Al · Elemento 13 · Metal pós-transição
Antes mais precioso que o ouro, hoje o metal mais usado depois do ferro — porque alguém descobriu como eletrolisá-lo de forma barata.
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 rodar. O azul e o violeta indicam 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 atómicas padrão da IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Os valores marcados com ~ são previstos, e não medidos.
Tamanho, em escala
Raio de 143 pm — isso corresponde a 0,143 nm, portanto cerca de 3,5 milhões deles lado a lado cobririam um milímetro.
Faixa térmica
Alumínio permanece líquido em uma faixa de 1859 K, de 933 K a 2792 K.
Onde está localizado
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 a 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 do alumínio acessível e inaugurando a era da aviação. Os aviões voam porque o alumínio é resistente, mas pesa apenas 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 usa apenas 5% da energia necessária para produzir alumínio novo, tornando essa lata de refrigerante infinitamente reciclável.
A história da descoberta do alumínio abrange mais de dois milênios, desde as civilizações antigas até os avanços químicos do século XIX. Esse relato envolve mentes brilhantes, espionagem industrial e a transformação do "metal dos reis" em um material 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 eram usados havia 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 posterior 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 o alumínio puro, Davy deu ao metal hipotético o nome de "aluminum" em 1812, posteriormente alterado para "aluminium" para combinar com os nomes de outros 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 o alumínio, em uma frase célebre, 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 era, 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 remate do Monumento de Washington, concluído em 1884, era feito de 100 onças de alumínio - na época, valia o 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 da 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 fez passar 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. Ambos nasceram em 1863 e morreram em 1914 - uma coincidência notável na história da ciência.
O processo Hall-Héroult reduziu o preço do alumínio de $545 por libra (década de 1850) para $0 por libra (1900) - uma redução de preço de 99,8%. Essa descoberta lançou a indústria moderna do alumínio:
A indústria de alumínio atual produz mais de 65 milhões de toneladas por ano, viabilizando 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 diversos 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 das aeronaves utilizam liga de alumínio 2024 (Al-Cu-Mg) na construção da fuselagem, oferecendo excepcionais relações resistência-peso. O Boeing 787 Dreamliner contém mais de 20% de alumínio em massa, enquanto aviões de combate modernos, como o F-35 Lightning II, usam 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, caixas 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 usa uma estrutura espacial de alumínio, com a liga de alumínio 6061-T6 proporcionando proteção ideal contra impactos 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 distintas da Sydney Opera House são revestidas com telhas de alumínio dispostas 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 usam alumínio porque seu menor peso exige menos torres de sustentação em comparação com o cobre.
Os dispositivos eletrônicos aproveitam a condutividade térmica do alumínio (205 W/m·K) para dissipar calor. As carcaças de MacBook são usinadas a partir de blocos únicos de alumínio usando fresagem CNC, enquanto as estruturas de smartphones usam a liga de alumínio 6013 para blindagem eletromagnética. Dissipadores de calor de LED utilizam as propriedades térmicas do alumínio para evitar o superaquecimento e prolongar a vida útil dos componentes.
O alumínio está presente em nosso dia a dia de inúmeras maneiras, muitas vezes de forma invisível, mas sempre essencial. 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 — 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 da crosta terrestre · mais abundante do que 98% dos elementos
O alumínio é o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre, constituindo aproximadamente 8.23% em massa - o que o torna mais comum que o ferro. Apesar dessa abundância, o alumínio nunca ocorre em 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 o 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 intactos da nebulosa solar de 4.6 bilhões de anos atrás. O meteorito Allende (caído 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 constitua 8% da crosta terrestre, não desempenha nenhum papel biológico essencial conhecido. No entanto, ele 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 Australia 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 os possíveis perigos são essenciais, especialmente em ambientes industriais e para pessoas com sensibilidades específicas.
OSHA PEL: 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 vapores 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 do alumínio
Potencial de irritação: Risco mínimo com alumínio sólido; sais de alumínio podem causar irritação da pele
Reações alérgicas: Casos raros, mas documentados, de alergia ao alumínio, especialmente causada por antitranspirantes
Sintomas: Vermelhidão, coceira, dermatite de contacto 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
Extinção de incêndios: Use extintores de pó químico; NUNCA use água em incêndios de alumínio
Armazenamento: Mantenha o pó em recipientes selados e aterrados, longe de oxidantes
Lave imediatamente com água limpa por 15 minutos. Remova as lentes de contacto se isso puder ser feito 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 ocorrer dificuldade para respirar, administre oxigênio e procure atendimento médico imediato.
Enxágue a boca com água. NÃO induza o vômito. Procure atendimento médico se grandes quantidades tiverem sido ingeridas ou se surgirem sintomas.
• O alumínio é geralmente seguro para produtos de consumo quando usado conforme a finalidade
• 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 (símbolo Al) é o elemento 13 da tabela periódica, um metal pós-transição do período 3, grupo 13. Antes mais precioso que o ouro, hoje o metal mais usado depois do ferro — porque alguém descobriu como eletrolisá-lo de forma barata. À temperatura ambiente, é um sólido.
[Ne] 3s² 3p¹, resultando em 3 camadas ocupadas com a distribuição 2, 8, 3. Sua camada externa contém 3 eletrões, o que determina seu comportamento nas ligações.Alumínio derrete a 933.5 K (660.3 °C) e entra em ebulição a 2792 K (2518.9 °C).
A massa atómica padrão de Alumínio é 26.982 u. Trata-se de uma média ponderada dos seus isótopos que ocorrem naturalmente, por isso raramente é um número inteiro.
Alumínio tem densidade de 2.7 g/cm³. A água tem 1.0 g/cm³, portanto um bloco de Alumínio é aproximadamente 2.7× mais pesado.
Alumínio tem eletronegatividade de Pauling igual a 1.61. A escala vai de 0,70 (frâncio, o menos ávido por eletrões) a 3,98 (flúor, o mais ávido). Valores nessa faixa intermediária tendem a formar ligações covalentes, em vez de ligações fortemente iónicas.
Alumínio foi descoberto em 1825 por Hans Christian Orsted. Recebe esse nome em homenagem a latim alumen, "alúmen".
Alumínio constitui sobre 8.23% da crosta terrestre — é um dos elementos mais abundantes que existem.