Aluminio I. Química. QUÍM.

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Química

Aunque este elemento químico (v.) es el tercero en abundancia en la corteza terrestre (7,5% en peso; v. METALURGIA), no se aisló hasta 1827 por Wühler, ya que, como metal activo, se encuentra en la naturaleza en forma de compuestos muy estables. Tanto estos compuestos, como las sales u óxidos de este elemento preparados a partir de aquéllos, requirieron, directa o indirectamente, la enérgica reducción electrolítica para liberar el metal.

Estado natural y obtención. Algunas piedras preciosas son óxido de Al puro (corindón) o ligeramente impurificado con otros metales (zafiro, impurificado con cromo; rubí con titanio); otras son silicatos más o menos complejos de este metal (esmeralda, aguamarina, lapislázuli, granate). Naturalmente, estas piedras no justificarían la gran abundancia de este elemento en la corteza, pero sí lo hacen las arcillas (aluminosilicatos), de las que es un constituyente fundamental, aunque, por ahora, tampoco son materia prima idónea para su obtención, ya que no es ni fácil ni económico llegar, a partir de ellas, al A1203, que es el compuesto adecuado porque se disuelve en criolita fundida (fluoaluminato sódico, F6AINa3), y de esta disolución se puede depositar electrolíticamente el Al como descubrieron Hall y Héroult en 1886, sin que se descomponga el disolvente. Se opera a una diferencia de potencial de 6 V, con una densidad de corriente de 0,8 A/cm2 y a una temperatura de 960° C, consumiéndose aprox. 27 Kwh. por Kg. de Al producido.

En Francia, EE. UU., Hungría, Ghana y Guayanas principalmente se encuentra un mineral, la bauxita (v.), que es el óxido hidratado A1203 . 21120, pero impuro, y que, previa purificación por vía química, disolviéndole bajo presión en sosa cáustica caliente, formando aluminato, filtrando la disolución para separar las impurezas (Fe(OH)3 y Si02), y sembrando la solución fría con Al(OH)3, se llega al hidróxido puro Al(OH)3. Éste, secado a 1.100° C, proporciona el A1203 del 99,5% del que, disuelto en criolita, se obtiene un Al del 99,6%. Por afino, también electrolítico, aunque en una cuba distinta, se llega al Al del 99,99% (v. ELECTRÓLISIS).

ALUMINIO

Símbolo ..... ... ... ... ... Al Número atómico ... ... ... ... 13 Radio atómico ... ... ... ... ...1,248 A

Peso atómico... ... ... ... ...26,98 Volumen atómico ... ... ... ... 9,99 Isótopos estables ... ... ... ... ...27

Isótopos radiactivos ... ... ... ...24, 25, 26, 28, 29

Configuración electrónica ..(Ne)3s23pl

Valencia (estados de oxidación).+ 3 Electronegatividad ... ... ... ... 1,5 Estado físico ... ... ... ... ... ...Sólido

Color ... ..... ... ... ... ...Blanco argentino Sistema cristalino ... ... ... ... Cúbico

Densidad ... ..... ... ... ... ...2,70 g/cm3 a 20° C

Punto de fusión ... ... ... ... ...659,8’ C

Punto de ebullición ... ... ... ...2.270° C

Calor de fusión ..... ... ...2,55 Kcallátomog

Calor de vaporización ... ... ...67,9 Kcal/átomog

Calor específico ... ... ... ... ...0,215 cal/g °C

Descubrimiento .... ... ... ...WShler (1828)

Minerales principales ... ... ... Corindón (Á1203); bauxita (A120.3.21120); criolita (F6ÁINa3); Feldespatos, micas y arcillas.

Propiedades. Por su pequeña densidad (2,70 gr/cm3), el Al inauguró el inmenso campo de los metales y aleaciones ligeras. Es dúctil y maleable. Su conductividad eléctrica es, aproximadamente, el 60% de la del cobre (v.), pero para una misma longitud y peso es mejor conductor que éste.

La propiedad química más notable es su gran reactividad. En polvo, forma mezclas explosivas con el aire. En su forma habitual (chapas, perfiles, etc.) se recubre rápidamente, en condiciones ordinarias, de una capa de óxido (A1203) que, aunque delgada, por su coherencia y estabilidad química protege al metal de posterior ataque. Por eso la superficie reflectante de los espejos es hoy de Al (depositado por evaporación en vacío), y por eso también, en muchos casos, las chapas de sus aleaciones (duraluminio, p. ej.) se protegen con una lámina muy delgada de Al puro (planchas Alclad). La compacidad de esta película de óxido es tan grande que producida, por oxidación anódica, en varios espesores sobre láminas de Al, constituye un dieléctrico (v.) válido para una gama de diferencias de potencial, según el espesor de la película.

