Aluminio

ALUMINIO EN LA VIDA DIARIA

Índice: 1.Introducción 2-Propiedades 3.Estructura del sólido inorgánico 4.Métodos de obtención -Porcedo Bayer -Proceso Hall Héroult:  Aplicaciones 5. Aplicaciones -Aluminotermia: -Electricidad y comunicación: -Transporte -Construcción -Envases -Capa protectora de óxido de aluminio: 6.Conclusión 7.Bibliografía

1.Introducción:

El aluminio es el elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Es el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre. Su ligereza,conductividad electrónica, resistencia a la corrosión y bajo punto fusión le convierten en un material idóneo para multitud de aplicaciones,especialmente en aeronáutica; sin embargo, la elevada cantidad de energía necesaria para su obtención dificulta su mayor utilización;dificultad que puede compensarse por su bajo coste de reciclado, su dilatada vida útil y la estabilidad de su precio.

2.Propiedades: El aluminio es un elemento metálico del bloque p de color plateado. Algunas de sus propiedades son similares a la de la mayoría de los metales como la buena conducción térmica y eléctrica, es dúctil y maleable. Sin embargo posee un punto de fusión y una densidad bastante baja para ser un metal,lo cual lo hace bastante ligero, y una resistencia mecánica baja.Además forma una capa de óxido que lo hace muy resistente a la corrosión. El aluminio es un metal no ferromagnético 15  que tiene una buena reflexión de la luz visible. A pesar de que tiene algunas propiedades metálicas un poco reducidas,éstas pueden ser mejoradas si se emplea en aleaciones con otros metales como el cobre,magnesio, zinc, silicio entre otros. -Punto de ebullición: 2792 K -Punto de fusión: 933,47 K (bajo) -Densidad de un sólido: 2,7 g/mL -Electronegatividad: 1,61 -Configuración electrónica: [ Ne ] 3s 2 3p 1 -Radio atómico (pm) : 125 -Conductividad eléctrica: 37,7 106 S/m -Conductividad térmica: 237 W/Kmol -Dureza (Mohs) 2.75 16

3.Estructura del sólido inorgánico:

  El Aluminio es un metal que tiene una estructura cristalina cúbica centrada en las caras

Al(ccc) -Enlace y propiedades. Una visión simple del enlace de un metal como el es Aluminio es el del “mar de electrones”: los electrones de valencia forman un mar de cargas negativas que mantiene firmemente unidos a los átomos. El“mar de electrones” puede desplazarse por lo que los metales son conductores. Además, los metales son maleables (s y dúctiles (se pueden convertir en alambres delgados)

-Estructura. El enlace metálico es poco direccional, lo que explica la tendencia de los átomos de un metal a rodearse del mayor número posible de otros átomos. Por ello, los sólidos metálicos se caracterizan a menudo por tener empaquetamientos compactos, es decir, empaquetamientos en los que los átomos ocupan el volumen total más pequeño, dejando el mínimo espacio vacío.

4.Métodos de obtención: El aluminio es un elemento muy común en la corteza terrestre.Sin embargo durante el siglo XIX era un material muy caro debido a su costosa producción y no fue hasta finales de ese siglo cuando se descubrió un método para poder extraer la alúmina de la bauxita (el proceso Bayer) y un proceso para extraer el aluminio a partir de la alúmina (proceso Hall-Héroult) que facilitaron el incremento de su producción. 15

Proceso Bayer 

Es un proceso químico que consiste en extraer la alúmina a partir de la bauxita mediante la disolución de ésta con hidróxido sódico.

