História de alumínio, propriedades, estrutura, obtenção, usa

Ele alumínio É um elemento metálico que pertence ao grupo 13 (iii A) da tabela periódica e é representado pelo símbolo do. É um metal leve com baixa densidade e dureza. Após suas propriedades anfotéricas, ele foi classificado por alguns cientistas como um metalóide.

É um metal dúctil e muito maleável, por isso é servido para a fabricação de folhas de alumínio de fios de pouca espessura, além de qualquer tipo de objeto ou figura; Por exemplo, as famosas latas com suas ligas, ou a folha de alumínio com a qual alimentos ou sobremesas são embrulhadas.

Folha de alumínio enrugada, um dos objetos mais simples e diários feitos com este metal. Fonte: pexels.

O homem usou alumínio (um alumínio e potássio hidratado) desde os tempos antigos na medicina, bronzeamento de couro e como mordente para manchas de tecido. Assim, seus minerais sempre foram conhecidos.

No entanto, o alumínio como metal foi isolado muito tarde, em 1825, por Øersted, o que levou a uma atividade científica que permitia o uso industrial do mesmo. Naquele momento, o alumínio era o metal mais mundial, depois de ferro.

O alumínio está principalmente na parte superior da crosta terrestre, constituindo 8% em peso do mesmo. Corresponde ao seu terceiro elemento mais abundante, sendo superado por oxigênio e silício em sua sílica e silicatos minerais.

A bauxita é uma associação de minerais, entre os quais: alumina (óxido de alumínio) e óxidos de ferro metálico, titânio e silício. Representa o principal recurso natural para exploração de mineração de alumínio.

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História

Alúmen

Na Mesopotâmia, 5000 anos para. C., Eles já fizeram cerâmica usando argilas contendo compostos de alumínio. Enquanto isso, 4000, os babilônios e os egípcios usaram alumínio em alguns compostos químicos.

O primeiro documento escrito relacionado à alumínio foi feito por Heródoto, historiador grego, no século V. C. O alumínio [kal (então₄)₂· 12h₂Ou] foi usado como mordente na mancha de tecidos e para proteger a madeira, com a qual as portas dos pontos fortes dos incêndios foram projetados.

Da mesma forma, Plinio "El Viejo" no século I refere -se ao alumen, hoje conhecido como alumínio, como uma substância usada em medicina e mordante.

A partir do século XVI, o ex -aluno foi usado no bronzeado. Era uma substância gelatinosa que deu consistência ao artigo e permitiu seu uso por escrito.

Em 1767, o químico suíço Torbern Bergman alcançou a síntese de alumínio. Para fazer isso, ele aqueceu a Lunita [Kal₃(SW₄)₂(OH)₆] com ácido sulfúrico e depois adicionado à solução.

Reconhecimento em Alumina

Em 1782, o químico francês Antoine Lavoisier disse que a alumina (para₂QUALQUER₃) Era um elemento óxido. Isso tem uma afinidade de oxigênio difícil de separar. Portanto, Lavoisier previu até então a existência de alumínio.

Mais tarde, em 1807, o químico inglês Sir Humphry Davy submeteu a Alumina à eletrólise. No entanto, o método que ele usou gerou uma liga de alumínio com potássio e sódio, para que ele não pudesse isolar o metal.

Davy comentou que a alumina tinha uma base de metal, que inicialmente designou como 'alumínio', baseado na palavra latina 'alumen', um nome usado para o alumínio. Posteriormente, Davy mudou o nome para "alumínio", o nome atual em inglês.

Em 1821, o químico alemão Eilhard Mitcherlich conseguiu descobrir a fórmula correta da alumina:₂QUALQUER₃.

Isolamento

Nesse mesmo ano, o geólogo francês Pierre Berthier descobriu um mineral de alumínio em um depósito de argila avermelhado rochoso na França, na região de Les Baux. Berthier designado mineral como uma bauxita. Atualmente, este mineral é a principal fonte de alumínio.

Em 1825, o químico dinamarquês Hans Christian Øersted produziu uma barra de metal de um suposto alumínio. Ele o descreveu como "um pedaço de metal que em cor e brilho que se parece um pouco com a lata". Ørsted poderia alcançá -lo reduzindo o cloreto de alumínio, Alcl₃, Com um amálgama de potássio.

