ALUMINIO

Elemento químico metálico, de símbolo Al, número atómico 13, peso atómico 26.9815, que pertenece al grupo IIIA del sistema periódico. El aluminio puro es blando y tiene poca resistencia mecánica, pero puede formar aleaciones con otros elementos para aumentar su resistencia y adquirir varias propiedades útiles. Las aleaciones de aluminio son ligeras, fuertes, y de fácil formación para muchos procesos de metalistería; son fáciles de ensamblar, fundir o maquinar y aceptan gran variedad de acabados. Por sus propiedades físicas, químicas y metalúrgicas, el aluminio se ha convertido en el metal no ferroso de mayor uso.

El aluminio es el elemento metálico más abundante en la Tierra y en la Luna, pero nunca se encuentra en forma libre en la naturaleza. Se halla ampliamente distribuido en las plantas y en casi todas las rocas, sobre todo en las ígneas, que contienen aluminio en forma de minerales de alúmino silicato. Cuando estos minerales se disuelven, según las condiciones químicas, es posible precipitar el aluminio en forma de arcillas minerales, hidróxidos de aluminio o ambos. En esas condiciones se forman las bauxitas que sirven de materia prima fundamental en la producción de aluminio.

El aluminio es un metal plateado con una densidad de 2.70 g/cm3 a 20ºC (1.56 oz/in3 a 68ºF). El que existe en la naturaleza consta de un solo isótopo, 27

13Al. El aluminio cristaliza en una estructura cúbica centrada en las caras, con lados de longitud de 4.0495 angstroms. (0.40495 nanómetros). El aluminio se conoce por su alta conductividad eléctrica y térmica, lo mismo que por su gran reflectividad.

La configuración electrónica del elemento es 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1. El aluminio muestra una valencia de 3+ en todos sus compuestos, exceptuadas unas cuantas especies monovalentes y divalentes gaseosas a altas temperaturas.

El aluminio es estable al aire y resistente a la corrosión por el agua de mar, a muchas soluciones acuosas y otros agentes químicos. Esto se debe a la protección del metal por una capa impenetrable de óxido. A una pureza superior al 99.95%, resiste el ataque de la mayor parte de los ácidos, pero se disuelve en agua regia. Su capa de óxido se disuelve en soluciones alcalinas y la corrosión es rápida.

El aluminio es anfótero y puede reaccionar con ácidos minerales para formar sales solubles con desprendimiento de hidrógeno.

El aluminio fundido puede tener reacciones explosivas con agua. El metal fundido no debe entrar en contacto con herramientas ni con contenedores húmedos.

A temperaturas altas, reduce muchos compuestos que contienen oxígeno, sobre todo los óxidos metálicos. Estas reacciones se aprovechan en la manufactura de ciertos metales y aleaciones.

Su aplicación en la construcción representa el mercado más grande de la industria del aluminio. Millares de casas emplean el aluminio en puertas, cerraduras, ventanas, pantallas, boquillas y canales de desagüe. El aluminio es también uno de los productos más importantes en la construcción industrial. El transporte constituye el segundo gran mercado. Muchos aviones comerciales y militares están hechos casi en su totalidad de aluminio. En los automóviles, el aluminio aparece en interiores y exteriores como molduras, parrillas, llantas (rines), acondicionadores de aire, transmisiones automáticas y algunos radiadores, bloques de motor y paneles de carrocería. Se encuentra también en carrocerías, transporte rápido sobre rieles, ruedas formadas para camiones, vagones, contenedores de carga y señales de carretera, división de carriles y alumbrado. En la industria aeroespacial, el aluminio también se encuentra en motores de aeroplanos, estructuras, cubiertas y trenes de aterrizaje e interiores; a menudo cerca de 80% del peso del avión es de aluminio. La industria de empaques para alimentos es un mercado en crecimiento rápido.

En las aplicaciones eléctricas, los alambres y cables de aluminio son los productos principales. Se encuentra en el hogar en forma de utensilios de cocina, papel de aluminio, herramientas, aparatos portátiles, acondicionadores de aire, congeladores, refrigeradores, y en equipo deportivo como esquíes y raquetas de tenis.

Existen cientos de aplicaciones químicas del aluminio y sus compuestos. El aluminio en polvo se usa en pinturas, combustible para cohetes y explosivos y como reductor químico.

APLICACIÓN

Ya sea considerando la cantidad o el valor del metal empleado, su uso excede al del cualquier otro exceptuando el acero, y es un material importante en multitud de actividades económicas.

El aluminio puro es blando y frágil, pero sus aleaciones con pequeñas cantidades de cobre, manganeso, silicio, magnesio y otros elementos presentan una gran variedad de características adecuadas a las más diversas aplicaciones. Estas aleaciones constituyen el componente principal de multitud de componentes de los aviones y cohetes, en los que el peso es un factor crítico.

