Aluminio

El metal aluminio tiene una apariencia que varía del blanco plateado al gris opaco dependiendo de su rugosidad superficial . ^{[ c ]} Los espejos de aluminio proporcionan una alta reflectividad para la luz en las regiones ultravioleta , visible (a la par con la plata) ^{[ 16 ]} e infrarroja lejana . ^{[ 17 ]} El aluminio también es bueno para reflejar la radiación solar , aunque la exposición prolongada a la luz solar en el aire puede deteriorar la reflectividad del metal; ^{[ 16 ]} esto puede prevenirse si el aluminio se anodiza , lo que agrega una capa protectora de óxido en la superficie. ^{[ 18 ]}

La densidad del aluminio es de 2,70 g/cm³ ^, aproximadamente un tercio de la del acero, mucho menor que la de otros metales comunes, lo que hace que las piezas de aluminio sean fácilmente identificables por su ligereza. ^{[ 19 ]} La baja densidad del aluminio en comparación con la mayoría de los demás metales se debe a que el tamaño de su celda unitaria es relativamente grande en proporción al número de nucleones. Los únicos metales más ligeros son los de los grupos 1 y 2 , que, aparte del berilio y el magnesio , son demasiado reactivos para su uso estructural (y el berilio es muy tóxico). ^{[ 20 ]} El aluminio no es tan fuerte ni rígido como el acero, pero su baja densidad lo compensa en la industria aeroespacial y en muchas otras aplicaciones donde el peso ligero y la resistencia relativamente alta son cruciales. ^{[ 21 ]}

El aluminio puro es bastante blando y carece de resistencia . En la mayoría de las aplicaciones, se utilizan diversas aleaciones de aluminio debido a su mayor resistencia y dureza . ^{[ 22 ]} El límite elástico del aluminio puro es de 7 a 11 MPa , mientras que las aleaciones de aluminio tienen límites elásticos que van desde 200 MPa hasta 600 MPa. ^{[ 23 ]} El aluminio es dúctil , con un porcentaje de elongación del 50 al 70 %, ^{[ 24 ]} y maleable, lo que permite estirarlo y extruirlo fácilmente ; ^{[ 25 ]} también es fácil de mecanizar y fundir . ^{[ 25 ]}

El aluminio es un excelente conductor térmico y eléctrico , y la cantidad de aluminio necesaria para igualar el mismo amperaje en cobre pesa solo la mitad. ^{[ 26 ]} El aluminio es capaz de superconductividad , con una temperatura crítica de superconductividad de 1,2 kelvin y un campo magnético crítico de aproximadamente 100 gauss (10 militeslas ). ^{[ 27 ]} Es paramagnético y, por lo tanto, esencialmente no se ve afectado por campos magnéticos estáticos . ^{[ 28 ]} Sin embargo, su alta conductividad eléctrica implica que se ve fuertemente afectado por campos magnéticos alternos a través de la inducción de corrientes parásitas . ^{[ 29 ]}

^{Un átomo de} aluminio tiene 13 electrones con una configuración electrónica de [ Ne ] 3s² ^3p¹ , [ ^{30 ]} con tres electrones más allá de una configuración estable ^de gas noble . En consecuencia, las tres primeras energías de ionización combinadas del aluminio son mucho menores que la cuarta energía de ionización por sí sola. ^{[ 31 ]} Esta configuración electrónica la comparten los otros miembros bien caracterizados de su grupo: boro , galio , indio y talio ; también se espera para el nihonio . El aluminio puede ceder sus tres electrones más externos en muchas reacciones químicas (véase más adelante ). La electronegatividad del aluminio es 1,61 en la escala de Pauling. ^{[ 32 ]}

Un átomo de aluminio libre tiene un radio atómico de 143 pm . ^{[ 33 ]} Al eliminar los tres electrones más externos, el radio se reduce a 39 pm para un átomo con 4 coordinaciones o a 53,5 pm para un átomo con 6 coordinaciones. ^{[ 33 ]} A temperatura y presión estándar , los átomos de aluminio (cuando no se ven afectados por átomos de otros elementos) forman un sistema cristalino cúbico centrado en las caras unido por enlaces metálicos proporcionados por los electrones más externos de los átomos; por lo tanto, el aluminio (en estas condiciones) es un metal. ^{[ 34 ]} Este sistema cristalino es compartido por muchos otros metales, como el plomo y el cobre ; el tamaño de una celda unitaria de aluminio es comparable al de esos otros metales. ^{[ 34 ]} Sin embargo, este sistema no es compartido por los demás miembros de su grupo: el boro tiene energías de ionización demasiado altas para permitir la metalización, el talio tiene una estructura hexagonal compacta , y el galio y el indio tienen estructuras inusuales que no son compactas como las del aluminio y el talio. Los pocos electrones disponibles para el enlace metálico en el aluminio son una causa probable de que sea blando, con un bajo punto de fusión y una baja resistividad eléctrica . ^{[ 35 ]}   

El aluminio tiene un isótopo estable , el ^27Al , que constituye prácticamente la totalidad del elemento presente en la naturaleza. Esto es común en elementos con un número atómico impar. ^{[ d ]} Por lo tanto, es un elemento mononucleico para el peso atómico estándar , que está determinado completamente por dicho isótopo. El aluminio es útil en la resonancia magnética nuclear (RMN), ya que su único isótopo estable (aunque cuadrupolar ) tiene una alta sensibilidad a la RMN. ^{[ 37 ]}