Pensou -se, no entanto, que o pesquisador não obteve alumínio puro, mas uma liga de alumínio e potássio.

Em 1827, o químico alemão Friedrich Wöehler conseguiu produzir cerca de 30 gramas de material de alumínio. Então, após 18 anos de trabalho de pesquisa, Wöehler em 1845 alcançou a produção de células sanguíneas do tamanho de um capacete, com um brilho acinzentado e acinzentado.

Wöehler até descreveu algumas propriedades de metal, como cor, gravidade específica, ductilidade e estabilidade.

Produção industrial

Em 1855, o químico francês Henri Sainte-Claire Deville melhorou o método Wöehler. Para fazer isso, ele usou a redução de cloreto de alumínio ou cloreto de alumínio de sódio com sódio metálico, usando o crioulo (Na₃Alf₆) como um fluxo.

Isso permitiu a produção industrial de alumínio em Rouen, França, e entre 1855 e 1890, a produção de 200 toneladas de alumínio foi alcançada.

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Em 1886, o engenheiro francês Paul Herult e o estudante americano Charles Hall, criaram independentemente um método para produção de alumínio. O método consiste na redução eletrolítica do óxido de alumínio no crioulo fundido, usando uma corrente contínua.

O método era eficiente, mas tinha o problema de seu alto requisito de eletricidade, que aumentou a produção. Herult resolveu esse problema estabelecendo sua indústria em Neuhausen (Suíça), para aproveitar as cataratas Rin como geradores de eletricidade.

Hall foi instalado inicialmente em Pittsburg (EE.Uu.), Mas então ele mudou sua indústria perto da catarata de Niagara.

Finalmente, em 1889, Karl Joseph Bayer criou um método de produção de alumina. Isso consiste em aquecer a bauxita dentro de um recipiente fechado com uma solução alcalina. Durante o processo de aquecimento, a fração de alumina na solução salina é recuperada.

Propriedades físicas e químicas

Aparência física

Cubo de alumínio metálico. Fonte: Carsten Niehaus [Domínio Público]

Sillyic cinza -gray sólido com brilho metálico (imagem superior). É um metal macio, mas endurece com pequenas quantidades de silício e ferro. Além disso, é caracterizado por ser muito dúctil e maleável, já que as folhas de alumínio de uma espessura podem ser feitas até 4 mícrons.

Peso atômico

26.981 u

Número atômico (Z)

13

Ponto de fusão

660.32 ºC

Ponto de ebulição

2.470 ºC

Densidade

Temperatura ambiente: 2,70 g/ml

Ponto de fusão (líquido): 2.375 g/ml

Sua densidade é consideravelmente baixa em comparação com a de outros metais. Por esse motivo, o alumínio é bastante leve.

Calor de fusão

10,71 KJ/mol

Calor de vaporização

284 KJ/mol

Capacidade calórica molar

24.20 J/(mol · k)

Eletro-negatividade

1.61 na escala Pauling

Energia de ionização

-Primeiro: 577,5 kJ/mol

-Segundo: 1.816,7 kJ/mol

-Terceiro: 2.744,8 KJ/mol/mol

Expansão térmica

23,1 µm/(m · k) a 25 ° C

Condutividade térmica

237 W/(M · K)

O alumínio tem uma condutância térmica três vezes maior que a do aço.

Resistividade elétrica

26,5 Nω · m a 20 ºC

Sua condutância elétrica é um 2/3 do qual o cobre apresenta.

Ordem magnética

Paramagnético

Dureza

2,75 na escala MOHS

Reatividade

O alumínio é resistente à corrosão porque quando a fina camada de óxido é exposta ao ar ao ar₂QUALQUER₃ que é formado em sua superfície, impede a oxidação de continuar dentro do metal.

Em soluções ácidas reagem com água para formar hidrogênio; Enquanto em soluções alcalinas, o íon de aluminato (Al₂^-).

Ácidos diluídos não podem dissolvê -lo, mas na presença de ácido clorídrico concentrado. No entanto, o alumínio é concentrado resistente ao ácido nítrico, embora seja atacado por hidróxidos para produzir hidrogênio e aluminato de íons.