Este óxido es, sin embargo, anfótero, es decir, se disuelve tanto en disoluciones fuertemente ácidas como básicas:

A1203 + 61130+ __> Al+++ + 9 H2O A1203+2 OH+3 H2O > 2 Al(OH)4

El Al es atacado también por los ácidos y las bases porque, como metal activo es, fuertemente reductor y desprende, en estas reacciones, hidrógeno libre:

2 AI+6 H30+ 3 2 Al++++3112fi+6 H30 2A1+2011+6H2O > 2Al(OH)4+3113fi

No reacciona, sin embargo, con el ácido nítrico concentrado, probablemente porque el enérgico carácter oxidante de este ácido determina una pasivación del metal por formación de una película de óxido particularmente coherente y compacta. El hidróxido de Al (Al(OH)3) precipita en forma gelatinosa y de color blanco cuando se agrega hidróxido amónico a una disolución de una sal de Al, de la que, considerando que el ion Al+++ está hidratado, precipitará en forma del correspondiente hidrato del hidróxido:

Al(H20)6+++ + 3 OH ~ Al(OH)3 (H20)3 + 3 H2O

El hidróxido alumínico adsorbe los colorantes orgánicos, propiedad que se aprovecha empleándole como mordiente sobre fibras, para teñirlas, y en la tinción del Al anodizado (v. COLORANTES Y TINTES). En la purificación de afilas ?s utiliza su calidad coloidal para fijar las impurezas. Como metal trivalente forma alumbres, sulfatos dobles de un metal trivalente y uno monovalente, con 24 moléculas de H2O de cristalización

((S04)3M2Iu . S04M2I . 24 H20).

Por su carácter reductor enérgico, el Al se emplea para obtener ciertos metales, a partir de sus óxidos. El proceso se llama aluminotermia.

3 Fe303+8 Al ~ 4 A1203+9 Fe Cr203+Al ~ 2 A1203+2 Cr

El fraguado del cemento portland (v. SILICATOS), aunque no puede enunciarse con una ecuación simple, sí puede decirse que consiste, fundamentalmente, en la hidratación e hidrólisis subsiguiente del aluminato cálcico: (A103)2Ca2+6 H2O2 Ca(OH)2 +Al(OH)3

Aplicaciones. Gran parte de las propiedades de los metales mejoran en las aleaciones (v.). El Al no es una excepción y aleándole mejora su relativamente poca resistencia mecánica, su gran coeficiente de expansión y su gran contracción al solidificar que le confieren malas características para el moldeo. Casi todos los elementos que se le agregan (aleantes) tienen por objeto modificar esas propiedades, y evitar sus inconvenientes. Estos elementos son el Cu, Si, Mg, Zn, y, en casos especiales, Ni, Fe, Mn Ti y Cr, en pequeñas cantidades.

La aleación AlCu, con 4% de Cu, 1 % de Mg, y 1 % de Mn, conocida como duraluminio, es susceptible de tratamiento térmico que comprende: a) disolución de la fase CuAl2 en la matriz de Al; b) temple desde la temperatura de disolución, y c) revenido con endurecimiento, por precipitación de la citada fase en forma muy fina y dispersa. Con ello puede llegarse a quintuplicar la resistencia mecánica del Al puro. La importancia económica de reducir el peso de los vehículos de transporte en general, conservando la resistencia de sus estructuras, es evidente si se piensa que, en el transporte aéreo, p. ej., suponiendo ocho años de vida activa a un avión, cada Kg. de peso reducido supone una economía de 400.000 pts. aprox.

El Si mejora las características de muchos metales para el moldeo; el Al es uno de ellos. Aumenta su fluidez en estado líquido; reduce la temperatura de fusión, la contracción al solidificar y la tendencia a la fragilidad en

caliente, conservando baja la densidad, y mejorando la resistencia a la abrasión. También el Mg es un buen elemento de aleación para el Al ya que, reduciendo aún más su ya baja densidad, aumenta a la vez su resistencia, tanto mecánica como a la corrosión. La adición de NIg a las aleaciones de Al y Zn, cuya importancia comercial declinó por varias razones, ha devuelto a éstas, en la forma ternaria AlZnMg, mucha de su anterior importancia. El endurecimiento de éstas, p. ej., al tratarlas térmicamente, es debido a la dispersión de la fase MgZn2 en la matriz de Al. El empleo de las aleaciones de base Al se extiende y aumenta cada día: En arquitectura se consume, probablemente, el 30% de la producción; un automóvil normal lleva ya, aproximadamente, 40 Kg. de Al. No será fácil encontrar en otros metales y aleaciones la combinación de resistencia, ligereza, versatilidad y precio que ofrecen el Al y sus aleaciones.

V. t.: METALES; METALURGIA; ALEACIONES.

FELIPE A. CALVO.

BIBL.: E. JIMENO y F. R. MoRRAL, Metalurgia general: Extractiva, Física, Mecánica y Química, Madrid 1955; J. A. BABOR y J. IBARz, Química General Moderna, 6 ed., Barcelona 1958; E. C. PORTER, Electrochemistry: Principles and Applications, Londres 1966; W. F. LÜDER, R. A. SHEPARD, A. A. VERNON y S. ZUFFANTI, Química General, Madrid 1966; A. H. CorrBELL, An Introduction to Metallurgy, Londres 1968; E. R. PETTY, Physical Metallurgy of Engineering Materials, Londres 1968.