Tabela periódica

Alumínio (Al)

Howard Birdsong Compilado a partir de fontes primárias IUPAC, NIST e PubChem

O alumínio é o elemento 13, de símbolo Al, configuração eletrónica [Ne] 3s² 3p¹ e massa atómica padrão 26,9815384 u. Representa cerca de 8 % da crosta terrestre em massa, mais do que qualquer outro metal, e não existe livre na natureza.

Por que custava mais do que o ouro?

O alumínio é o terceiro elemento mais abundante da crosta terrestre, a seguir ao oxigénio e ao silício, e o primeiro entre os metais com cerca de 8 % em massa.

Em meados do século XIX valia mais por grama do que o ouro.

A contradição entre abundância e disponibilidade explica-se com um número. O alumínio une-se ao oxigénio com uma força extraordinária: a entalpia de formação de Al₂O₃ é de cerca de −1 676 kJ/mol. Separá-los exige fornecer essa energia, e nenhum redutor ordinário o consegue.

O carbono reduz sem dificuldade o óxido de ferro num alto-forno. Face à alumina não faz praticamente nada às temperaturas alcançáveis.

Até 1886, o alumínio obtinha-se fazendo reagir cloreto de alumínio com sódio metálico, que por sua vez era caro de produzir. O resultado eram poucos quilogramas anuais a preço de metal precioso.

O remate do monumento a Washington, colocado em 1884, é uma peça de alumínio de cerca de 2,8 quilogramas. Foi escolhida por ser exótica e dispendiosa, e foi exibida na Tiffany’s antes de ser instalada.

O que mudou em 1886?

Dois jovens de vinte e dois anos, em dois continentes, resolveram o problema no mesmo ano e da mesma maneira sem se conhecerem: Charles Martin Hall no Ohio e Paul Héroult em França. Ambos nasceram em 1863 e ambos morreram em 1914.

A ideia foi dissolver a alumina em criolite fundida, Na₃AlF₆, e eletrolisar a solução. A alumina sozinha funde a 2 072 °C, temperatura inabordável; dissolvida em criolite, o banho trabalha por volta dos 960 °C.

No cátodo deposita-se alumínio líquido, que se acumula no fundo da cuba e é extraído periodicamente. No ânodo de carbono liberta-se oxigénio, que queima o próprio ânodo e obriga a repô-lo.

O preço do alumínio caiu de cerca de 17 dólares por libra em 1884 para menos de 40 cêntimos em 1893. Um metal precioso tornou-se material de embalagem em menos de uma década.

⚠️ O processo é intensivo em eletricidade: entre 13 e 15 kWh por quilograma. Por isso as fundições situam-se junto a centrais hidroelétricas, e por isso a Islândia, a Noruega e o Canadá produzem alumínio apesar de não terem bauxite.

A matéria-prima chega por outra via: o processo Bayer dissolve a bauxite em soda quente para separar a alumina das impurezas de ferro, que ficam como lama vermelha. Esse resíduo, muito alcalino e produzido em quantidades enormes, é um dos problemas ambientais pendentes da indústria.

Por que não se corrói?

O alumínio é termodinamicamente muito reativo. O seu potencial de elétrodo é de −1,66 V, muito mais negativo do que o do ferro. Devia corroer-se mais depressa, não menos.

O que acontece é que se corrói instantaneamente e depois para. Ao contacto com o ar forma uma camada de óxido de entre 2 e 10 nanómetros. Essa camada é compacta, não porosa, e o seu volume é aproximadamente igual ao do metal que consumiu, pelo que não fende nem se desprende.

O resultado é uma barreira contínua que isola o metal do oxigénio. Se for riscada, regenera-se de imediato.

A anodização aproveita o mecanismo. Mergulhando a peça em ácido e polarizando-a como ânodo, a camada cresce até dezenas de micrómetros. A camada anodizada é porosa antes da selagem, o que permite introduzir corantes: os objetos de alumínio coloridos estão anodizados, não pintados.

⚠️ A proteção falha com os cloretos. O ião cloreto penetra a película em pontos fracos e produz corrosão por picada, um ataque localizado e profundo. Por isso o alumínio comporta-se mal em ambiente marinho sem proteção adicional.

Falha também em meio muito alcalino, porque o óxido de alumínio é anfotérico e se dissolve em soda. Um detergente alcalino ataca o alumínio.

Para que se usa?

