) per la costruzione delle fusoliere, offrendo un eccezionale rapporto resistenza-peso. Il Boeing 787 Dreamliner contiene oltre il 20% di alluminio in peso, mentre i moderni caccia come l'F-35 Lightning II utilizzano leghe avanzate di alluminio-litio, che sono 10% più leggere e 15% più rigide delle leghe di alluminio tradizionali.
I veicoli moderni incorporano l'alluminio nei blocchi motore, nelle scatole del cambio e nei pannelli della carrozzeria. La Ford F-150 (2015+) presenta una carrozzeria interamente in alluminio che ha ridotto il peso di 700 pounds, migliorando l'efficienza dei consumi del 20%. La Tesla Model S utilizza una struttura spaziale in alluminio, con la lega di alluminio 6061-T6 che offre una protezione ottimale dagli urti mantenendo l'integrità strutturale.
Le applicazioni architettoniche dell'alluminio includono facciate continue, telai di finestre e sistemi di copertura. Il processo di anodizzazione crea uno strato protettivo di ossido spesso fino a 25 micrometri, offrendo una resistenza superiore agli agenti atmosferici. Il Burj Khalifa di Dubai utilizza oltre 1,500 tonnellate di alluminio nel sistema della facciata, mentre i caratteristici gusci della Sydney Opera House sono rivestiti con piastrelle di alluminio disposte a motivo chevron.
La conducibilità elettrica dell'alluminio (37.7 MS/m) lo rende ideale per la trasmissione dell'energia. I cavi Aluminum Conductor Steel Reinforced (ACSR) trasportano l'elettricità attraverso i continenti: l'alluminio garantisce la conducibilità, mentre l'anima d'acciaio aggiunge resistenza alla trazione. Le linee di trasmissione ad alta tensione utilizzano l'alluminio perché il suo peso ridotto richiede meno torri di sostegno rispetto al rame.
I dispositivi elettronici sfruttano la conducibilità termica dell'alluminio (205 W/m·K) per dissipare il calore. Gli involucri dei MacBook sono lavorati a partire da singoli blocchi di alluminio mediante fresatura CNC, mentre i telai degli smartphone utilizzano la lega di alluminio 6013 per la schermatura elettromagnetica. I dissipatori di calore a LED sfruttano le proprietà termiche dell'alluminio per prevenire il surriscaldamento e prolungare la durata dei componenti.
L'alluminio entra nella nostra vita quotidiana in innumerevoli modi, spesso invisibili ma sempre essenziali. Dal momento in cui ci svegliamo fino a quando andiamo a dormire, i prodotti in alluminio ci circondano.
Gli americani consumano circa 54 miliardi di lattine di alluminio all'anno: sono circa 170 lattine per persona. Se queste lattine fossero disposte una dopo l'altra, circonderebbero la Terra più di 160 volte.
Da dove proviene
82300 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 98% of elements
L'alluminio è il terzo elemento più abbondante nella crosta terrestre e ne costituisce circa l'8,23% in peso, risultando così più comune del ferro. Nonostante questa abbondanza, in natura l'alluminio non si presenta mai in forma metallica pura a causa della sua elevata reattività.
La bauxite contiene il 45-60% di ossido di alluminio (Al₂O₃) ed è la principale fonte mondiale di alluminio. Esistono importanti giacimenti in:
Sono i minerali contenenti alluminio più abbondanti nella crosta terrestre, tra cui:
Minerali secondari dell'alluminio formati dall'alterazione:
Il viaggio cosmico dell'alluminio è iniziato nel cuore delle stelle massicce attraverso la nucleosintesi stellare. Durante la vita di una stella, i processi di combustione del silicio producono alluminio-26 (²⁶Al), un isotopo radioattivo con un tempo di dimezzamento di 720.000 anni. Quando queste stelle esplodono come supernove, disperdono l'alluminio in tutta la galassia.
Il nostro sistema solare contiene alluminio proveniente da molteplici generazioni stellari. I meteoriti, in particolare le condriti carbonacee, conservano composti di alluminio incontaminati provenienti dalla nebulosa solare di 4,6 miliardi di anni fa. Il meteorite di Allende (caduto nel 1969) contiene inclusioni ricche di alluminio chiamate CAI (inclusioni ricche di calcio e alluminio), i materiali più antichi conosciuti nel nostro sistema solare.