Todos los demás isótopos de aluminio son radiactivos . El más estable de ellos es el ^26Al , con una vida media de 717.000  años. Si bien estaba presente junto con el estable ^27Al en el medio interestelar del que se formó el Sistema Solar (que se cree que también se produjo por nucleosíntesis estelar ), ninguna cantidad detectable podría haber sobrevivido al tiempo transcurrido desde la formación del planeta. Sin embargo, todavía se producen trazas minúsculas de ^{26Al por la desintegración del} argón en la atmósfera inducida por la radiación ionizante de los rayos cósmicos . La relación de ^26Al a ^10Be se ha utilizado para la radiodatación de procesos geológicos en escalas de tiempo de ^10⁵ a ^10⁶  años, en particular transporte, deposición, almacenamiento de sedimentos , tiempos de enterramiento y erosión. ^{[ 38 ]} La mayoría de los científicos de meteoritos creen que la energía liberada por la desintegración del ^26Al fue responsable de la fusión y diferenciación de algunos asteroides después de su formación  hace 4.550 millones de años. ^{[ 39 ]}

Los demás isótopos conocidos del aluminio, con números másicos que van de 20 a 43, tienen todos vidas medias inferiores a 7 minutos, al igual que los cuatro estados metaestables detectados . ^{[ 40 ]}

La gran mayoría de los compuestos de aluminio, incluidos todos los minerales que contienen aluminio y todos los compuestos de aluminio de importancia comercial, presentan aluminio en estado de oxidación 3+. El número de coordinación de dichos compuestos varía, pero generalmente el Al³⁺ ^es hexacoordinado o tetracoordinado. Casi todos los compuestos de aluminio(III) son incoloros. ^{[ 41 ]}

En solución acuosa, Al ³⁺ existe como el catión hexaacuo [Al(H ₂ O) ₆ ] ³⁺ , que tiene una K _a aproximada de 10 ⁻⁵ . ^{[ 37 ]} Estas soluciones son ácidas porque este catión puede actuar como donador de protones e hidrolizarse progresivamente hasta que se forma un precipitado de hidróxido de aluminio, Al(OH) ₃ . Esto es útil para la clarificación del agua, ya que el precipitado nuclea sobre partículas suspendidas en el agua, eliminándolas así . Aumentar aún más el pH lleva a que el hidróxido se disuelva de nuevo como aluminato , [Al(H ₂ O) ₂ (OH) ₄ ] ⁻ , se forma.

El hidróxido de aluminio forma sales y aluminatos y se disuelve en ácido y álcali , así como por fusión con óxidos ácidos y básicos . ^{[ 41 ]} Este comportamiento del Al(OH) ₃ se denomina anfoterismo y es característico de los cationes débilmente básicos que forman hidróxidos insolubles y cuyas especies hidratadas también pueden donar sus protones. Un efecto de esto es que las sales de aluminio con ácidos débiles se hidrolizan en agua al hidróxido acuoso y al hidruro no metálico correspondiente: por ejemplo, el sulfuro de aluminio produce sulfuro de hidrógeno . Sin embargo, algunas sales como el carbonato de aluminio existen en solución acuosa pero son inestables como tales. Solo se produce una hidrólisis incompleta para las sales con ácidos fuertes, como los haluros, nitratos y sulfatos . Por razones similares, las sales de aluminio anhidras no se pueden obtener calentando sus "hidratos": el cloruro de aluminio hidratado no es en realidad AlCl₃ _· 6H₂O _sino [Al(H₂O ₎ ₆ _] Cl₃ _, y los enlaces Al–O son tan fuertes que el calentamiento no es suficiente para romperlos y formar enlaces Al–Cl. En su lugar, se observa esta reacción: ^{[ 41 ]}

2[Al( H₂O ₎ ₆ _] Cl₃ _calor → Al₂O₃  + _{6 HCl} + 9 _H₂O

Los cuatro trihaluros son bien conocidos. A diferencia de las estructuras de los tres trihaluros más pesados, el fluoruro de aluminio (AlF₃ ₎ presenta aluminio hexacoordinado, lo que explica su involatabilidad e insolubilidad, así como su alto calor de formación . Cada átomo de aluminio está rodeado por seis átomos de flúor en una disposición octaédrica distorsionada , donde cada átomo de flúor se comparte entre los vértices de dos octaedros. Estas unidades {AlF₆ _} también existen en fluoruros complejos como la criolita , Na₃AlF₆ _. [ ^{f ] El} AlF₃ se funde a ₁₂₉₀ ° C (2354 °F) y se obtiene por reacción de óxido de aluminio _con gas fluoruro de hidrógeno a 700 °C (1300 °F) . ^{[ 52 ]}    

Con haluros más pesados, los números de coordinación son menores. Los otros trihaluros son diméricos o poliméricos con centros de aluminio tetraédricos de cuatro coordenadas. ^{[ g ]} El tricloruro de aluminio (AlCl ₃ ) tiene una estructura polimérica en capas por debajo de su punto de fusión de 192,4 °C (378 °F) pero se transforma al fundirse en dímeros de Al ₂ Cl _{6. A temperaturas más altas, estos se disocian cada vez más en monómeros de AlCl 3} trigonales planares similares a la estructura del BCl ₃ . El tribromuro de aluminio y el triyoduro de aluminio forman dímeros de Al ₂ X ₆ en las tres fases y, por lo tanto, no muestran cambios tan significativos de propiedades al cambiar de fase. ^{[ 52 ]} Estos materiales se preparan tratando el aluminio con el halógeno. Los trihaluros de aluminio forman muchos compuestos de adición o complejos. Su naturaleza ácida de Lewis los hace útiles como catalizadores para las reacciones de Friedel-Crafts . El tricloruro de aluminio tiene importantes usos industriales relacionados con esta reacción, como en la fabricación de antraquinonas y estireno . El tricloruro de aluminio también se utiliza frecuentemente como precursor de muchos otros compuestos de aluminio y como reactivo para convertir fluoruros no metálicos en los cloruros correspondientes (una reacción de transhalogenación ). ^{[ 52 ]}  