O alumínio por spray é incinerado na presença de oxigênio e dióxido de carbono, para formar óxido de alumínio e carboneto de alumínio. Pode ser corroído pelo cloreto presente em uma solução de cloreto de sódio. Por esse motivo, o uso de alumínio nos tubos não é recomendado.

O alumínio é oxidado por água a temperaturas abaixo de 280 ºC.

2 a (s) +6 h₂O (g) => 2al (OH)₃(s) +3h₂(g)+calor

Estrutura e configuração eletrônica

Alumínio por ser um elemento metálico (com corantes metalóides para alguns), seus átomos interagem entre si graças ao vínculo metálico. Essa força não dirigida é governada por seus elétrons de valência, que são dispersos pelo vidro em todas as suas dimensões.

Esses elétrons de valência são os seguintes, de acordo com a configuração eletrônica do alumínio:

[NE] 3s² 3p¹

Portanto, o alumínio é um metal trivalente, pois possui três elétrons de Valência; dois no orbital 3s e um no 3p. Esses orbitais se sobrepõem para originar os orbitais moleculares 3s e 3p, então juntos eles acabam formando bandas de direção.

A banda S está cheia, enquanto a banda P tem muita vaga para mais elétrons. É por isso que o alumínio é um bom condutor de eletricidade.

A ligação metálica do alumínio, o raio de seus átomos e suas características eletrônicas definem uma FCC (face cúbica cúbica, por seu acrônimo em inglês). Esse cristal da FCC é, aparentemente, o único alumínio conhecido de alumínio, então certamente resiste às altas pressões que operam nele.

Números de oxidação

A configuração eletrônica do alumínio indica imediatamente que é capaz de perder até três elétrons; isto é, tem uma alta tendência de formar o cátion para³⁺. Quando a existência deste cátion é assumida em um composto derivado do alumínio, diz -se que isso possui +3 número de oxidação; Como é bem conhecido, este é o mais comum para o alumínio.

No entanto, existem outros números possíveis de oxidação, embora raros, para este metal; como: -2 (para^2-), -1 (para^-), +1 (para⁺) e +2 (para²⁺).

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No Al₂QUALQUER₃, Por exemplo, o alumínio tem +3 número de oxidação (em₂³⁺QUALQUER₃^2-); enquanto estiver em Ali e Allo, +1 (para⁺F^-) e +2 (para²⁺QUALQUER^2-), respectivamente. No entanto, em condições ou situações normais, a (iii) ou +3 é de longe o número de oxidação mais abundante; Desde, Al³⁺ é isoletrônico a nobro de neon gás.

É por isso que, nos textos escolares, é sempre assumido e, com razão, que o alumínio tem +3 como o único número ou status de oxidação.

Onde está e obtenha

O alumínio está concentrado na faixa externa da crosta terrestre, sendo seu terceiro elemento, superado apenas por oxigênio e silício. O alumínio representa 8% em peso da crosta terrestre.

É encontrado em rochas ígneas, principalmente: aluminossilicatos, feldspatos, feldspatoides e micas. Também em argilas avermelhadas, como tal é o caso da bauxita.

- Bauxitas

Mina de Bauxitas. Fonte: Usuário: Vargaa [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)]

Os bauxitas são uma mistura de minerais que contém alumina e impurezas hidratadas; como óxidos de ferro e titânio e sílica, com as seguintes porcentagens de peso:

-Para o₂QUALQUER₃ 35-60%

-Fé₂QUALQUER₃ 10-30%

-SiO₂ 4-10%

-Tio₂ 2-5%

-H₂O Constituição 12-30%.

A alumina é encontrada na bauxita hidratada com duas variantes:

-Monohidratos (Al₂QUALQUER₃· H₂O), que apresentam duas formas cristalográficas, Boemite e Diásoro

-Tri -hidratos (Al₂QUALQUER₃· 3h₂O), representado pela Gibbsita.

Bauxita é a principal fonte de alumínio e suprimentos a maior parte do alumínio obtido pela exploração de mineração.

