1.

Introduzione

Alluminio Elemento metallico di simbolo Al e numero atomico 13, appartenente al gruppo IIIA (o 13) della tavola periodica. L'elemento fu isolato per la prima volta nel 1825 dal chimico danese Hans Christian Ørsted. Nel corso dei vent'anni successivi le ricerche condotte dal chimico tedesco Friedrich Wöhler permisero di misurarne la densità relativa, rendendo evidenti le particolari caratteristiche di leggerezza del metallo. Nel 1854 il francese Henri Sainte-Claire Deville ottenne alluminio riducendo il cloruro del metallo con sodio.

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Proprietà

L'alluminio è un metallo leggero e argenteo, di peso atomico 26,9815; fonde a 660 °C, bolle a 2467 °C e ha densità relativa 2,7. Dal punto di vista chimico è estremamente reattivo, possiede elevata elettropositività ed è quindi un forte agente riducente. A contatto con l'aria, si ricopre rapidamente di un velo di ossido trasparente e molto resistente che protegge la superficie dall'effetto di agenti corrosivi e dalla formazione di ruggine. Riduce vari composti metallici allo stato fondamentale e questa proprietà è sfruttata in alcuni processi industriali tra i quali, ad esempio, il processo Thermit per la saldatura del ferro: riscaldando la termite, una miscela di ossido di ferro e alluminio in polvere, l'alluminio rimuove rapidamente l'ossigeno dal ferro e quest'ultimo fonde per effetto del calore sviluppato dalla reazione.

Tra i più importanti composti dell'alluminio sono da citare l'ossido, noto come allumina, l'idrossido, un precipitato bianco che manifesta proprietà anfotere (cioè si comporta sia come gli acidi, sia come le basi), il solfato, detto anche allume, e alcune miscele di composti di zolfo. Molte gemme, quali ad esempio il rubino e lo zaffiro, sono costituite principalmente da ossido di alluminio allo stato cristallino. Il cloruro anidro, infine, è utilizzato nell'industria petrolchimica.

Recenti studi hanno rivelato inattese proprietà dell’alluminio: in certe condizioni, esso si comporterebbe non come un elemento conduttore, ma come una ceramica, e risulterebbe più resistente alle sollecitazioni meccaniche del 30% rispetto al rame. Tali proprietà, spiegabili probabilmente ammettendo l’esistenza di un particolare legame direzionale tra gli atomi di alluminio, potrebbero rivelarsi utili per applicazioni nel campo della microelettronica.

3.

Diffusione

L'alluminio è il più abbondante costituente metallico delle rocce terrestri; si ritrova generalmente come silicato, sia solo sia mescolato con altri metalli come il sodio, il potassio, il ferro, il calcio e il magnesio, ma mai allo stato libero. Il processo di estrazione dai silicati è tuttavia complesso ed estremamente costoso, pertanto la bauxite, un ossido di alluminio idrato e impuro, rappresenta la più importante fonte commerciale del metallo e dei suoi composti.

Nel 1886 lo statunitense Charles Martin Hall e il francese Paul L.T. Héroult scoprirono, indipendentemente l'uno dall'altro, che l'ossido di alluminio si scioglie facilmente nella criolite fusa (Na₃AlF₆) e può quindi essere decomposto per via elettrolitica nel metallo grezzo fuso. Il processo Hall-Héroult costituisce tuttora il metodo principale usato per la produzione di alluminio, sebbene nuovi metodi siano ancora oggetto di ricerca. La purezza del prodotto è stata incrementata fino a ottenere alluminio puro al 99,5%; il metallo può essere poi ulteriormente raffinato fino al 99,99%.

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Usi

L'alluminio è un metallo particolarmente leggero, di costo modesto, duttile e malleabile, e con buone caratteristiche di resistenza alla corrosione. Per questo motivo è utilizzato nell'industria meccanica, aeronautica, e automobilistica, per la fabbricazione di parti di aerei, di vagoni ferroviari e di veicoli a motore. Inoltre presenta notevole resistenza alla corrosione per effetto dell'acqua salata e trova quindi impiego anche nell'industria navale, per la produzione di scafi per le barche e altri mezzi acquatici. L'elevata conducibilità termica rende l'alluminio un materiale adatto alla fabbricazione di utensili da cucina e ne permette l'impiego nei motori a combustione interna. Caratterizzato da buona conducibilità elettrica, esso viene spesso utilizzato in sostituzione del rame nella trasmissione di elevati voltaggi a lunghe distanze. Conduttori in alluminio, estremamente leggeri, sono oggi usati per trasmettere tensioni di oltre 700.000 volt.

L'alluminio sta diventando sempre più importante anche dal punto di vista architettonico, sia per scopi industriali sia ornamentali. Intelaiature di alluminio, finestre e fogli sono eccellenti isolanti. Il metallo viene utilizzato nei reattori nucleari a bassa temperatura perché, nonostante i limiti di impiego dovuti al basso punto di fusione, presenta una buona capacità di assorbire neutroni. Inoltre acquista maggiore resistenza, pur mantenendo la medesima durezza, in seguito a raffreddamento e per questo motivo è usato negli impianti criogenici. Fogli di alluminio spessi 0,018 cm, ormai diffusi in tutte le case, vengono utilizzati per conservare cibo e altre sostanze. Grazie alla leggerezza, alla facilità di plasmatura e alla compatibilità con cibi e bevande, l'alluminio viene largamente impiegato nella fabbricazione di contenitori, imballaggi e lattine. Il riciclaggio di questi contenitori è estremamente importante per la conservazione delle risorse.

Importante è pure l'uso di alluminio sotto forma di leghe che presentano migliori caratteristiche meccaniche rispetto al metallo puro. Leghe speciali vengono usate per le corazze dei carri armati e di altri mezzi di trasporto militari.

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Produzione

La produzione mondiale di alluminio per usi industriali è cresciuta sensibilmente nel giro di un secolo: nel 1886 era inferiore a 45 kg; nel 2000 raggiungeva 24 milioni di tonnellate. Le ricerche mirate allo sviluppo di metodi di estrazione dai silicati potrebbero comunque determinare una crescita ulteriore della produzione e un aumento dei possibili impieghi commerciali e industriali del metallo.