Alumínio

ALUMÍNIO

Embora o alumínio seja o terceiro em abundância na litosfera, não é prático extrai-lo

de muitas rochas e minerais que o contêm. A maior parte do alumínio ocorre nos

aluminosilicatos tais como: argilas, micas e feldspatos.

O mineral de alumínio é a bauxita (A pronúncia original, francesa, é boe-zita; nos Estados Unidos é

mais comumente pronunciado box-ite.), que é oxido de alumínio hidratado impuro Al2O3 × xH2O. Este

é separado de suas impurezas, essencialmente óxido de ferro (III) e dióxido de silício, pelo

processo Bayer, no qual o óxido de alumínio é inicialmente dissolvido em hidróxido de sódio

concentrado a quente. O óxido férrico (um óxido básico) é insolúvel, mas o dióxido de silício

(ácido) e o óxido de alumínio (anfótero) se dissolvem. O óxido de alumínio se dissolve

formando o íon aluminato:

Al2O3(s) + 2OH–(aq) + 3H2O 2Al(OH)4

–(aq)

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Tabela 21.7 Os elementos do grupo IIIA.

B Al Ga In Tl

Configuração eletrônica da camada de valência 2s22p1 3s23p1 4s24p1 5s25p1 6s26p1

Ponto de fusão normal, °C 2.300 660 30 156 449

Densidade, g cm–3 2,4 2,7 5,9 7,3 11,8

Essa solução é então resfriada, agitada com ar e germinada com Al(OH)3, resultando

na precipitação de Al(OH)3:

Al(OH)4

–(aq) Al(OH)3(s) + OH–(aq)

O ar fornece CO2 que, sendo ácido, ajuda a precipitação:

Al(OH)4

–(aq) + CO2(g) Al(OH)3(s) + HCO3

–(aq)

O hidróxido é então aquecido para formar o óxido de alumínio, chamado alumina:

2Al(OH)3(s) Al2O3(s) + 3H2O(g)

O alumínio metálico é preparado eletroliticamente pelo processo Hall, a partir da

alumina. No século XIX, Charles Martin Hall era estudante de graduação do Oberlin College,

quando um de seus professores de química o incentivou a, tentar encontrar um método para

produção de alumínio que fosse prático para o emprego em escala industrial. (Na metade do

século XVIII o alumínio era vendido por mais de US$ 500 por libra e era largamente usado

como metal precioso em joalheria etc.). Hall teve o pressentimento de que a eletrólise deveria

servir e, embora nada soubesse de potenciais de eletrodo padrão ou mesmo da existência de

íons (ainda não se sabia da existência dos mesmos), ele conhecia o trabalho de Faraday sobre

a eletrólise. Porém, Hall logo descobriu que a eletrólise de soluções aquosas de sais de

alumínio produzia somente hidrogênio no cátodo. (O potencial padrão de redução do Al3+ a

alumínio metálico é –1,67 V, e então H+ ou H2O são reduzidos, em vez de Al3

+.)

Uma segunda possibilidade, a eletrólise de alumina fundida, Al2O3, foi rejeitada por

Hall devido ao ponto de fusão alto desse composto (2045°C). Hall então pensou num solvente

não aquoso para o Al2O3 e incidentalmente acertou na criolita (do grego, "pedra congelada"),

um mineral encontrado na Groelândia que parece gelo, mas se funde a 950°C (daí o seu

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nome). Criolita é hexafluoroaluminato de sódio, Na3AlF6, e quando fundida dissolve Al2O3.

Hall montou uma espécie de laboratório num barracão de madeira da família e, em

1886,menos de um ano depois de formado, conseguiu eletrolisar uma solução de alumina em

criolita fundida formando alguns glóbulos brilhantes de alumínio. (Por coincidência, o mesmo

processo foi descoberto uma semana depois por Paul Héroult na França. Na Europa é o processo usualmente

conhecido como processo Héroult.)

A célula eletrolítica do processo Hall é operada a cerca de 1000°C e está

esquematizada na Figura 21.2. Não é possível escrever equações simples para as reações que

ocorrem nos eletrodos dessa célula. No cátodo, flúor e oxo complexos de alumínio são

reduzidos a alumínio líquido metálico (ponto de fusão 660°C). Nos ânodos de grafita há

formação de uma mistura de produtos, incluindo O2 e F2. Esses gases são muito reativos,

especialmente a temperaturas elevadas e assim, os ânodos são gradualmente corroídos e

devem ser substituídos periodicamente. O alumínio fundido formado no cátodo é retirado pelo

fundo da cela, é moldado em lingotes. Hoje, a maior parte da criolita usada no processo Hall é

produzida sinteticamente.

Embora o alumínio seja agora muito mais barato do que a 100 anos atrás, vasta

quantidade de energia elétrica é utilizada para produzi-lo. Um equivalente de alumínio pesa

27/3, ou 9 g; significando que um faraday de eletricidade é necessário para produzir somente 9

g do metal. Eis por que o reaproveitamento (de vários objetos) desse metal é tão importante.

Sem dúvida, a energia