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.
Estrutura
Não é um diagrama de pontos em anéis — é uma amostra de Monte Carlo da densidade de probabilidade real |ψ|² para cada subcamada ocupada. Arraste para girar. Azul e violeta marcam sinais opostos da função de onda, o que torna possível a ligação química.
Valores medidos
Cada barra mostra onde alumínio se situa entre todos os 118 elementos para essa propriedade.
Fontes: massas atômicas padrão da IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Os valores marcados com ~ são previstos, não medidos.
Tamanho, em escala
Radius 143 pm — that is 0.143 nm, so about 3497 million of them side by side would span a millimetre.
Faixa térmica
Alumínio is liquid over a 1859 K window, from 933 K to 2792 K.
A história
O alumínio é o metal milagroso que passou de precioso a onipresente em apenas 100 anos. Antes mais valioso que o Ouro (Napoleão III servia seus convidados mais ilustres com talheres de alumínio, enquanto os convidados menos importantes recebiam talheres de Ouro), esse metal leve agora é tão comum que o jogamos fora. O Monumento de Washington é encimado por alumínio — em 1884, ele era o metal mais caro da Terra. O processo Hall-Héroult mudou tudo em 1886, tornando a extração de alumínio acessível e inaugurando a era da aviação. Os aviões voam porque o alumínio é resistente, mas pesa um terço do aço. Seu antitranspirante contém alumínio para bloquear as glândulas sudoríparas, enquanto o papel-alumínio da sua cozinha reflete 95% da radiação infravermelha. Reciclar alumínio utiliza apenas 5% da energia necessária para produzir alumínio novo, tornando essa lata de refrigerante infinitamente reciclável.
A história da descoberta do alumínio se estende por mais de dois milênios, desde as civilizações antigas até as descobertas químicas do século XIX. Esse relato envolve mentes brilhantes, espionagem industrial e a transformação do "metal dos reis" em material de uso cotidiano.
A história começa na Roma antiga por volta de 400 a.C., onde a palavra "alumen" descrevia sais adstringentes usados para tingimento e curtimento. O naturalista romano Plínio, o Velho (23-79 d.C.) documentou as propriedades do alúmen em sua enciclopédia "Naturalis Historia", descrevendo sem saber compostos de alumínio que haviam sido usados por séculos.
Em 1761, o químico francês Louis-Bernard Guyton de Morveau propôs que o alúmen continha um metal então desconhecido, criando o termo "alumine" para o que hoje chamamos de óxido de alumínio. Isso preparou o caminho para o isolamento definitivo do metal.
O químico britânico Sir Humphry Davy (1778-1829) tentou pela primeira vez isolar o alumínio por eletrólise em 1807. Usando sua bateria elétrica recém-inventada, Davy isolou com sucesso o potássio e o sódio, mas enfrentou dificuldades com o alto ponto de fusão do óxido de alumínio (2,072°C). Embora não tenha conseguido isolar alumínio puro, Davy deu ao metal hipotético o nome de "aluminum" em 1812, posteriormente alterado para "aluminium" para acompanhar outros nomes de elementos terminados em "-ium".
O físico e químico dinamarquês Hans Christian Ørsted (1777-1851) realizou o primeiro isolamento do alumínio em 29 de agosto de 1825. Usando amálgama de potássio para reduzir o cloreto de alumínio, Ørsted produziu minúsculas gotículas metálicas. Seu método envolvia aquecer cloreto de alumínio com potássio em um tubo fechado, criando as primeiras amostras conhecidas de alumínio metálico.
O químico alemão Friedrich Wöhler (1800-1882) aprimorou o método de Ørsted, usando potássio metálico em vez de amálgama. Em 21 de julho de 1827, Wöhler produziu pó de alumínio e pequenas esferas, tornando-se o primeiro a observar as principais propriedades do alumínio: leveza, resistência à oxidação e brilho metálico. Ele descreveu célebremente o alumínio como tendo "a cor e o brilho do estanho".
O químico francês Henri Étienne Sainte-Claire Deville (1818-1881) revolucionou a produção de alumínio em 1854. Seu método de redução química usando sódio tornou o alumínio comercialmente viável pela primeira vez. O imperador Napoleão III da França financiou a pesquisa de Deville, imaginando armaduras e equipamentos de alumínio para seu exército.
Durante essa época, o alumínio era mais valioso que o ouro. Napoleão III exibia talheres de alumínio em jantares oficiais, reservando-os aos convidados mais ilustres, enquanto os demais usavam utensílios de ouro. O bloco de coroamento do Monumento de Washington, concluído em 1884, era feito de 100 onças de alumínio — então valiosas o equivalente ao salário anual de um trabalhador.
Dois jovens químicos brilhantes descobriram de forma independente o processo eletrolítico que democratizou o alumínio:
Aos 22 anos, trabalhando no galpão de madeira de sua família em Oberlin, Ohio, Hall descobriu a eletrólise do alumínio em 23 de fevereiro de 1886. Usando as frigideiras de ferro de sua irmã Julia e uma bateria elétrica caseira, Hall dissolveu óxido de alumínio em criolita fundida e passou corrente elétrica por ela, produzindo gotículas de alumínio puro.