_El aluminio forma un óxido estable con la fórmula química Al₂O₃ , comúnmente llamado _alúmina . ^[ 53 ^] Se encuentra en la naturaleza en el mineral corindón , la fase α-alúmina. ^{[ 54 ]} También existe una fase γ-alúmina. ^{[ 37 ]} Su forma cristalina, el corindón, es muy duro ( dureza Mohs 9), tiene un alto punto de fusión de ²⁰⁴⁵ ° C (3713 °F) , tiene muy baja volatilidad, es químicamente inerte y es un buen aislante eléctrico. Se usa frecuentemente en abrasivos (como papel de lija ) como material refractario y en cerámica . También es el material de partida para la producción electrolítica de aluminio. El zafiro y el rubí son corindón impuro contaminado con trazas de otros metales. ^{[ 37 ]}  

Los dos principales óxido-hidróxidos, AlO(OH), son la boehmita y el diásporo . Existen tres trihidróxidos principales: bayerita , gibbsita y nordstrandita , que difieren en su estructura cristalina ( polimorfos ). También se conocen muchas otras estructuras intermedias y relacionadas. ^{[ 37 ]} La ​​mayoría de estos sistemas Al-O-OH se producen a partir de minerales mediante diversos procesos húmedos que utilizan ácidos y bases. El calentamiento de los hidróxidos conduce a la formación de corindón. Estos materiales son de vital importancia para la producción de aluminio y, a su vez, son extremadamente útiles. Algunas fases de óxidos mixtos también son muy útiles, como _{la espinela} ( _MgAl₂O₄ ) , la _β -alúmina sódica (NaAl₁₁O₁₇ ) _y el aluminato tricálcico (Ca₃Al₂O₆ ₎ , una fase mineral importante en _el cemento Portland . ^{[ 37 ]}

Los únicos calcogenuros estables en condiciones normales son el sulfuro de aluminio (Al₂S₃ ₎ , el seleniuro (Al₂Se₃ ₎ y _el telururo ( _Al₂Te₃ ). Los tres se preparan mediante la reacción directa de sus elementos a unos 1000 ° C (1800 °F) _y se hidrolizan rápidamente por completo en agua para producir hidróxido de aluminio y el calcogenuro de hidrógeno _{correspondiente} . Dado que el aluminio es un átomo pequeño en relación con estos calcógenos, estos presentan aluminio tetraédrico de cuatro coordenadas con diversos polimorfos que tienen estructuras relacionadas con la wurtzita , con dos tercios de los posibles sitios metálicos ocupados de forma ordenada (α) o aleatoria (β). El sulfuro también tiene una forma γ relacionada con la γ-alúmina y una inusual forma hexagonal de alta temperatura donde la mitad de los átomos de aluminio tienen coordinación tetraédrica de cuatro coordenadas y la otra mitad tiene coordinación bipiramidal trigonal de cinco coordenadas. ^{[ 55 ]}  

Se conocen cuatro pnicturos : nitruro de aluminio (AlN), fosfuro de aluminio (AlP), arseniuro de aluminio (AlAs) y antimoniuro de aluminio (AlSb). Todos son semiconductores III-V isoelectrónicos al silicio y al germanio , y todos, excepto el AlN, tienen la estructura de blenda de zinc . Los cuatro se pueden obtener mediante reacción directa a alta temperatura (y posiblemente a alta presión) de sus elementos componentes. ^{[ 55 ]}

El aluminio se alea bien con la mayoría de los demás metales (con la excepción de la mayoría de los metales alcalinos y los metales del grupo 13) y se conocen más de 150 compuestos intermetálicos con otros metales. Su preparación implica calentar metales fijos juntos en ciertas proporciones, seguido de un enfriamiento gradual y un recocido . El enlace en ellos es predominantemente metálico y la estructura cristalina depende principalmente de la eficiencia del empaquetamiento. ^{[ 56 ]}

Hay pocos compuestos con estados de oxidación más bajos. Algunos son compuestos de aluminio(I) : AlF, AlCl, AlBr y AlI existen en fase gaseosa cuando el trihaluro respectivo se calienta con aluminio y a temperaturas criogénicas. ^{[ 52 ]} Un derivado estable del monoyoduro de aluminio es el aducto cíclico formado con trietilamina , Al ₄ I ₄ (NEt ₃ ) ₄ . Al ₂ O y Al ₂ S también existen, pero son muy inestables. ^{[ 57 ]} Se invocan u observan compuestos de aluminio(II) muy simples en las reacciones del metal Al con oxidantes. Por ejemplo, el monóxido de aluminio , AlO, se ha detectado en fase gaseosa después de una explosión ^{[ 58 ]} y en espectros de absorción estelar. ^{[ 59 ]} Se han investigado más a fondo los compuestos de la fórmula R ₄ Al ₂ que contienen un enlace Al–Al y donde R es un ligando orgánico grande . ^{[ 60 ]}

Existe una variedad de compuestos de fórmula empírica AlR ₃ y AlR _1.5 Cl _{1.5 .} ^{[ 61 ]} Los trialquilos y triarilos de aluminio son líquidos reactivos, volátiles e incoloros o sólidos de bajo punto de fusión. Se inflaman espontáneamente en el aire y reaccionan con el agua, por lo que se requieren precauciones al manipularlos. A menudo forman dímeros, a diferencia de sus análogos de boro, pero esta tendencia disminuye para los alquilos de cadena ramificada (por ejemplo, Pr ⁱ , Bu ⁱ , Me ₃ CCH ₂ ).