- Depósitos de alumínio

De alteração

Principalmente os bauxitas formados por 40-50% de Al₂QUALQUER₃, 20% de fé₂QUALQUER₃ e 3-10% SIO₂.

Hidrotérmico

Alunita.

Magmático

Rochas aluminosas que têm minerais como Sienitas, nefas e anortites (20% de Al₂QUALQUER₃).

Metamórfico

Silicatos de alumínio (Andalucita, Sillimanita e Cianita).

Detrítico

Depósitos de caulina e várias argilas (32% de Al₂QUALQUER₃).

- Exploração de bauxita

A bauxita é explorada em um céu aberto. Uma vez que as pedras ou argilas que o contêm são coletadas, elas são esmagadas e moídas em moinhos de bola e bares, até que você obtenha partículas de 2 mm de diâmetro. Nesses processos, o material tratado permanece umedecido.

Ao obter alumina, o processo criado por Bayer é seguido em 1989. A bauxita terrestre é digerida pela adição de hidróxido de sódio, formando o aluminato de sódio que é solubilizado; Enquanto o ferro, os contaminantes de titânio e silício permanecem em suspensão.

Os poluentes optam e a alumina de trihidratos é precipitada de aluminato de sódio para resfriamento e diluição. Posteriormente, a alumina tri -hidratada é descrita para causar alumina anidro e água.

- Eletrólise de alumina

Para obter alumínio, a alumina é submetida a eletrólise, geralmente seguindo o método criado por Hall-Hrult (1886). O processo consiste em reduzir a alumina derretida em crioulo.

O oxigênio se liga ao ânodo de carbono e é liberado como dióxido de carbono. Enquanto isso, o alumínio liberado é depositado na parte inferior da célula eletrolítica, onde se acumula.

Ligas

As ligas de alumínio geralmente são identificadas com quatro números.

1xxx

O código 1xxx corresponde ao alumínio com 99% de pureza.

2xxx

O código 2xxx corresponde à liga de alumínio com cobre. São ligas fortes que foram usadas em veículos aeroespaciais, mas foram quebrados por corrosão. Essas ligas são conhecidas como duraluminoso.

3xxx

O código 3xxx cobre ligas em que o alumínio de manganês e uma pequena quantidade de magnésio são adicionados. Eles são muito resistentes ao desgaste, usando a liga 3003 na elaboração de utensílios de cozinha e o 3004 em bebidas de bebidas.

4xxx

O código 4xxx representa as ligas em que o silício é adicionado ao alumínio, o que diminui o ponto de fusão do medidor. Esta liga é usada na elaboração de fios de soldagem. 4043 A liga é usada em soldagem de carros e elementos estruturais.

5xxx

O código 5xxx cobre as ligas em que o alumínio é adicionado principalmente.

São ligas fortes e resistentes à corrosão da água do mar, sendo usadas para fazer recipientes de pressão e várias aplicações marinhas. A liga 5182 é usada para fazer as latas de refresco.

6xxx

O código 6xxx abrange as ligas em que o silício e o magnésio para o alumínio são adicionados. Essas ligas são moldáveis, soldáveis ​​e resistentes à corrosão. A liga mais comum desta série é usada em arquitetura, quadros de bicicleta e na elaboração do iPhone 6.

7xxx

O código 7xxx indica às ligas em que o zinco é adicionado ao alumínio. Essas ligas, também chamadas de ergal, são resistentes à quebra e são de grande dureza, usando ligas 7050 e 7075 na construção de aviões.

Riscos

Exposição direta

O contato com alumínio em pó pode causar irritação na pele e nos olhos. Uma exposição alta e prolongada ao alumínio pode causar sintomas semelhantes à gripe, dor de cabeça, febre e calafrios; Além disso, a dor e a opressão peitoral podem ocorrer.

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A exposição à poeira de alumínio fina pode causar cicatrizes pulmonares (fibrose pulmonar), com sintomas de tosse e encurtamento da respiração. A OSHA estabeleceu um limite de 5 mg/m³ Para exposição ao pó de alumínio em um dia de 8 horas diariamente.

