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Alumínio

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Al
Alumínio

Alumínio em seu estado natural.
Alumínio em seu estado natural.

Numa exposição internacional realizada em Paris, em 1855, foram exibidos quatro grandes blocos de alumínio, que não tinham outra função além da decorativa. Apesar de ser um dos metais mais abundantes da crosta terrestre, o alumínio só tinha sido descoberto 28 anos antes e várias décadas ainda passariam antes de serem desenvolvidos processos que permitissem sua obtenção industrial em um estado razoavelmente puro.

O alumínio é um metal de símbolo Al, branco brilhante, leve, dúctil, maleável, que o ar altera muito pouco e que apresenta uma estrutura cristalina cúbica de face centrada, característica de todos os elementos metálicos.

O alumínio é abundante na natureza, principalmente em forma de silicatos. Sólido, de densidade 2,7 que funde a 660º C e é um bom condutor de calor e eletricidade. Em estado puro, é bastante mole e maleável. Embora seja muito oxidável, não se altera em contato com a água nem com o ar, pois sua superfície é protegida por uma fina camada de alumina. É trivalente em seus compostos, como a alumina Al2O3 ou o cloreto AlCl3.

Propriedades físicas e químicas:

Na ordem decrescente, de acordo com o peso, dos elementos que constituem a crosta terrestre, o alumínio ocupa o terceiro lugar, representando cerca de oito por cento em peso do total. Esse metal faz parte da composição de grande número de rochas e pedras preciosas; entre as primeiras cabe mencionar, graças a seu interesse mineralógico ou metalúrgico, os feldspatos, as micas, a turmalina, a bauxita e a criolita. Entre as pedras preciosas, aquelas que apresentam um maior teor de alumínio são o coríndon, as safiras e os rubis.

O alumínio possui altos índices de condutividade elétrica, e não se altera em contato com o ar ou em presença de água, graças a uma fina capa de óxido que o protege de ataques do meio ambiente. Apresenta, entretanto, elevada reatividade quando em contato com outros elementos: em presença de oxigênio, sofre reação de combustão, liberando grande quantidade de calor, e ao combinar-se com halogênios (cloro, flúor, bromo e iodo) ou com o enxofre, produz imediatamente os respectivos haletos e sulfetos de alumínio.

Descoberta e aplicações:

Desde épocas remotas, já se sabia existir no alúmen (sulfatos duplos de metais) e em outros minerais um metal de características específicas. Entretanto, somente em 1825, o dinamarquês Hans Christian Örsted isolou o alumínio, através da redução do cloreto de alumínio em uma amálgama de potássio. Posteriormente, outros químicos realizaram diversas experiências que permitiram um estudo mais preciso das propriedades desse metal. Destacam-se nesse sentido os trabalhos do alemão Friedrich Wöhler, que conseguiu obter pós e glóbulos de alumínio puro.

A moderna produção de alumínio teve início em 1886, graças a esforços simultâneos do francês Paul-Louis-Toussaint Héroult e do norte americano Charles Martin Hall com o processo desenvolvido, quase simultaneamente. Esse procedimento favorecido pela difusão do uso da energia elétrica, consistia em submeter massas de alumina (óxido de alumínio) purificada, dissolvidas em criolita fundida, ao processo de eletrólise (decomposição de substâncias em solução pela passagem de corrente elétrica).

É nos países com elevado grau de industrialização que se concentra a maior parte das variadas aplicações do alumínio. A maior parte da produção mundial destina-se às indústrias aeronáutica e automobilística.

Outra importante área de aplicação do alumínio é a fabricação do arame, tanto usando o metal puro ou ligas. Com o alumínio são fabricados cabos de transmissão de eletricidade, através de processos de trefilação. Por medida de segurança esses fios são freqüentemente recobertos por uma capa isolante flexível, geralmente de borracha. Também é usado, devido a sua grande condutibilidade térmica e elétrica e condutores para eletrotécnica, condensadores e refletores.

As ligas de alumínio apresentam propriedades importantes, principalmente no que diz respeito a sua facilidade de manipulação e deformação plástica. Como conseqüência, são amplamente empregadas na fabricação de parafusos, peneiras pinos, dobradiças, etc. Essas características delimitam outro dos grandes campos de aplicação do alumínio e suas ligas, o dos materiais de construção. Assim é comum a utilização desse metal no revestimento de fachadas e na fabricação de janelas. O alumínio é também empregado por sua resistência ao ar e a certas corrosões freqüentes em folhas e placas, embalagens dos mais diversos tipos, certas coberturas; atende indústrias químicas, farmacêuticas e alimentícias.

Industrialização do alumínio:

A adaptação das peças de alumínio à forma e à textura adequadas para cada uma de suas muitas aplicações obriga à utilização de uma série de operações industriais.

O principal processo de tratamento do alumínio é a laminação, cujo fundamento é a redução ou modificação da espessura de uma peça metálica através de sua compressão em equipamentos especiais denominados laminadores. Outro processo habitual utilizado para a conformação do alumínio é a extrusão, através da qual o metal, em estado semi-sólido, passa através de um molde vasado, de forma e dimensões semelhantes.

Há também, a elaboração do metal a partir de seu principal minério, a bauxita (à base de óxido de alumínio), que efetua-se industrialmente em duas fases sucessivas:

1. Obtenção de alumina pura, como o minério atacado por soda, precipitação e eliminação das impurezas, lavagem e calcinação, segundo o processo Bayer.