Por ejemplo, el triisobutilaluminio existe como una mezcla en equilibrio del monómero y el dímero. ^{[ 62 ] [ 63 ]} Estos dímeros, como el trimetilaluminio (Al ₂ Me ₆ ), suelen presentar centros de Al tetraédricos formados por dimerización con algún grupo alquilo que actúa como puente entre ambos átomos de aluminio. Son ácidos fuertes y reaccionan fácilmente con ligandos, formando aductos. En la industria, se utilizan principalmente en reacciones de inserción de alquenos, como descubrió Karl Ziegler , sobre todo en "reacciones de crecimiento" que forman alquenos y alcoholes primarios de cadena larga no ramificados, y en la polimerización a baja presión de eteno y propeno . También existen algunos compuestos organoaluminio heterocíclicos y en clúster que involucran enlaces Al–N. ^{[ 62 ]}

El hidruro de aluminio más importante a nivel industrial es el hidruro de litio y aluminio (LiAlH₄ ₎ , que se utiliza como agente reductor en química orgánica . Se puede producir a partir de hidruro de litio y tricloruro de aluminio . ^{[ 64 ]} El hidruro más simple, el hidruro de aluminio o alano, no es tan importante. Es un polímero con la fórmula (AlH₃ ₎ n _, a diferencia del hidruro de boro correspondiente , que es un dímero con la fórmula ( _BH₃ ) _₂ . ^{[ 64 ]}

La abundancia de aluminio por partícula en el Sistema Solar es de 3,15 ppm (partes por millón). ^{[ 65 ] [ h ]} Es el duodécimo elemento más abundante de todos y el tercero más abundante entre los elementos con números atómicos impares, después del hidrógeno y el nitrógeno . ^{[ 65 ]} El único isótopo estable del aluminio, ²⁷ Al, es el decimoctavo núcleo más abundante del universo . Se crea casi en su totalidad después de la fusión del carbono en estrellas masivas que posteriormente se convertirán en supernovas de tipo II : esta fusión crea ²⁶ Mg, que al capturar protones y neutrones libres, se convierte en aluminio. Algunas cantidades menores de ²⁷ Al se crean en las capas de combustión de hidrógeno de estrellas evolucionadas, donde ^{el 26} Mg puede capturar protones libres. ^{[ 66 ]}

Esencialmente, todo el aluminio que existe actualmente es ^27Al . El ^26Al estuvo presente en el Sistema Solar primitivo con una abundancia del 0,005% en relación con el ^27Al , pero su vida media de 728 000 años es demasiado corta para que sobrevivan los núcleos originales; por lo tanto, el ^26Al está extinto . ^{[ 66 ]} A diferencia del ^27Al , la combustión del hidrógeno es la principal fuente de ^26Al , y el nucleido surge después de que un núcleo de ^25Mg captura un protón libre. Sin embargo, las trazas de ^26Al que existen son el emisor de rayos gamma más común en el gas interestelar ; ^{[ 66 ] si el 26Al} original aún estuviera presente, los mapas de rayos gamma de la Vía Láctea serían más brillantes. ^{[ 66 ]}

En general, la Tierra tiene aproximadamente un 1,59 % de aluminio en masa (séptimo en abundancia en masa). ^{[ 67 ]} El aluminio se encuentra en mayor proporción en la corteza terrestre que en el universo en general. Esto se debe a que el aluminio forma fácilmente óxido y se une a las rocas, permaneciendo en la corteza terrestre , mientras que los metales menos reactivos se hunden hacia el núcleo. ^{[ 66 ]} En la corteza terrestre, el aluminio es el elemento metálico más abundante (8,23 % en masa ^{[ 68 ]} ) y el tercero más abundante de todos los elementos (después del oxígeno y el silicio). ^{[ 69 ]} Un gran número de silicatos en la corteza terrestre contienen aluminio. ^{[ 70 ]} En contraste, el manto terrestre tiene solo un 2,38 % de aluminio en masa. ^{[ 71 ]} El aluminio también se encuentra en el agua de mar a una concentración de 0,41 μg/kg. ^{[ 72 ]}

Debido a su fuerte afinidad por el oxígeno, el aluminio casi nunca se encuentra en estado elemental; en cambio, se encuentra en óxidos o silicatos. Los feldespatos , el grupo de minerales más común en la corteza terrestre, son aluminosilicatos. El aluminio también se encuentra en los minerales berilo , criolita , granate , espinela y turquesa . ^{[ 73 ]} Las impurezas en la alúmina producen gemas : por ejemplo, el cromo produce rubí y el hierro produce zafiro . ^{[ 74 ]} El aluminio metálico nativo es extremadamente raro y solo se puede encontrar como una fase minoritaria en ambientes de baja fugacidad de oxígeno , como el interior de ciertos volcanes. ^{[ 75 ]} Se ha informado de aluminio nativo en filtraciones frías en la pendiente continental nororiental del Mar de China Meridional . Es posible que estos depósitos resultaran de la reducción bacteriana del tetrahidroxoaluminato Al(OH) ₄ ⁻ . ^{[ 76 ]}

