Aunque el aluminio es el tercer elemento más abundante en la corteza terrestre, su extracción fue durante mucho tiempo un gran desafío. En 1807, Humphry Davy (1778–1829) identificó la existencia de un metal en la alúmina (óxido de aluminio) y propuso el nombre aluminum. En 1825, Hans Christian Ørsted (1777–1851) produjo una pequeña cantidad de aluminio impuro reduciendo el cloruro de aluminio con una amalgama de potasio. En 1827, Friedrich Wöhler (1800–1882) mejoró el proceso y obtuvo polvo de aluminio. Fue Henri Sainte-Claire Deville (1818–1881) quien, en 1854, desarrolló el primer proceso industrial utilizando sodio como reductor. Finalmente, en 1886, Paul Héroult (1863–1914) en Francia y Charles Martin Hall (1863–1914) en Estados Unidos descubrieron simultáneamente el proceso de electrólisis que revolucionó la producción de aluminio y lo hizo accesible al público en general.
El aluminio (símbolo Al, número atómico 13) es un metal del grupo 13 de los elementos (anteriormente grupo IIIA). Su átomo tiene 13 protones, 13 electrones y generalmente 14 neutrones en su único isótopo estable (\(\,^{27}\mathrm{Al}\)).
A temperatura ambiente, el aluminio es un metal sólido, brillante, de color blanco plateado, notablemente ligero (densidad ≈ 2.70 g/cm³), maleable, dúctil y excelente conductor de electricidad y calor. El punto de fusión del aluminio: 933,47 K (660,32 °C). El punto de ebullición: 2.792 K (2.519 °C). El aluminio forma espontáneamente una fina capa de óxido de aluminio (Al₂O₃) en su superficie, que lo protege notablemente de la corrosión.
| Isótopo / Notación | Protones (Z) | Neutrones (N) | Masa atómica (u) | Abundancia natural | Vida media / Estabilidad | Decaimiento / Observaciones |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Aluminio-27 — \(\,^{27}\mathrm{Al}\,\) | 13 | 14 | 26.981539 u | 100% | Estable | Único isótopo estable del aluminio; base de todas sus aplicaciones. |
| Aluminio-26 — \(\,^{26}\mathrm{Al}\) | 13 | 13 | 25.986892 u | Traza cósmica | 717.000 años | Radiactivo β\(^+\) y captura electrónica dando \(\,^{26}\mathrm{Mg}\). Producido en estrellas y por rayos cósmicos; utilizado para datar meteoritos. |
| Aluminio-28 — \(\,^{28}\mathrm{Al}\) | 13 | 15 | 27.981910 u | No natural | 2,245 minutos | Radiactivo β\(^-\) desintegrándose en silicio-28. Producido en laboratorios. |
| Aluminio-29 — \(\,^{29}\mathrm{Al}\) | 13 | 16 | 28.980445 u | No natural | 6,56 minutos | Radiactivo β\(^-\) dando silicio-29. Utilizado en investigación nuclear. |
| Otros isótopos — \(\,^{21}\mathrm{Al}\) a \(\,^{43}\mathrm{Al}\) | 13 | 8 — 30 | — (variable) | No naturales | Milisegundos a segundos | Isótopos muy inestables producidos artificialmente; investigación en física nuclear. |
N.B. :
Capas electrónicas: Cómo se organizan los electrones alrededor del núcleo.
El aluminio tiene 13 electrones distribuidos en tres capas electrónicas. Su configuración electrónica completa es: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹, o simplificada: [Ne] 3s² 3p¹. Esta configuración también puede escribirse como: K(2) L(8) M(3).
Capa K (n=1): contiene 2 electrones en el subnivel 1s. Esta capa interna está completa y es muy estable.
Capa L (n=2): contiene 8 electrones distribuidos como 2s² 2p⁶. Esta capa también está completa, formando una configuración de gas noble (neón).
Capa M (n=3): contiene 3 electrones distribuidos como 3s² 3p¹. Los orbitales 3s están completos, mientras que los orbitales 3p contienen solo un electrón de seis posibles. Esta capa externa está, por lo tanto, muy incompleta.
Los 3 electrones en la capa externa (3s² 3p¹) son los electrones de valencia del aluminio. Esta configuración explica sus propiedades químicas:
Al perder sus 3 electrones de valencia, el aluminio forma el ion Al³⁺ (estado de oxidación +3), su único y sistemático estado de oxidación en todos sus compuestos.