2. Eletrólise ígnea da alumina em solução de fluoreto duplo de alumínio e sódio (criolita), fundindo a 950º C, num forno elétrico de cuba, com ânodos de carbono (coque, grafite). O alumínio é recolhido com cátodos, no fundo da cuba, apresenta um título de 99,8%; após obter alumínio de extraordinária pureza, com título de 99,995%.

Ligas de alumínio:

As ligas de alumínio são bastante utilizadas em diversas aplicações industriais, graças a sua elevada resistência e solidez. O cobre, o magnésio e o silício são alguns dos elementos que mais se apresentam a formar liga com o alumínio. Esse tipo de combinação, de que existem inúmeras variedades, é a chamada liga leva. Entre as de maior interesse industrial, cabe mencionar o duralumínio (de Düren), formado por 93,2 a 95,5% de alumínio, 3,5 a 5,5% de cobre, 0,5 a 0,8% de magnésio e, em alguns tipos, silício; as ligas de alumínio e magnésio empregadas na construção naval, graças a sua elevada resistência à corrosão e soldabilidade; e as ligas de alumínio e silício, que desempenham papel importante na indústria automobilística, devido a sua elevada resistência mecânica e peso reduzido, assim como na fabricação de componentes elétricos.

A tradicional liga de alumínio, o duralumínio (conhecida também como alumínio-cobre-magnésio), pode ser endurecida por um tratamento estrutural (maturação ou envelhecimento) que a torna utilizável na fabricação de automóveis e aviões. Outras ligas, com cobre-níquel, com magnésio (alumig), com magnésio-zinco (zicral), sofrem igualmente esse tratamento térmico característico. Em forma de peças de fundição, a liga de alumínio-silício (alpax) é utilizada na produção de blocos de motores de êmbolos de automóveis.

Para se obter essas ligas é necessário utilizar um alumínio de alta pureza, requisito que tem levado ao desenvolvimento de diversos processos de obtenção desse metal, todos baseados na redução da alumina extraída da bauxita, o mais abundante minério de alumínio.

Economia e produção:

Para se descrever a distribuição geográfica dos produtos relacionados à industrial do alumínio é necessário distinguir claramente entre a produção de bauxita e a do próprio metal, em primeira ou segunda fusão, de acordo com o grau de pureza.

A produção do alumínio purificado está estreitamente vinculada ao nível econômico das regiões beneficiadoras de bauxita. Muito importantes como fatores infra-estruturais são os recursos hidráulicos e energéticos da região e a capacidade de recuperação dos resíduos produzidos no processo de obtenção desse metal. Em fins do século XX, os principais produtores do alumínio refinado eram os Estados Unidos, seguidos por Canadá, Austrália, Brasil e Alemanha.

No Brasil, começaram em 1938 as pesquisas para produção de alumina, e em 1945 entrou em operação uma fábrica da Eletro-Química Brasileira. Paralisada dos anos depois, a fábrica reiniciou suas atividades em 1951, adquirida pelo grupo canadense da Alcan, passando a chamar-se Alumínio Minas Gerais. Em 1955, surgiu uma segunda empresa, a CBA, do grupo Ermírio de Morais. Nos 15 anos seguintes, as duas empresas supriram menos de cinqüenta por cento da demanda interna. Em 1970 surgiu a Companhia Mineira de Alumínio, controlada pelo grupo americano Alcoa e em 1979 a produção brasileira foi de 1.666.997 toneladas.

Além das jazidas de bauxitas já localizadas, principalmente em Poços de Caldas - MG, descobriram-se no Pará riquíssimas reservas: cerca de 400 milhões de toneladas no projeto Jari; cerca de 600 milhões junto ao rio Trombetas (Mineração Rio do Norte, controlada pela Companhia Vale do Rio Doce, com participação de empresas privadas nacionais e estrangeiras); e ainda uma importante jazida na serra de Carajás.

A produção mundial (de primeira fusão) aproxima-se hoje dos 13 de toneladas por ano, tendo mais que quadruplicado nas duas últimas décadas, embora seu ritmo de crescimento já há alguns anos decresça. A geografia da produção não coincide exatamente com a da extração da bauxita, a matéria-prima. Alimentando indústrias sofisticadas, requerendo grandes quantidades de eletricidade (12 a 15kWh por quilo de metal), fator essencial da implantação das usinas de eletrólise, a produção de alumínio toca sobretudo aos países altamente desenvolvidos. Os EUA fornecem quase 1/3 da produção mundial; a Rússia, 1/6. Vêm depois o Japão e o Canadá, seguidos pelo bloco de países da Europa ocidental, s Noruega (que dispõe de abundantes recursos hidrelétricos), a Alemanha Ocidental, a França e a Grã-Bretanha.

Atualmente, a indústria brasileira de alumínio apresenta considerável relevância, sendo responsável por cerca de 3,9% das exportações do país e 2,8% do produto interno bruto industrial.

Propriedades físicas e químicas do alumínio:
Número atômico: 13
Peso atômico: 26,9
Ponto de fusão: 660º C
Ponto de ebulição: 2.467º C
Densidade: 2,7
Gravidade específica: Rede cúbica de face centrada
Raio atômico: 1,43 Å
Estados de oxidação: +3
Configuração eletrônica: 1s22s22p63s23p1

 

 

 

 

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