Sebbene l'alluminio costituisca l'8% della crosta terrestre, non svolge alcun ruolo biologico essenziale noto. Tuttavia, influisce significativamente sulla crescita delle piante nei suoli acidi, dove gli ioni Al³⁺ diventano solubili e tossici per gli apparati radicali. Alcune piante, come il tè (Camellia sinensis) e alcune felci, hanno sviluppato meccanismi di tolleranza all'alluminio, accumulando effettivamente il metallo nei propri tessuti.
Era precambriana (3,8-0,54 miliardi di anni fa): Concentrazione iniziale dell'alluminio nella crosta terrestre attraverso la differenziazione e l'attività vulcanica.
Paleozoico-Mesozoico (540-66 milioni di anni fa): Formazione dei principali giacimenti di bauxite attraverso l'alterazione tropicale di rocce ricche di alluminio.
Era cenozoica (da 66 milioni di anni fa a oggi): Prosecuzione della formazione della bauxite nelle regioni tropicali, con la formazione dei giacimenti australiani 35-55 milioni di anni fa.
Manipolazione
Sebbene l'alluminio sia generalmente considerato sicuro per l'uso quotidiano, una corretta manipolazione e la consapevolezza dei potenziali rischi sono essenziali, soprattutto negli ambienti industriali e per le persone con sensibilità specifiche.
OSHA PEL: 15 mg/m³ (polvere totale), 5 mg/m³ (frazione respirabile)
Rischio: L'inalazione di polvere di alluminio può causare fibrosi polmonare («polmone da alluminio») nei lavoratori industriali. La saldatura dell'alluminio libera fumi di ossido di alluminio che possono causare la febbre da fumi metallici.
Sintomi: Tosse, difficoltà respiratoria, senso di costrizione toracica, sintomi simili a quelli influenzali
Stato della ricerca: Dati limitati suggeriscono che un'elevata esposizione all'alluminio possa contribuire a disturbi neurologici
Popolazioni a rischio: Persone affette da malattie renali che non riescono a espellere efficacemente l'alluminio
Precauzione: Evitate di usare pentole in alluminio con alimenti acidi (pomodori, agrumi), che aumentano la lisciviazione dell'alluminio
Potenziale irritante: Rischio minimo dovuto all'alluminio solido; i sali di alluminio possono causare irritazione cutanea
Reazioni allergiche: Casi rari ma documentati di allergia all'alluminio, soprattutto causati dagli antitraspiranti
Sintomi: Arrossamento, prurito, dermatite da contatto nelle persone sensibili
Polvere di alluminio: La polvere fine di alluminio è altamente combustibile ed esplosiva
Fonti di ignizione: Elettricità statica, scintille, fonti di calore superiori a 760°C
Estinzione degli incendi: Usate estintori a polvere secca; NON usate mai acqua sugli incendi di alluminio
Conservazione: Conservate la polvere in contenitori sigillati e collegati a terra, lontano dagli ossidanti
Lavate immediatamente con acqua pulita per 15 minuti. Rimuovete le lenti a contatto se facilmente estraibili. Consultate un medico se l'irritazione persiste.
Lavate l'area interessata con acqua e sapone. Rimuovete gli indumenti contaminati. In caso di tagli causati dall'alluminio, pulite la ferita e applicate un antisettico.
Spostatevi immediatamente all'aria aperta. Se si verificano difficoltà respiratorie, somministrate ossigeno e consultate immediatamente un medico.
Sciacquate la bocca con acqua. NON provocate il vomito. Consultate un medico se sono state ingerite grandi quantità o se compaiono sintomi.
• L'alluminio è generalmente sicuro nei prodotti di consumo se utilizzato secondo le istruzioni
• I lavoratori industriali devono seguire tutte le linee guida OSHA e i protocolli di sicurezza aziendali
• Le persone affette da malattie renali devono consultare un medico riguardo all'esposizione all'alluminio
• Leggete sempre le schede di dati di sicurezza dei prodotti (SDS) per i composti specifici dell'alluminio
Risposte rapide
Alluminio (symbol Al) is element 13 on the periodic table, a metallo post-transizione 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.Alluminio melts at 933.5 K (660.3 °C) and boils at 2792 K (2518.9 °C).
The standard atomic weight of Alluminio is 26.982 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Alluminio has a density of 2.7 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of alluminio is about 2.7× heavier.
Alluminio 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.
Alluminio was discovered in 1825 by Hans Christian Orsted. It is named after latin alumen, "alum".
Alluminio makes up about 8.23% of the Earth's crust — one of the most abundant elements there is.