Cuando se evapora aluminio en el vacío, forma un revestimiento que refleja tanto la luz visible como la infrarroja; además la capa de óxido que se forma impide el deterioro del recubrimiento, por esta razón se ha empleado para revestir los espejos de telescopios, en sustitución de la plata.

Dada su gran reactividad química, finamente pulverizado se usa como combustible sólido de cohetes y para aumentar la potencia de explosión, como ánodo de sacrificio y en procesos de aluminotermia (termita) para la obtención de metales.

Otros usos del aluminio son:

Transporte, como material estructural en aviones, automóviles, tanques, superestructuras de buques, blindajes, etc.

Estructuras portantes de aluminio en edificios

Embalaje; papel de aluminio, latas, tetrabriks, etc.

Construcción; ventanas, puertas, perfiles estructurales, etc.

Bienes de uso; utensilios de cocina, herramientas, etc.

Transmisión eléctrica. Aunque su conductividad eléctrica es tan sólo el 60% de la del cobre, su mayor ligereza disminuye el peso de los conductores y permite una mayor separación de las torres de alta tensión, disminuyendo los costes de la infraestructura.

Recipientes criogénicos (hasta -200 ºC, ya que no presenta temperatura de transición (dúctil a frágil) como el acero, así la tenacidad del material es mejor a bajas temperaturas, calderería.

Las sales de aluminio de los ácidos grasos (p. ej. el estearato de aluminio) forman parte de la formulación del NAPALM.

Los hidruros complejos de aluminio son reductores valiosos en síntesis orgánica.

Los haluros de aluminio tienen características de ácido Lewis y son utilizados como tales como catalizadores o reactivos auxiliares.

Los aluminosilicatos son una clase importante de minerales. Forman parte de las arcillas y son la base de muchas cerámicas.

Aditivos de óxido de aluminio o aluminosilicatos a vidrios varían las características térmicas, mecánicas y ópticas de los vidrios.

El corundo (Al2O3) es utilizado como abrasivo. Unas variantes (rubí, zafiro) se utilizan en la joyería como piedras preciosas.

ABUNDANCIA Y OBTENCIÓN

Aunque el aluminio es un material muy abundante en la corteza terrestre (8,1%) raramente se encuentra libre. Sus aplicaciones industriales son relativamente recientes, produciéndose a escala industrial desde finales del siglo XIX. Cuando fue descubierto se encontró que era extremadamente difícil su separación de las rocas de las que formaba parte, por lo que durante un tiempo fue considerado un metal precioso, más caro que el oro; sin embargo, con las mejoras de los procesos los precios bajaron continuamente hasta colapsarse en 1889 tras descubrirse un método sencillo de extracción del metal. Actualmente, uno de los factores que estimula su uso es la estabilidad de su precio.

Las primeras síntesis del metal se basaron en la reducción del cloruro de aluminio con potasio elemental. En 1859 Henri Sainte-Claire Deville publicó dos mejoras al proceso de obtención al sustituir el potasio por sodio y el cloruro simple por doble; posteriormente, la invención del proceso Hall-Héroult en 1886 abarató el proceso de extracción del aluminio a partir del mineral, lo que permitió, junto con el proceso Bayer del mismo año, que se extendiera su uso hasta hacerse común en multitud de aplicaciones.

La recuperación del metal a partir de la chatarra (reciclado) era una práctica conocida desde principios del siglo XX. Es, sin embargo, a partir de los 60 cuando se generaliza, más por razones medioambientales que estrictamente económicas.

El proceso ordinario de obtención del metal consta de dos etapas, la obtención de alúmina por el proceso Bayer a partir de la bauxita, y posterior electrólisis del óxido para obtener el aluminio.

La elevada reactividad del aluminio impide extraerlo de la alúmina mediante reducción, siendo necesaria la electrólisis del óxido, lo que exige a su vez que éste se encuentre en estado líquido. No obstante, la alúmina tiene un punto de fusión de 2000 ºC, excesivamente alta para acometer el proceso de forma económica por lo que era disuelta en criolita fundida, lo que disminuía la temperatura hasta los

1000ºC. Actualmente, la criolita se sustituye cada vez más por la ciolita un fluoruro artificial de aluminio, sodio y calcio.

Efectos del Aluminio sobre la saludEl Aluminio es uno de los metales más ampliamente usados y también uno de los más frecuentemente encontrados en los compuestos de la corteza terrestre. Debido a este hecho, el aluminio es comúnmente conocido como un compuesto inocente. Pero todavía, cuando uno es expuesto a altas concentraciones, este puede causar problemas de salud. La forma soluble en agua del Aluminio causa efectos perjudiciales, estas partículas son llamadas iones. Son usualmente encontradas en soluciones de Aluminio combinadas con otros iones, por ejemplo cloruro de Aluminio.