O uso maioritário é o transporte, onde o peso decide.

Um avião comercial é em boa parte alumínio, geralmente ligas da série 2000 com cobre ou da série 7000 com zinco, que atingem resistências comparáveis às de aços de construção com um terço da densidade.

Em automóvel, substituir aço por alumínio reduz o peso do veículo e com ele o consumo, embora encareça a reparação porque o alumínio não se solda com os mesmos equipamentos.

A embalagem é o outro grande destino. A lata de bebida é um objeto de engenharia notável: a sua parede tem menos de 0,1 mm e suporta seis atmosferas de pressão interna. A folha de alumínio, com cerca de 0,016 mm, é uma barreira absoluta à luz, ao oxigénio e à humidade, propriedade que nenhum plástico iguala.

Em construção usa-se em caixilharia e fachadas, e em eletricidade em linhas de alta tensão, onde a sua leveza compensa a menor condutividade.

O alumínio é perigoso?

A camada de óxido faz com que muito pouco alumínio passe para os alimentos em uso normal. Os alimentos ácidos cozinhados longamente em alumínio nu transferem mais, e os utensílios anodizados menos.

A preocupação pública provém de um estudo dos anos sessenta que encontrou alumínio em placas cerebrais de doentes de Alzheimer. Décadas de investigação posterior não estabeleceram relação causal, e a hipótese é hoje considerada pouco sustentada: o alumínio encontrado é provavelmente consequência e não causa.

A toxicidade real e documentada afeta pessoas com insuficiência renal grave, que não eliminam o alumínio corretamente. A encefalopatia por diálise, causada por alumínio na água dos aparelhos, foi um problema sério nos anos setenta e resolveu-se purificando a água.

Na população geral, o alumínio ingerido é absorvido numa fração ínfima e excretado por via renal sem dificuldade.

Dados essenciais

Z
13
Atomic weight
26.982 u
Category
metal pós-transição
State at 298 K
Solid
Occurrence
primordial
Discovered
1825
CAS
7429-90-5

Propriedades medidas

PropertyValueSource
Electronegativity 1.61 National Center for Biotechnology Information (NIH)
Melting point 933.44 K National Center for Biotechnology Information (NIH)
Boiling point 2,792 K National Center for Biotechnology Information (NIH)
Density stp 2.7 g/cm³ National Center for Biotechnology Information (NIH)
Atomic radius empirical 184 pm National Center for Biotechnology Information (NIH)
Ionization energy 1st 577.6 kJ/mol National Center for Biotechnology Information (NIH)
Electron affinity 42.6 kJ/mol National Center for Biotechnology Information (NIH)

Configuração eletrónica

2 8 3 Al
Noble gas notation
[Ne] 3s² 3p¹
Full notation
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹
Electrons per shell
2, 8, 3

Isótopos

Perguntas frequentes

Por que é que o alumínio chegou a valer mais do que o ouro?

Porque se une ao oxigénio com enorme força e ninguém sabia separá-los a custo razoável. A entalpia de formação da alumina é de cerca de −1 676 kJ/mol, demasiado para que o carbono a reduza a temperaturas alcançáveis. Até 1886 o alumínio obtinha-se com sódio metálico, um procedimento caríssimo. Napoleão III reservava talheres de alumínio para os seus convidados de honra e servia os restantes com ouro.

Por que é que o alumínio não se corrói se é tão reativo?

Porque forma instantaneamente uma camada de óxido de poucos nanómetros que é compacta, aderente e da mesma ordem de volume que o metal consumido. Essa película sela a superfície e trava o ataque. A anodização engrossa-a artificialmente até dezenas de micrómetros. O alumínio é termodinamicamente muito reativo e cineticamente inerte, uma combinação pouco frequente.

Por que é que a folha de alumínio tem uma face brilhante e outra fosca?

É consequência do fabrico, não uma diferença funcional. A folha é laminada duas a duas na última passagem. A face que toca o cilindro de aço polido sai brilhante; a que toca a outra folha sai fosca. Ambas as faces se comportam da mesma forma na cozinha.

Por que se recicla tanto alumínio?

Porque refundir sucata consome da ordem de 5 % da energia necessária para obter metal novo a partir da bauxite. O alumínio recicla-se além disso sem perda de qualidade, indefinidamente. Uma lata pode voltar à prateleira em cerca de seis semanas, e perto de 75 % do alumínio produzido na história continua em uso.

Fontes