Pasos del proceso Bayer: 1.- Preparación de la bauxita: Primero se extrae la Bauxita ,que es una rocas sedimentaria que está compuesta principalmente de alúmina hidratada y de algunas impurezas comunes como pueden ser el óxido de hierro y sílice ,que se suele encontrar en regiones tropicales. 15 Y después se tritura hasta hacerla polvo para facilitar los siguientes pasos. 2.- Digestión:Se lava la Bauxita con hidróxido sódico a unos 240ºC que disuelve únicamente los compuestos formados por aluminio de la Bauxita produciendo la siguiente reacción: (Al2O3 . H2O + impurezas) + 2 NaOH → 2 NaAlO2 + 2 H2O + lodos rojos 4 3.- Se pasará la disolución por un decantador y un filtro para separar los residuos a los que llaman lodos rojos para lavarlos y poder recuperar la parte de hidróxido sódico que no haya reaccionado. 4.- Precipitación: Se diluye y se enfría para favorecer la precipitación del hidróxido de aluminio 5.- Calcinación: Se introduce el hidróxido de aluminio en un horno a altas temperaturas (900-1200ºC) para obtener finalmente la alúmina.

2 Al(OH)3 → Al2O3(alúmina) + 3 H2O 4

Proceso Hall Héroult

Reciclaje: Otro proceso de obtención del aluminio interesante es el reciclaje. El reciclaje del aluminio es muy rentable debido a que es un material que no pierde sus propiedades durante sus reciclados.. Además este proceso es mucho más barato y mucho menos contaminante que los métodos de extracción mencionados anteriormente. 6 Pasos del reciclaje: 1.- Se recolecta residuos de productos hechos de aluminio ,lo más común son las latas. 2.- Se separa el aluminio de otros residuos sólidos mediante un separador electromagnético. 3.- Se tritura para facilitar el restro del proceso y se lava para quitar restos orgánicos. 4.- Se funde en altos hornos y se moldea para volver a ser utilizado.

5.Aplicaciones: Debido a la baja densidad y sus propiedades metálicas, la mayor parte del aluminio se emplea en construcción en forma de aleaciones para generar aeronaves y vehículos más ligeros y con menor resistencia al aire, pero que, sin embargo, poseen resistencia mecánica y dureza suficiente para que no se rompan. Además, gracias a su alta inocuidad también se utiliza el óxido de aluminio como protector en envases de alimentos ya que no se degrada y no permite el paso de oxígeno. Incluso se puede usar el aluminio en la industria del metal para obtener metales puros 12 .

Aluminotermia: La aluminotermia o termita es un proceso por el que se purifican elementos a través de sus respectivos óxidos utilizando aluminio como reductor, ya que el óxido de aluminio que se produce es más estable en comparación con el de los otros elementos. Dicha estabilidad y su variación frente a la temperatura se puede observar en el diagrama de Ellingham 5 , en el cual un elemento puede reducir al óxido de otro cuya recta quede por encima de la del óxido del elemento reductor. La ventaja del aluminio radica en que su óxido (alúmina,Al 2O3) es muy estable, encontrándose en una de las zonas más bajas del diagrama y además la dependencia de su estabilidad frente a la temperatura proporciona una recta con una pendiente relativamente baja, por lo que es capaz de reducir al Magnesio y Calcio a partir de ciertas temperaturas (aunque los óxidos de dichos elementos inicialmente fueran más estables que la alúmina)*.

*Para la reducción del óxido de calcio se aplican las condiciones de 1200K a vacío, ya que a  partir de 1500K se alcanza el punto de ebullición del CaO y no se podría reducir en forma gaseosa.

Dicho proceso se utiliza mucho en metalurgia, concretamente en la obtención del hierro puro a partir de la magnetita (Fe 3O4) o herrumbre (Fe 2O3)8 .