La toma de Alumino puede tener lugar a través de la comida, respirarlo y por contacto en la piel. La toma de concentraciones significantes de Aluminio puede causar un efecto serio en la salud como:

Daño al sistema nervioso central

Demencia

Pérdida de la memoria

Apatía

Temblores severos

El Aluminio es un riesgo para ciertos ambientes de trabajo, como son las minas, donde se puede encontrar en el agua. La gente que trabaja en fábricas donde el Aluminio es aplicado durante el proceso de producción puede aumentar los problemas de pulmón cuando ellos respiran el polvo de Aluminio. El Aluminio puede causar problemas en los riñones de los pacientes, cuando entra en el cuerpo durante el proceso de diálisis.

Efectos ambientales del Aluminio Los efectos del Aluminio han atraído nuestra atención, mayormente debido a los problemas de acidificación. El Aluminio puede acumularse en las plantas y causar problemas de salud a animales que consumen esas plantas. Las concentraciones de Aluminio parecen ser muy altas en lagos acidificados. En estos lagos un número de peces y anfibios están disminuyendo debido a las reacciones de los iones de Aluminio con las proteínas de las agallas de los peces y los embriones de las ranas.

Elevadas concentraciones de Aluminio no sólo causan efectos sobre los peces, pero también sobre los pájaros y otros animales que consumen peces contaminados e insectos y sobre animales que respiran el Aluminio a través del aire.

Las consecuencias para los pájaros que consumen peces contaminados es que la cáscara de los huevos es más fina y los pollitos nacen con bajo peso. Las consecuencias para los animales que respiran el Aluminio a través del aire son problemas de pulmones, pérdida de peso y declinación de la actividad. Otro efecto negativo en el ambiente del Aluminio es que estos iones pueden reaccionar con los fosfatos, los cuales causan que el fosfato no esté disponible para los organismos acuáticos.

Altas concentraciones de Aluminio no sólo pueden ser encontrados en lagos ácidos y aire, también en aguas subterráneas y suelos ácidos. Hay fuertes indicadores de que el Aluminio puede dañar las raíces de los árboles cuando estas están localizadas en las aguas subterráneas.

PROPIEDADES

Propiedad ValorNúmero atómico 13Valencia 3Estado de oxidación +3Electronegatividad 1,5Radio covalente (Å) 1,18Radio iónico (Å) 0,50Radio atómico (Å) 1,43Configuración electrónica [Ne]3s23p1

Primer potencial de ionización (eV) 6,00Masa atómica (g/mol) 26,9815Densidad (g/ml) 2,70Punto de ebullición (ºC) 2450Punto de fusión (ºC) 660Descubridor Hans Christian Oersted en 1825

Símbolo químico AlNúmero atómico 13Grupo 13Periodo 3Aspecto plateadoBloque pDensidad 2698.4 kg/m3Masa atómica 26.9815386 uRadio medio 125 pmRadio atómico 118Radio covalente 118 pmConfiguración electrónica [Ne]3s23p1Electrones por capa 2, 8, 3Estados de oxidación 3Óxido anfóteroEstructura cristalina cúbica centrada en las carasEstado sólidoPunto de fusión 933.47 KPunto de ebullición 2792 KCalor de fusión 10.79 kJ/molPresión de vapor 2,42 × 10-6Pa a 577 KVolumen molar 10,00×10-6m3/molElectronegatividad 1,61Calor específico 900 J/(K·kg)Conductividad eléctrica 37,7 × 106S/mConductividad térmica 237 W/(K·m)

MAQUINABILIDAD DE ALEACIONES DE ALUMINIO

Según el tipo de aleación, los materiales de aluminio son fáciles o difíciles de mecanizar: desde las aleaciones para tornos automáticos de fácil corte hasta el aluminio puro - problemático en cuanto a su maquinabilidad, se encuentran todos los grados de dificultad.

1 – Fácil de Mecanizar.

5 – Difícil de Mecanizar.

La maquinabilidad puede ser definida como la suma de los problemas que el material presenta en el mecanizado por arranque de virutas. Para su evaluación existen cuatro parámetros principales:

o Fuerzas de corte

o Duración de la herramienta

o Calidad superficial

o Formación de viruta

FUERZAS DE CORTE

Para mecanizar el aluminio se necesita sólo un 30 % de la fuerza de corte de materiales de acero. La influencia del material de la pieza sobre la fuerza de corte se expresa por la fuerza de corte específica Ks1.1. Su magnitud varía con el ángulo de desprendimiento. Un aumento de dicho ángulo de un grado significa una reducción de la fuerza de aproximadamente 1,5 %.

Características importantes de las plaquitas PLANSEE TIZIT:

Ángulo de desprendimiento > 25° Filo de corte vivo y sin mellas Superficie de desprendimiento sumamente pulida

Referencias

http://elementos.org.es/aluminio