O valor da tolerância biológica para a exposição ocupacional ao alumínio foi estabelecida em 50 µg/g de creatinina na urina. Um desempenho decrescente nos testes neuropsicológicos é apresentado quando a concentração de alumínio na urina excede 100 µg/g de creatinina.

Câncer de mama

O alumínio é usado como cloridrato de alumínio em desodorantes antitranspirantes, tendo sido relacionados ao aparecimento de câncer de mama. No entanto, esse relacionamento não foi claramente estabelecido, entre outras coisas, porque a absorção da pele do cloridrato de alumínio é de apenas 0,01%.

Efeitos neurotóxicos

O alumínio é neurotóxico e, em pessoas com exposição ocupacional, está relacionado a doenças neurológicas, que incluem a doença de Alzheimer.

O cérebro dos pacientes de Alzheimer tem uma alta concentração de alumínio; Mas não se sabe se é a causa da doença ou uma conseqüência dela.

A presença de efeitos neurotóxicos em pacientes com diálise foi determinada. Neste procedimento, os sais de alumínio foram utilizados como ligante de fosfato, que produziu concentrações de alumínio altas no sangue (> 100 µg/L de plasma).

Os pacientes afetados tiveram desorientação, problemas de memória e em estágios avançados, demência. A neurotoxicidade de alumínio é explicada porque é difícil eliminar o cérebro e afetar sua operação.

Ingestão de alumínio

O alumínio está presente em vários alimentos, especialmente chá, especiarias e, em geral, vegetais. A Autoridade Europeia de Segurança Alimentar (EFSA) estabeleceu um limite de tolerância para a ingestão de alumínio nos alimentos de 1 mg/kg de peso diário de peso.

Em 2008, a EFSA estimou que a ingestão diária de alumínio em alimentos varia entre 3 e 10 mg por dia, por isso conclui -se que não representa um risco à saúde; bem como o uso de utensílios de alumínio para cozinhar alimentos.

Formulários

- Como metal

Elétrico

O alumínio é um bom condutor elétrico, por isso usa ligas em linhas de transmissão elétricas, motores, geradores, transformadores e capacitores.

Construção

O alumínio é usado na elaboração de portas e janelas, partições, com fio, revestimentos, isoladores térmicos, tetos, etc.

Meios de transporte

O alumínio é usado na fabricação de peças de carro, aviões, caminhões, bicicletas, motocicletas, barcos, naves espaciais, vagões, etc.

Containers

Latas de alumínio para diferentes variedades de alimentos. Fonte: pxhere.

Com latas de alumínio são feitas para bebidas, barris de cerveja, bandejas, etc.

Casa

Colheres de alumínio. Fonte: pexels.

O alumínio serve para fazer utensílios de cozinha: panelas, panelas, pailas e papel de embrulho; Além de móveis, lâmpadas, etc.

Poder reflexivo

O alumínio reflete com eficiência energia radiante; Da luz ultravioleta à radiação infravermelha. O poder reflexivo do alumínio à luz visível é de cerca de 80%, o que permite seu uso como uma tela nas lâmpadas.

Além disso, o alumínio mantém sua característica reflexiva, mesmo na forma de poeira fina, para que possa ser usada na elaboração de tintas de prata.

- Compostos de alumínio

Alumina

É usado para fazer alumínio metálico, isoladores e velas de ignição. Quando a alumina é aquecida, desenvolve uma estrutura porosa que absorve água, usando gases e servindo como assento para a ação de catalisadores de várias reações químicas.

Sulfato de alumínio

É usado na fabricação de papel e como um enchimento de superfície. O sulfato de alumínio serve para formar alumínio e alumínio de potássio [KAL (então₄)₂· 12h₂QUALQUER]. Este é o alumínio mais usado e com inúmeras aplicações; como a fabricação de medicamentos, pinturas e mordente para manchas de tecido.

Cloreto de alumínio

É o catalisador mais usado nas reações de Friedel-Crafts. Estas são reações orgânicas sintéticas usadas na preparação de cetonas aromáticas e antraquinona. O cloreto de alumínio hidratado é usado como um antitranspirante tópico e desodorante.

Hidróxido de alumínio

É usado para impermeabilizar os tecidos e a produção de aluminatos.

Referências

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