Aunque el aluminio es un elemento común y extendido, no todos los minerales de aluminio son fuentes económicamente viables del metal. Casi todo el aluminio metálico se produce a partir del mineral bauxita (AlO _x (OH) _{3–2 x} ). La bauxita se forma como producto de la meteorización de roca madre con bajo contenido de hierro y sílice en condiciones climáticas tropicales. ^{[ 77 ]} En 2017, la mayor parte de la bauxita se extrajo en Australia , China , Guinea e India . ^{[ 78 ]}

Se atribuye al químico británico Humphry Davy , quien realizó varios experimentos para aislar el metal, el haberle dado nombre al elemento. El primer nombre propuesto para el metal que se aislaría del alumbre fue alumium , que Davy sugirió en un artículo de 1808 sobre su investigación electroquímica, publicado en Philosophical Transactions of the Royal Society . ^{[ 129 ]} Al parecer, el nombre se creó a partir de la palabra inglesa alum y el sufijo latino -ium ; pero era costumbre entonces dar a los elementos nombres de origen latino, por lo que este nombre no fue adoptado universalmente.

El nombre alumium fue criticado por químicos contemporáneos de Francia, Alemania y Suecia, quienes insistieron en que el metal debía ser nombrado por el óxido, alúmina, del cual se aislaría. ^{[ 130 ]} Un ejemplo fue Essai sur la Nomenclature chimique (julio de 1811), escrito en francés por un químico sueco, Jöns Jacob Berzelius , en el que se le da el nombre de aluminio al elemento que se sintetizaría a partir del alumbre. ^{[ 131 ] [ k ]} (Otro artículo en el mismo número de la revista también se refiere al metal cuyo óxido es la base del zafiro , es decir, el mismo metal que el aluminio ). ^{[ 133 ]} Un resumen de enero de 1811 de una de las conferencias de Davy en la Royal Society mencionó el nombre aluminio como una posibilidad. ^{[ 134 ]}

En 1812, Davy publicó su texto de química Elementos de filosofía química en el que utilizó la grafía aluminio . ^{[ 135 ]}

En 1812, el científico británico Thomas Young ^{[ 136 ]} escribió una reseña anónima del libro de Davy, en la que propuso el nombre aluminio en lugar de aluminio , que, según él, tenía un «sonido menos clásico». ^{[ 137 ]} Este nombre perduró: aunque la grafía -um se usó ocasionalmente en Gran Bretaña, el lenguaje científico estadounidense utilizó -ium desde el principio. ^{[ 138 ]}

Los franceses han utilizado la grafía aluminum desde el principio. ^{[ 139 ]} Sin embargo, en Inglaterra y Alemania se utilizó inicialmente la grafía aluminum de Davy; hasta que Wöhler publicó su relato del proceso Wöhler en 1827 en el que utilizó la grafía Aluminium , ^{[ l ]} lo que provocó la adopción casi generalizada de esa grafía en Inglaterra y Alemania, con la excepción de un pequeño número de lo que Richards caracterizó como químicos ingleses "patriotas" que eran "reacios a las innovaciones extranjeras" y que ocasionalmente seguían utilizando aluminum . ^{[ 139 ]}

La mayoría de los científicos de todo el mundo usaban -ium en el siglo XIX; ^{[ 140 ]} y estaba arraigado en varias otras lenguas europeas, como el francés , el alemán y el neerlandés . ^{[ m ]}

En 1828, un lexicógrafo estadounidense, Noah Webster , solo incluyó la ortografía de aluminio en su Diccionario estadounidense de la lengua inglesa . ^{[ 141 ]} En la década de 1830, la ortografía -um ganó uso en los Estados Unidos; para la década de 1860, se había convertido en la ortografía más común allí fuera de la ciencia. ^{[ 138 ]} En 1892, Hall usó la ortografía -um en su folleto publicitario para su nuevo método electrolítico de producción del metal, a pesar de su uso constante de la ortografía -ium en todas las patentes que presentó entre 1886 y 1903. Se desconoce si esta ortografía se introdujo por error o intencionalmente, pero Hall prefirió aluminio desde su introducción porque se parecía al platino , el nombre de un metal prestigioso. ^{[ 142 ]} Para 1890, ambas ortografías habían sido comunes en los Estados Unidos, siendo la ortografía -ium ligeramente más común; para 1895, la situación se había invertido; En 1900, la palabra "aluminium" se había vuelto el doble de común que "aluminium" ; en la década siguiente, la grafía "-um" dominó el uso estadounidense.

En 1925, la Sociedad Química Estadounidense adoptó la grafía «aluminio» . ^{[ 140 ]} La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) adoptó «aluminio» como el nombre internacional estándar para el elemento en 1990. ^{[ 143 ]} En 1993, reconocieron «aluminio» como una variante aceptable; ^{[ 143 ]} la edición más reciente de 2005 de la nomenclatura de química inorgánica de la IUPAC también reconoce esta grafía. ^{[ 144 ]} Las publicaciones oficiales de la IUPAC utilizan la grafía «-io» como principal, y enumeran ambas cuando es apropiado. ^{[ n ]} Ambas grafías han coexistido desde entonces. Su uso es actualmente regional: «aluminio» predomina en Estados Unidos y Canadá ; «aluminio» es predominante en el resto del mundo angloparlante. ^{[ 140 ]}

El físico alemán Ludwig Wilhelm Gilbert propuso el término Thonerde-metall , derivado del alemán Thonerde ^{[ o ]} para alúmina, en sus Annalen der Physik , pero ese nombre nunca se popularizó, ni siquiera en Alemania. ^{[ 139 ]} El químico estadounidense Joseph W. Richards ^{[ p ]} encontró en 1891 una sola aparición de argillium en sueco, del francés argille ^{[ q ]} para arcilla. ^{[ 139 ]}