8 Al(s) + 3 Fe 3O4(s) → 4 Al2O3(s) + 9 Fe(s) 2 Al(s) + Fe 2O3(s) → Al 2O3 + 2 Fe(s)

Una reacción de termita 13

La aluminotermia, requiere una temperatura de iniciación muy elevada en la que normalmente se usan tiras de magnesio (las cuales se encienden como una mecha) o una mezcla de permanganato potásico (KMnO 4) y glicerina (esta mezcla no requiere de una llama para iniciar, y arde espontáneamente produciendo mucho calor) cuya reacción es9: 14 KMnO4 + 4 C3H5(OH)3 → 7 K2CO3 + 7 Mn2O3 + 5 CO2 + 16 H2O + CALOR Una vez alcanzada la temperatura de iniciación, la propia reacción de aluminotermia (al ser fuertemente exotérmica) genera suficiente calor como para mantener la reacción y utilizar el restante para ciertas aplicaciones como reparar y soldar in situ ruedas de ferrocarril en donde la reparación puede tener lugar sin quitar la pieza de su ubicación original, corte rápido o soldadura de rieles sin requerir de equipo pesado, soldaduras en ambientes húmedos (al no requerir oxígeno atmosférico, la

reacción transcurre perfectamente bajo el agua), en pirotecnia según mezcla de elementos genera destellos de distintos colores e incluso se utilizó como granada incendiaria en la segunda guerra mundial (granada de termita).

Sellado de vías14

Electricidad y comunicación: El aluminio ha ido reemplazando con el tiempo al cobre en líneas de alto voltaje a pesar de su menor conductividad debido a que su peso y su precio es considerablemente menor.También se utiliza para antenas de televisores y satélites. 1

Transporte

El aluminio también es un material muy utilizado en la construcción.Se

usa principalmente en estructuras de ventanas y puertas y en cubiertas para grandes superficies ya que es un material muy resistente a la corrosión del agua.

Envases:  El aluminio tiene bastantes aplicaciones en envases, principalmente en envases de alimentos y bebidas como las latas, los tetrabriks, papel de envolver e incluso en las láminas para cerrar yogures. 1 Esto es así debido a que el aluminio es un material que protege los alimentos durante largos periodos de tiempo de la entrada de oxígeno y de la luz, de su gran resistencia a la rotura, al poco espacio que ocupa , su ligereza y a que permite enfriar las bebidas con mayor rapidez por su conductividad térmica. Además el aluminio en este sector es muy fácil de reciclar,por lo que resulta un material bastante barato.

Otras aplicaciones: El aluminio también se utiliza para fabricar utensilios de cocina por su conductividad térmica, en la industria química para fabricar aparatos,tubos o recipientes 1. Además se utiliza en reactores nucleares a temperaturas muy bajas porque absorbe pocos neutrones. 10

Capa protectora de óxido de aluminio

capa que se forma de óxido de aluminio que lo protege,sin embargo, si este recubrimiento fuera eliminado, el aluminio reaccionaría con agua rápidamente desprendiendo hidrógeno. Entre las ventajas del aluminio anodizado están las siguientes: -no necesita mantenimiento -el anodizado no se afecta por la luz solar y por tanto no se deteriora -aumenta la dureza superficial, siendo resistente a la abrasión y al desgaste -la capa superficial del anodizado es más duradera que las capas obtenidas por pinturas. El óxido de aluminio tiene varias estructuras tales como ∝-alúmina que es la forma más estable. Presenta un red hexagonal compacta de aniones O -2 con Al+3 en 2/3 de los huecos octaédricos. La ∝-alúmina se denomina Corindón. Por otra parte, también tenemos la γ-alúmina que es otra de las estructuras del óxido de aluminio. Sin embargo ésta es menos estable, se transforma en la forma ∝  por calentamiento, γ tienen una forma policristalina metaestable con estructura de espinela inversa. En las siguientes figuras podemos observar dichas estructural 3

α-Al2O3 (corindón) Propiedades

γ-Al2O3 (espinela)

6.Conclusiones: Es importante destacar el Aluminio, como uno de los metales más importantes para uso doméstico, el cual parece que no se ve a simple vista y, sin embargo, se encuentra presente en la mayoría de aleaciones que componen los aparatos que usamos diariamente. Tal es nuestra dependencia que incluso se podría considerar el consumo general de aluminio como un indicador para medir el desarrollo y avance de un país. Cabe destacar que, aunque sea un metal muy abundante, no es fácil de producir, requiere mucha energía para reducirlo y genera grandes cantidades de contaminantes como los lodos rojos y CO 2, por lo que necesario concienciar a la población para que recicle los distintos derivados de aluminio. Por último comentar que el aspecto químico más interesante que posee el aluminio es la formación del óxido, el cual se puede utilizar como material aislante de materia y además tiene propiedades refractarias, por lo que se podrían hacer recipientes con gran resistencia térmica.

