O alumínio é produzido em estrelas massivas por fusão nuclear durante as fases avançadas de sua evolução. O isótopo radioativo alumínio-26 (\(\,^{26}\mathrm{Al}\)), com uma meia-vida de 717.000 anos, é particularmente importante em astrofísica. Sua desintegração produz radiação gama característica que permite mapear as regiões de formação estelar ativa em nossa galáxia. A presença de alumínio-26 em meteoritos primitivos indica que o sistema solar se formou em um ambiente rico em supernovas recentes. Este isótopo também contribuiu para o aquecimento interno dos primeiros corpos do sistema solar, desempenhando um papel em sua diferenciação geoquímica.
Embora o alumínio seja o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre, sua extração foi por muito tempo um grande desafio. Em 1807, Humphry Davy (1778-1829) identificou a existência de um metal na alumina (óxido de alumínio) e propôs o nome aluminum. Em 1825, Hans Christian Ørsted (1777-1851) produziu uma pequena quantidade de alumínio impuro reduzindo o cloreto de alumínio com uma amálgama de potássio. Em 1827, Friedrich Wöhler (1800-1882) melhorou o processo e obteve pó de alumínio. Foi Henri Sainte-Claire Deville (1818-1881) quem, em 1854, desenvolveu o primeiro processo industrial usando sódio como redutor. Finalmente, em 1886, Paul Héroult (1863-1914) na França e Charles Martin Hall (1863-1914) nos Estados Unidos descobriram simultaneamente o processo de eletrólise que revolucionou a produção de alumínio e o tornou acessível ao público em geral.
N.B.:
O alumínio já foi mais precioso que o ouro. No meio do século XIX, antes da invenção do processo Hall-Héroult, o alumínio custava mais caro que o ouro e era reservado para objetos de luxo. Napoleão III possuía um jogo de mesa de alumínio que reservava para seus convidados mais prestigiosos, enquanto os outros tinham que se contentar com louça de ouro. O topo do Monumento a Washington, inaugurado em 1884, era coroado por uma pirâmide de alumínio de 2,8 kg, então o maior pedaço de alumínio fundido do mundo, símbolo de modernidade e progresso técnico.
O alumínio (símbolo Al, número atômico 13) é um metal do grupo 13 dos elementos (antigamente grupo IIIA). Seu átomo possui 13 prótons, 13 elétrons e geralmente 14 nêutrons em seu único isótopo estável (\(\,^{27}\mathrm{Al}\)).
À temperatura ambiente, o alumínio é um metal sólido, branco prateado brilhante, notavelmente leve (densidade ≈ 2,70 g/cm³), maleável, dúctil e excelente condutor de eletricidade e calor. Ponto de fusão do alumínio: 933,47 K (660,32 °C). Ponto de ebulição: 2.792 K (2.519 °C). O alumínio forma espontaneamente uma fina camada de óxido de alumínio (Al₂O₃) em sua superfície, que o protege notavelmente da corrosão.
| Isótopo / Notação | Prótons (Z) | Nêutrons (N) | Massa atômica (u) | Abundância natural | Meia-vida / Estabilidade | Decaimento / Observações |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Alumínio-27 — \(\,^{27}\mathrm{Al}\,\) | 13 | 14 | 26.981539 u | 100% | Estável | Único isótopo estável do alumínio; base de todas as suas aplicações. |
| Alumínio-26 — \(\,^{26}\mathrm{Al}\) | 13 | 13 | 25.986892 u | Traço cósmico | 717.000 anos | Radioativo β\(^+\) e captura eletrônica dando \(\,^{26}\mathrm{Mg}\). Produzido em estrelas e por raios cósmicos; usado para datar meteoritos. |
| Alumínio-28 — \(\,^{28}\mathrm{Al}\) | 13 | 15 | 27.981910 u | Não natural | 2,245 minutos | Radioativo β\(^-\) decaindo em silício-28. Produzido em laboratório. |
| Alumínio-29 — \(\,^{29}\mathrm{Al}\) | 13 | 16 | 28.980445 u | Não natural | 6,56 minutos | Radioativo β\(^-\) dando silício-29. Usado em pesquisa nuclear. |
| Outros isótopos — \(\,^{21}\mathrm{Al}\) a \(\,^{43}\mathrm{Al}\) | 13 | 8 — 30 | — (variáveis) | Não naturais | Milissegundos a segundos | Isótopos muito instáveis produzidos artificialmente; pesquisa em física nuclear. |
N.B.:
As camadas eletrônicas: Como os elétrons se organizam ao redor do núcleo.