La bauxita se convierte en alúmina mediante el proceso Bayer. La bauxita se mezcla para obtener una composición uniforme y luego se muele finamente. La suspensión resultante se mezcla con una solución caliente de hidróxido de sodio ; la mezcla se trata en un digestor a una presión muy superior a la atmosférica, disolviendo el hidróxido de aluminio en la bauxita y convirtiendo las impurezas en compuestos relativamente insolubles: ^{[ 150 ]}

Tras esta reacción, la suspensión se encuentra a una temperatura superior a su punto de ebullición atmosférico. Se enfría eliminando el vapor a medida que se reduce la presión. El residuo de bauxita se separa de la solución y se desecha. La solución, libre de sólidos, se siembra con pequeños cristales de hidróxido de aluminio; esto provoca la descomposición de los iones [Al(OH) _₄ ] ^⁻ en hidróxido de aluminio. Una vez precipitada aproximadamente la mitad del aluminio, la mezcla se envía a clasificadores. Los pequeños cristales de hidróxido de aluminio se recogen para servir como agentes de siembra; las partículas gruesas se convierten en alúmina mediante calentamiento; el exceso de solución se elimina por evaporación, (si es necesario) se purifica y se recicla. ^{[ 150 ]}

La conversión de alúmina a aluminio se logra mediante el proceso Hall-Héroult . En este proceso de alto consumo energético, una solución de alúmina en una mezcla fundida (a 940 y 970 °C (1720 y 1780 °F) ) de criolita (Na₃AlF₆ _{) con} fluoruro de calcio se electroliza para producir aluminio metálico. El aluminio líquido se deposita en el fondo de la solución y se extrae, generalmente fundiéndose en grandes bloques llamados lingotes de aluminio para su posterior procesamiento. ^{[ 47 ]}  

Los ánodos de la celda de electrólisis están hechos de carbono —el material más resistente a la corrosión por fluoruro— y se hornean durante el proceso o se prehornean. Los primeros, también llamados ánodos Söderberg, son menos eficientes energéticamente y los humos liberados durante el horneado son costosos de recolectar, razón por la cual se están reemplazando por ánodos prehorneados, a pesar de que ahorran energía y mano de obra al no requerir el prehorneado de los cátodos . El carbono para los ánodos debe ser preferiblemente puro para que ni el aluminio ni el electrolito se contaminen con cenizas. A pesar de la resistencia del carbono a la corrosión, se consume a una tasa de 0,4 a 0,5  kg por cada kilogramo de aluminio producido. Los cátodos están hechos de antracita ; no se requiere una alta pureza para ellos porque las impurezas se lixivian muy lentamente. El cátodo se consume a una tasa de 0,02 a 0,04  kg por cada kilogramo de aluminio producido. Una celda generalmente se termina después de 2 a 6 años tras una falla del cátodo. ^{[ 47 ]}

El proceso Hall-Heroult produce aluminio con una pureza superior al 99%. Se puede realizar una purificación adicional mediante el proceso Hoopes . Este proceso implica la electrólisis de aluminio fundido con un electrolito de sodio, bario y fluoruro de aluminio. El aluminio resultante tiene una pureza del 99,99%. ^{[ 47 ] [ 151 ]}

La energía eléctrica representa entre el 20 y el 40 % del costo de producción de aluminio, dependiendo de la ubicación de la fundición. La producción de aluminio consume aproximadamente el 5 % de la electricidad generada en Estados Unidos. ^{[ 143 ]} Debido a esto, se han investigado alternativas al proceso Hall-Héroult, pero ninguna ha resultado económicamente viable. ^{[ 47 ]}

La recuperación del metal mediante el reciclaje se ha convertido en una tarea importante de la industria del aluminio. El reciclaje fue una actividad poco conocida hasta finales de la década de 1960, cuando el creciente uso de latas de bebidas de aluminio la puso en el punto de mira del público. ^{[ 152 ]} El reciclaje implica fundir la chatarra, un proceso que requiere solo el 5 % de la energía utilizada para producir aluminio a partir del mineral, aunque una parte significativa (hasta el 15 % del material de entrada) se pierde como escoria (óxido similar a la ceniza). ^{[ 153 ]} Un fundidor de pilas de aluminio produce significativamente menos escoria, con valores reportados por debajo del 1 %. ^{[ 154 ]}

La escoria blanca procedente de la producción primaria de aluminio y de las operaciones de reciclaje secundario aún contiene cantidades útiles de aluminio que pueden extraerse industrialmente . El proceso produce lingotes de aluminio, junto con un material de desecho altamente complejo. Este residuo es difícil de gestionar. Reacciona con el agua, liberando una mezcla de gases que incluye, entre otros, acetileno , ^{[ 155 ]} sulfuro de hidrógeno y cantidades significativas de amoníaco . ^{[ 156 ]} A pesar de estas dificultades, el residuo se utiliza como relleno en asfalto y hormigón . ^{[ 157 ]} También se ha considerado e investigado su potencial para la producción de hidrógeno. ^{[ 158 ] [ 159 ]}

La producción mundial de aluminio en 2016 fue de 58,8 millones de toneladas métricas. Superó la de cualquier otro metal, excepto el hierro (1231 millones de toneladas métricas). ^{[ 160 ] [ 161 ]}

El aluminio casi siempre se alea, lo que mejora notablemente sus propiedades mecánicas, especialmente cuando se templa . Por ejemplo, las láminas de aluminio y las latas de bebidas comunes son aleaciones de entre el 92 % y el 99 % de aluminio. ^{[ 162 ]} Los principales agentes de aleación para el aluminio forjado y fundido son el cobre , el zinc , el magnesio , el manganeso y el silicio (por ejemplo, el duraluminio ), con niveles de otros metales en un pequeño porcentaje en peso. ^{[ 163 ] [ 164 ]}