7.Bibliografía: 1: Asociación para el reciclado del aluminio:Usos y propiedades del aluminio[Internet]. Madrid;2013 [cited 2013 28 mar].Available from: http://aluminio.org/?p=821

2: Atkins, P. W.Shriver & Atkins.química inorgánica.México : McGraw-Hill, 2008. 3: A.F. Wells.Química inorgánica estructural.reverte.sa.Dr.Gregorio Lopez Lopez 4: D. Fernández.Materiales Wikispaces:Proceso Bayer;Mar 26, 2008[cited 28 Mar 2013]. Available from: https://www.google.es/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&cad=rja&ved=0C

DcQFjAB&url=http%3A%2F%2Fmateriales.wikispaces.com%2Ffile%2Fview%2FProces o%2BBayer.doc&ei=ilxUUYaWHrCV7AaF_YDIAQ&usg=AFQjCNH4EJMef8U5W2dTuIo 9dW4i0cviRg&sig2=zq2jszogN_og4D4H0_9rDg&bvm=bv.44342787,d.ZGU

5: Gran Enciclopèdia Catalana [internet]. Diagrama d’Ellingham© fototeca.cat [fecha actualización:2012-09-06]. Disponible en: http://www.enciclopedia.cat/enciclop%C3%A8dies/gran-enciclop%C3%A8dia-catalana/ EC-GEC-0228731.xml#.UVRT5RzZjPY

6: Inforeciclaje:Reciclaje del aluminio[internet].[cited 2013 28 mar].Available from:http://www.inforeciclaje.com/reciclaje-aluminio.php

7: Ingemecanica [internet]. Tutorial Nº 110 «Propiedades mecánico-químicas del aluminio». Disponible en: http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn110.html

8: L. L. Wang, Z. A. Munir and Y. M. Maximov (1993). «Thermite reactions: their utilization in the synthesis and processing of materials». Journal of Materials Science 28 (14): pp. 3693-3708.

9: Quimicefa [internet]. Reacción del permanganato con la glicerina. Disponible en: http://www.quimicefa.com/143/recaccion-del-permanganato-con-glicerina.html

10:  Quiminet:Aluminio,propiedades y características[ internet]; 2006 [cited 28 mar 2013].Available from: http://www.quiminet.com/articulos/aluminio-propiedades-y-caracteristicas-2715201.htm

11:   Ralph S. Becker,Wayne E. Wentworth.Química general: reverté.sa.Universidad Houston.

12:  Salinas Martínez De Lecea, Concepción. Tema 5. Elementos del grupo 13. [documento didáctico]. Alicante: Universidad de Alicante; 2011.

13:  Schuyler S. A thermite reaction. [fotografía]. Wikipedia. 3 March 2006. Disponible en: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/97/Thermite_skillet.jpg

14:  Skatebiker. Thermite reaction proceeding. [fotografía]. Wikipedia. 26 February 2007. Disponible en: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/82/Velp-thermitewelding-1.jpg

15:  Wikipedia:Aluminio[internet]. 26 Mar 2013 [cited 28 Mar 2013].Available from: http://es.wikipedia.org/wiki/Alumini o

16:  Winter.M.WebElement:Aluminium.[Internet].The university of Sheffield;2003-2010 [cited 28 mar 2013].Available from: http://www.webelements.com/aluminium/