El ion Al³⁺ adopta entonces una configuración electrónica idéntica a la del neón [Ne], un gas noble, lo que confiere gran estabilidad a este ion.
A diferencia de otros metales, el aluminio no presenta estados de oxidación intermedios estables; solo se observa el estado +3 en química.
La configuración electrónica del aluminio, con 3 electrones en su capa de valencia, lo clasifica en el grupo 13 de la tabla periódica (familia del boro). Esta estructura le confiere propiedades características: tendencia exclusiva a formar el ion Al³⁺ al perder todos sus electrones de valencia, capacidad para formar enlaces tanto iónicos (con no metales) como metálicos (estructura cristalina), y aptitud para formar compuestos covalentes en algunos casos. El aluminio tiene una fuerte afinidad por el oxígeno, formando espontáneamente en el aire una fina capa de óxido de aluminio (Al₂O₃) que lo protege de la corrosión. Esta pasivación natural explica su notable resistencia a la corrosión a pesar de su reactividad intrínseca. Su importancia industrial es mayor: el aluminio es el metal más utilizado después del hierro, gracias a su ligereza (densidad de 2.7 g/cm³), buena conductividad eléctrica y térmica, maleabilidad y resistencia a la corrosión. Se emplea ampliamente en aeronáutica, envases, construcción y la industria eléctrica. El aluminio es el tercer elemento más abundante en la corteza terrestre.
A pesar de su alta reactividad termodinámica, el aluminio parece químicamente inerte debido a la capa de óxido protectora que se forma instantáneamente en su superficie. Esta pasivación puede reforzarse artificialmente mediante anodización. El aluminio reacciona con los ácidos (liberando hidrógeno) y las bases fuertes (formando aluminatos). A altas temperaturas, puede reducir muchos óxidos metálicos en reacciones altamente exotérmicas (reacción termita). El aluminio forma principalmente compuestos en el estado de oxidación +III, notablemente óxido de aluminio (Al₂O₃), cloruro de aluminio (AlCl₃) y sulfato de aluminio (Al₂(SO₄)₃).
El aluminio es el metal no ferroso más producido en el mundo, con una producción anual que supera los 65 millones de toneladas. Su producción primaria por electrólisis es muy intensiva en energía, consumiendo aproximadamente 15.000 kWh por tonelada de aluminio producido. Sin embargo, el reciclaje de aluminio tiene un balance energético notable: refundir aluminio reciclado solo requiere el 5% de la energía necesaria para la producción primaria. Aproximadamente el 75% de todo el aluminio producido sigue en uso hoy en día gracias al reciclaje. Esta reciclabilidad infinita sin pérdida de calidad hace del aluminio un material clave para la economía circular y la transición ecológica.
El aluminio se extrae principalmente de la bauxita, un mineral rico en óxido de aluminio hidratado. El proceso Bayer permite purificar la bauxita en alúmina (Al₂O₃). La alúmina se reduce luego a aluminio metálico mediante el proceso Hall-Héroult: electrólisis en un baño de criolita fundida a aproximadamente 960 °C. Los principales países productores de bauxita son Australia, Guinea, Brasil y China. Dado que la producción de aluminio requiere mucha electricidad, se concentra en países con energía hidroeléctrica abundante y barata.
El aluminio se produce en estrellas masivas mediante fusión nuclear durante las etapas avanzadas de su evolución. El isótopo radiactivo aluminio-26 (\(\,^{26}\mathrm{Al}\)), con una vida media de 717.000 años, es particularmente importante en astrofísica. Su desintegración produce radiación gamma característica que permite mapear regiones de formación estelar activa en nuestra galaxia. La presencia de aluminio-26 en meteoritos primitivos indica que el sistema solar se formó en un entorno rico en supernovas recientes. Este isótopo también contribuyó al calentamiento interno de los primeros cuerpos del sistema solar, desempeñando un papel en su diferenciación geoquímica.
N.B.:
El aluminio fue en algún momento más precioso que el oro. A mediados del siglo XIX, antes de la invención del proceso Hall-Héroult, el aluminio era más caro que el oro y se reservaba para objetos de lujo. Napoleón III poseía un juego de mesa de aluminio que reservaba para sus invitados más prestigiosos, mientras que los demás debían conformarse con vajilla de oro. La cima del Monumento a Washington, inaugurado en 1884, estaba coronada por una pirámide de aluminio de 2,8 kg, entonces la pieza de aluminio fundido más grande del mundo, símbolo de modernidad y progreso técnico.