Los principales usos del aluminio son: ^{[ 165 ]}

• Transporte ( automóviles , aeronaves, camiones , vagones de ferrocarril , embarcaciones marítimas, bicicletas , naves espaciales, etc. ). El aluminio se utiliza debido a su baja densidad ^{[ 166 ]} , durabilidad y resistencia a la corrosión;
• Embalaje ( latas , papel de aluminio, marco, etc.). Se utiliza aluminio porque no es tóxico (véase más abajo ), no es adsorbente y no se astilla ;
• Edificación y construcción ( ventanas , puertas , revestimientos , cables eléctricos, entablados, techos, etc. ). Dado que el acero es más barato, el aluminio se utiliza cuando la ligereza, la resistencia a la corrosión o las características de ingeniería son importantes;
• Usos relacionados con la electricidad (aleaciones conductoras, motores y generadores, transformadores, condensadores, etc. ). El aluminio se utiliza porque es relativamente barato, altamente conductor, tiene una resistencia mecánica adecuada y baja densidad, y resiste la corrosión;
• Una amplia gama de artículos para el hogar , desde utensilios de cocina hasta muebles . La baja densidad, el buen aspecto, la facilidad de fabricación y la durabilidad son los factores clave del uso del aluminio. El aluminio es el material preferido para utensilios de cocina , sartenes, platos y utensilios porque se calienta rápidamente, se enfría rápidamente y es rentable ^{[ 167 ]} . Por eso se utiliza tanto en restaurantes de comida rápida como en cocinas domésticas;
• Maquinaria y equipos (equipos de procesamiento, tuberías, herramientas, perfiles ranurados en T ). Se utiliza aluminio por su resistencia a la corrosión, su ausencia de piroforicidad y su resistencia mecánica.

El aluminio es el principal sustituto del cobre y sus aplicaciones en los ámbitos tradicionales del cobre han despertado un mayor interés cuando los precios del cobre son altos, como en 2011-2014 y 2021. ^{[ 168 ]} Existe competencia en el uso del aluminio y el cobre en la industria automotriz , pero en otros usos, como en la industria de la construcción y en cables subterráneos y submarinos , el aluminio no ha podido competir con el cobre. ^{[ 168 ]}

La gran mayoría (alrededor del 90%) del óxido de aluminio se convierte en aluminio metálico. ^{[ 150 ]} Al ser un material muy duro ( dureza Mohs 9), ^{[ 169 ]} la alúmina se usa ampliamente como abrasivo; ^{[ 170 ]} al ser extraordinariamente inerte químicamente, es útil en entornos altamente reactivos como las lámparas de sodio de alta presión . ^{[ 171 ]} El óxido de aluminio se usa comúnmente como catalizador para procesos industriales; ^{[ 150 ]} por ejemplo, el proceso Claus para convertir sulfuro de hidrógeno en azufre en refinerías y para alquilar aminas . ^{[ 172 ] [ 173 ]} Muchos catalizadores industriales están soportados por alúmina, lo que significa que el costoso material catalizador se dispersa sobre una superficie de la alúmina inerte. ^{[ 174 ]} Otro uso principal es como agente desecante o absorbente. ^{[ 150 ] [ 175 ]}

Varios sulfatos de aluminio tienen aplicaciones industriales y comerciales. El sulfato de aluminio (en su forma hidratada) se produce anualmente a escala de varios millones de toneladas métricas. ^{[ 176 ]} Alrededor de dos tercios se consumen en el tratamiento de agua . ^{[ 176 ]} La siguiente aplicación importante es en la fabricación de papel. ^{[ 176 ]} También se utiliza como mordiente en el teñido, en el encurtido de semillas, desodorización de aceites minerales, en el curtido de cuero y en la producción de otros compuestos de aluminio. ^{[ 176 ]} Dos tipos de alumbre, alumbre de amonio y alumbre de potasio , se utilizaban antiguamente como mordientes y en el curtido de cuero, pero su uso ha disminuido significativamente tras la disponibilidad de sulfato de aluminio de alta pureza. ^{[ 176 ]} El cloruro de aluminio anhidro se utiliza como catalizador en las industrias química y petroquímica, la industria del teñido y en la síntesis de diversos compuestos inorgánicos y orgánicos. ^{[ 176 ]} Los hidroxicloruros de aluminio se utilizan en la purificación de agua, en la industria papelera y como antitranspirantes . ^{[ 176 ]} El aluminato de sodio se utiliza en el tratamiento de agua y como acelerador de la solidificación del cemento. ^{[ 176 ]}

Muchos compuestos de aluminio tienen aplicaciones específicas, por ejemplo:

• El acetato de aluminio en solución se utiliza como astringente . ^{[ 177 ]}
• El fosfato de aluminio se utiliza en la fabricación de vidrio, cerámica, productos de pulpa y papel, cosméticos , pinturas, barnices y en cemento dental . ^{[ 178 ]}
• El hidróxido de aluminio se utiliza como antiácido y mordiente; también se emplea en la purificación del agua , la fabricación de vidrio y cerámica, y en la impermeabilización de tejidos . ^{[ 179 ] [ 180 ]}
• El hidruro de litio y aluminio es un potente agente reductor utilizado en química orgánica . ^{[ 181 ] [ 182 ]}
• Los organoaluminios se utilizan como ácidos de Lewis y cocatalizadores. ^{[ 183 ]}
• El metilaluminoxano es un cocatalizador para la polimerización de olefinas de Ziegler-Natta para producir polímeros vinílicos como el polietileno . ^{[ 184 ]}
• Los iones de aluminio acuosos (como el sulfato de aluminio acuoso) se utilizan para tratar parásitos de peces como Gyrodactylus salaris . ^{[ 185 ]}
• En muchas vacunas , ciertas sales de aluminio actúan como adyuvantes inmunitarios (potenciadores de la respuesta inmunitaria) para permitir que la proteína de la vacuna alcance la potencia suficiente como estimulante inmunitario. ^{[ 186 ]} Hasta 2004, la mayoría de los adyuvantes utilizados en las vacunas eran adyuvantes de aluminio. ^{[ 187 ]}

El aluminio está clasificado como no carcinógeno por el Departamento de Salud y Servicios Humanos de los Estados Unidos . ^{[ 191 ] [ r ]} Una revisión publicada en 1988 dijo que había poca evidencia de que la exposición normal al aluminio presentara un riesgo para el adulto sano, ^{[ 194 ]} y una revisión toxicológica multielemental de 2014 no pudo encontrar efectos nocivos del aluminio consumido en cantidades no mayores de 40  mg/día por kg de masa corporal . ^{[ 191 ]} La mayor parte del aluminio ingerido se elimina en las heces, y gran parte de lo que entra en el torrente sanguíneo se excreta en la orina; sin embargo, no todo el aluminio absorbido o administrado por vía parenteral se elimina a través de la excreción urinaria. ^{[ 195 ] [ 196 ]}

El aluminio, aunque raramente, puede causar osteomalacia resistente a la vitamina D , anemia microcítica resistente a la eritropoyetina y alteraciones del sistema nervioso central. Las personas con insuficiencia renal corren un riesgo especialmente elevado. ^{[ 191 ]} La ingestión crónica de silicatos de aluminio hidratados (para el control del exceso de acidez gástrica) puede provocar la unión del aluminio al contenido intestinal y una mayor eliminación de otros metales, como el hierro o el zinc ; dosis suficientemente altas (>50 g/día) pueden causar anemia. ^{[ 191 ]}

Durante el incidente de contaminación del agua de Camelford en 1988 , el agua potable de los habitantes de Camelford estuvo contaminada con sulfato de aluminio durante varias semanas. Un informe final sobre el incidente, publicado en 2013, concluyó que era improbable que esto hubiera causado problemas de salud a largo plazo. ^{[ 197 ]}

Se ha sospechado que el aluminio es una posible causa de la enfermedad de Alzheimer , ^{[ 198 ]} pero la investigación sobre esto durante más de 40 años ha encontrado, a partir de 2018, no hay evidencia sólida de efecto causal. ^{[ 199 ] [ 200 ]}

El aluminio aumenta la expresión de genes relacionados con el estrógeno en células de cáncer de mama humanas cultivadas en laboratorio. ^{[ 201 ]} En dosis muy altas, el aluminio se asocia con una función alterada de la barrera hematoencefálica. ^{[ 202 ]} Un pequeño porcentaje de personas ^{[ 203 ]} tiene alergia de contacto al aluminio y experimenta erupciones rojas con picazón, dolor de cabeza, dolor muscular, dolor articular, problemas de memoria, insomnio, depresión, asma, síndrome del intestino irritable u otros síntomas al entrar en contacto con productos que contienen aluminio. ^{[ 204 ]}

La exposición al aluminio en polvo o a los humos de soldadura de aluminio puede causar fibrosis pulmonar . ^{[ 205 ]} El polvo fino de aluminio puede incendiarse o explotar, lo que supone otro riesgo laboral. ^{[ 206 ] [ 207 ]}

Los alimentos son la principal fuente de aluminio. El agua potable contiene más aluminio que los alimentos sólidos; ^{[ 191 ]} sin embargo, el aluminio de los alimentos puede absorberse más que el aluminio del agua. ^{[ 208 ]} Las principales fuentes de exposición oral humana al aluminio incluyen los alimentos (debido a su uso en aditivos alimentarios, envases de alimentos y bebidas, y utensilios de cocina), el agua potable (debido a su uso en el tratamiento de aguas municipales) y los medicamentos que contienen aluminio (en particular, las formulaciones de antiácidos/antiulcerosos y aspirina tamponada). ^{[ 209 ]} La exposición dietética en los europeos tiene un promedio de 0,2–1,5 mg/kg/semana, pero puede llegar a ser de hasta 2,3 mg/kg/semana. ^{[ 191 ]} Los niveles más altos de exposición al aluminio se limitan principalmente a fontaneros , albañiles , electricistas, maquinistas y cirujanos . ^{[ 210 ]}

El consumo de antiácidos , antitranspirantes, vacunas y cosméticos proporciona posibles vías de exposición. ^{[ 211 ]} El consumo de alimentos o líquidos ácidos con aluminio aumenta la absorción de aluminio, ^{[ 212 ]} y se ha demostrado que el maltol aumenta la acumulación de aluminio en los tejidos nerviosos y óseos. ^{[ 213 ]}

En caso de sospecha de ingesta repentina de una gran cantidad de aluminio, el único tratamiento es el mesilato de deferoxamina , que puede administrarse para ayudar a eliminar el aluminio del cuerpo mediante terapia de quelación . ^{[ 214 ] [ 215 ]} Sin embargo, esto debe aplicarse con precaución, ya que reduce no solo los niveles de aluminio en el cuerpo, sino también los de otros metales como el cobre o el hierro. ^{[ 214 ]}