O alumínio possui 13 elétrons distribuídos em três camadas eletrônicas. Sua configuração eletrônica completa é: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹, ou de maneira simplificada: [Ne] 3s² 3p¹. Esta configuração também pode ser escrita como: K(2) L(8) M(3).
Camada K (n=1): contém 2 elétrons na subcamada 1s. Esta camada interna está completa e é muito estável.
Camada L (n=2): contém 8 elétrons distribuídos como 2s² 2p⁶. Esta camada também está completa, formando uma configuração de gás nobre (neônio).
Camada M (n=3): contém 3 elétrons distribuídos como 3s² 3p¹. As orbitais 3s estão completas, enquanto as orbitais 3p contêm apenas um elétron dos 6 possíveis. Esta camada externa é, portanto, muito incompleta.
O alumínio possui 3 elétrons de valência (configuração 3s² 3p¹) no grupo 13 da tabela periódica. Apresenta um único estado de oxidação estável: +3 (íon Al³⁺).
Ao perder seus 3 elétrons, o alumínio forma o íon Al³⁺ que adota a configuração eletrônica do neônio [Ne], conferindo-lhe grande estabilidade. Ao contrário de outros metais, o alumínio não apresenta estados de oxidação intermediários.
Esta estrutura eletrônica permite que ele forme várias ligações: iônicas com não-metais, metálicas em seu estado puro e, às vezes, covalentes. Tem uma forte afinidade pelo oxigênio.
No ar, o alumínio forma espontaneamente uma fina camada de óxido Al₂O₃ (alumina) que o protege da corrosão. Esta passivação natural explica sua durabilidade apesar de sua reatividade intrínseca.
O alumínio é o metal mais utilizado depois do ferro, apreciado por sua leveza (2,7 g/cm³), boa condutividade elétrica e térmica, maleabilidade e resistência. É essencial na aeronáutica, embalagens, construção e indústria elétrica. É o 3º elemento mais abundante na crosta terrestre.
Apesar de sua alta reatividade termodinâmica, o alumínio parece quimicamente inerte devido à camada de óxido protetora que se forma instantaneamente em sua superfície. Esta passivação pode ser reforçada artificialmente por anodização. O alumínio reage com ácidos (liberando hidrogênio) e bases fortes (formando aluminatos). Em altas temperaturas, pode reduzir muitos óxidos metálicos em reações altamente exotérmicas (reação termita). O alumínio forma principalmente compostos no estado de oxidação +III, notavelmente óxido de alumínio (Al₂O₃), cloreto de alumínio (AlCl₃) e sulfato de alumínio (Al₂(SO₄)₃).
O alumínio é o metal não ferroso mais produzido no mundo, com uma produção anual que supera 65 milhões de toneladas. Sua produção primária por eletrólise é muito intensiva em energia, consumindo cerca de 15.000 kWh por tonelada de alumínio produzido. No entanto, a reciclagem do alumínio apresenta um balanço energético notável: refundir alumínio reciclado requer apenas 5% da energia necessária para a produção primária. Cerca de 75% de todo o alumínio já produzido ainda está em uso hoje graças à reciclagem. Esta reciclabilidade infinita sem perda de qualidade faz do alumínio um material-chave para a economia circular e a transição ecológica.
O alumínio é extraído principalmente da bauxita, um minério rico em óxido de alumínio hidratado. O processo Bayer permite purificar a bauxita em alumina (Al₂O₃). A alumina é então reduzida a alumínio metálico pelo processo Hall-Héroult: eletrólise em um banho de criolita fundida a cerca de 960 °C. Os principais países produtores de bauxita são Austrália, Guiné, Brasil e China. A produção de alumínio requer muita eletricidade, por isso se concentra em países com energia hidroelétrica abundante e barata.
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