Também aos 22 anos, Héroult fez a mesma descoberta apenas dois meses depois, em 9 de abril de 1886. Trabalhando no curtume de seu pai em Gentilly, França, Héroult desenvolveu de forma independente o mesmo processo. Os dois homens nasceram em 1863 e morreram em 1914 — uma coincidência extraordinária na história da ciência.
O processo Hall-Héroult reduziu o preço do alumínio de $545 por libra (década de 1850) para $0.68 por libra (1900) — uma redução de preço de 99.8%. Essa descoberta lançou a moderna indústria do alumínio:
A indústria do alumínio produz hoje mais de 65 milhões de toneladas por ano, possibilitando a aviação moderna, a exploração espacial e embalagens sustentáveis. O processo Hall-Héroult, essencialmente inalterado desde 1886, continua sendo a base da produção de alumínio em todo o mundo — um testemunho da genialidade de dois químicos de 22 anos que transformaram a civilização.
Aplicações
A combinação única de leveza, resistência e resistência à corrosão do alumínio o torna indispensável em vários setores. Com uma densidade de apenas 2.7 g/cm³ — cerca de um terço da do aço — o alumínio revolucionou os transportes e a construção.
A indústria aeroespacial consome quase 20% da produção mundial de alumínio. As estruturas de aeronaves utilizam a liga de alumínio 2024 (Al-Cu-Mg) na construção da fuselagem, oferecendo relações excepcionais entre resistência e peso. O Boeing 787 Dreamliner contém mais de 20% de alumínio em massa, enquanto caças modernos como o F-35 Lightning II utilizam ligas avançadas de alumínio-lítio que são 10% mais leves e 15% mais rígidas que as ligas de alumínio convencionais.
Os veículos modernos incorporam alumínio em blocos de motor, carcaças de transmissão e painéis da carroceria. O Ford F-150 (2015+) apresenta uma carroceria totalmente de alumínio que reduziu o peso em 700 libras, melhorando a eficiência de combustível em 20%. O Tesla Model S utiliza uma estrutura espacial de alumínio, com a liga de alumínio 6061-T6 proporcionando proteção ideal contra colisões e mantendo a integridade estrutural.
As aplicações arquitetônicas do alumínio incluem fachadas-cortina, esquadrias de janelas e sistemas de cobertura. O processo de anodização cria uma camada protetora de óxido de até 25 micrômetros de espessura, oferecendo resistência superior às intempéries. O Burj Khalifa, em Dubai, utiliza mais de 1,500 toneladas de alumínio em seu sistema de fachada, enquanto as conchas características da Sydney Opera House são revestidas com placas de alumínio em padrão chevron.
A condutividade elétrica do alumínio (37.7 MS/m) o torna ideal para a transmissão de energia. Os cabos Aluminum Conductor Steel Reinforced (ACSR) transportam eletricidade entre continentes, com o alumínio fornecendo condutividade enquanto o núcleo de aço acrescenta resistência à tração. As linhas de transmissão de alta tensão utilizam alumínio porque seu peso menor exige menos torres de suporte em comparação com o cobre.
Os dispositivos eletrônicos aproveitam a condutividade térmica do alumínio (205 W/m·K) para dissipar o calor. As carcaças dos MacBook são usinadas a partir de blocos únicos de alumínio usando fresagem CNC, enquanto as estruturas de smartphones utilizam a liga de alumínio 6013 para blindagem eletromagnética. Os dissipadores de calor de LED utilizam as propriedades térmicas do alumínio para evitar o superaquecimento e prolongar a vida útil dos componentes.
O alumínio faz parte do nosso dia a dia de inúmeras maneiras, muitas vezes invisíveis, mas sempre essenciais. Desde o momento em que acordamos até a hora de dormir, produtos de alumínio nos cercam.
Os americanos consomem cerca de 54 bilhões de latas de alumínio por ano - isso corresponde a aproximadamente 170 latas por pessoa. Se essas latas fossem colocadas de ponta a ponta, dariam mais de 160 voltas ao redor da Terra.
De onde vem
82300 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 98% of elements
O alumínio é o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre, correspondendo a aproximadamente 8.23% em massa - tornando-o mais comum que o ferro. Apesar dessa abundância, o alumínio nunca ocorre na forma metálica pura na natureza devido à sua alta reatividade.
A bauxita contém 45-60% de óxido de alumínio (Al₂O₃) e é a principal fonte mundial de alumínio. Existem grandes depósitos em:
Os minerais que contêm alumínio mais abundantes na crosta terrestre, incluindo:
Minerais secundários de alumínio formados pelo intemperismo:
A jornada cósmica do alumínio começou no interior de estrelas massivas por meio da nucleossíntese estelar. Durante a vida de uma estrela, processos de queima do silício criam alumínio-26 (²⁶Al), um isótopo radioativo com meia-vida de 720,000 anos. Quando essas estrelas explodem como supernovas, espalham alumínio por toda a galáxia.
Nosso sistema solar contém alumínio proveniente de várias gerações estelares. Meteoritos, especialmente os condritos carbonáceos, preservam compostos de alumínio primitivos da nebulosa solar de 4.6 bilhões de anos atrás. O meteorito Allende (que caiu em 1969) contém inclusões ricas em alumínio chamadas CAIs (inclusões ricas em cálcio e alumínio) - os materiais mais antigos conhecidos em nosso sistema solar.
Embora o alumínio corresponda a 8% da crosta terrestre, não desempenha nenhuma função biológica essencial conhecida. No entanto, afeta significativamente o crescimento das plantas em solos ácidos, onde os íons Al³⁺ se tornam solúveis e tóxicos para os sistemas radiculares. Algumas plantas, como o chá (Camellia sinensis) e certas samambaias, desenvolveram mecanismos de tolerância ao alumínio, acumulando de fato o metal em seus tecidos.
Era Pré-Cambriana (3.8-0.54 bilhões de anos atrás): Concentração inicial de alumínio na crosta terrestre por meio da diferenciação e da atividade vulcânica.
Paleozoico-Mesozoico (540-66 milhões de anos atrás): Formação dos principais depósitos de bauxita por meio do intemperismo tropical de rochas ricas em alumínio.
Era Cenozoica (66 milhões de anos atrás-presente): Formação contínua de bauxita em regiões tropicais, com os depósitos da Austrália formando-se há 35-55 milhões de anos.
Manuseio
Embora o alumínio seja geralmente considerado seguro para o uso cotidiano, o manuseio adequado e a conscientização sobre possíveis riscos são essenciais, especialmente em ambientes industriais e para pessoas com sensibilidades específicas.
PEL da OSHA: 15 mg/m³ (poeira total), 5 mg/m³ (fração respirável)
Risco: A inalação de poeira de alumínio pode causar fibrose pulmonar ("pulmão de alumínio") em trabalhadores industriais. A soldagem de alumínio libera fumos de óxido de alumínio que podem causar febre dos fumos metálicos.
Sintomas: Tosse, falta de ar, aperto no peito, sintomas semelhantes aos da gripe
Status das pesquisas: Evidências limitadas sugerem que a alta exposição ao alumínio pode contribuir para distúrbios neurológicos
Populações em risco: Pessoas com doença renal que não conseguem excretar o alumínio de forma eficaz
Precaução: Evite usar utensílios de alumínio com alimentos ácidos (tomates, frutas cítricas), que aumentam a lixiviação de alumínio
Potencial de irritação: Risco mínimo com alumínio sólido; sais de alumínio podem causar irritação na pele
Reações alérgicas: Casos raros, mas documentados, de alergia ao alumínio, especialmente causada por antitranspirantes
Sintomas: Vermelhidão, coceira, dermatite de contato em pessoas sensíveis
Pó de alumínio: A poeira fina de alumínio é altamente combustível e explosiva
Fontes de ignição: Eletricidade estática, faíscas, fontes de calor acima de 760°C
Combate a incêndios: Use extintores de pó químico; NUNCA use água em incêndios de alumínio
Armazenamento: Mantenha o pó em recipientes selados e aterrados, longe de agentes oxidantes
Lave imediatamente com água limpa por 15 minutos. Remova as lentes de contato se puderem ser retiradas facilmente. Procure atendimento médico se a irritação persistir.
Lave a área afetada com água e sabão. Remova as roupas contaminadas. Em caso de cortes causados por alumínio, limpe o ferimento e aplique antisséptico.
Vá imediatamente para um local com ar fresco. Se ocorrerem dificuldades respiratórias, administre oxigênio e procure atendimento médico imediato.
Enxágue a boca com água. NÃO provoque o vômito. Procure atendimento médico se grandes quantidades forem ingeridas ou se surgirem sintomas.
• O alumínio é geralmente seguro para produtos de consumo quando usado conforme a finalidade prevista
• Trabalhadores industriais devem seguir todas as diretrizes da OSHA e os protocolos de segurança da empresa
• Pessoas com doença renal devem consultar médicos sobre a exposição ao alumínio
• Sempre leia as fichas de dados de segurança (SDS) de compostos específicos de alumínio
Respostas rápidas
Alumínio (symbol Al) is element 13 on the periodic table, a metal pós-transição 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.Alumínio melts at 933.5 K (660.3 °C) and boils at 2792 K (2518.9 °C).
The standard atomic weight of Alumínio is 26.982 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Alumínio has a density of 2.7 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of alumínio is about 2.7× heavier.
Alumínio 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.
Alumínio was discovered in 1825 by Hans Christian Orsted. It is named after latin alumen, "alum".
Alumínio makes up about 8.23% of the Earth's crust — one of the most abundant elements there is.