Como sabéis los lectores habituales, la serie Conoce tus elementos es una de las más ambiciosas de El Tamiz: en ella recorremos la tabla periódica completa, hablando de cada uno de los elementos químicos –por qué son así, cuándo se descubrieron, para qué se utilizan, qué los hace especiales…–. En la última entrada hablamos acerca del elemento de doce protones, el magnesio; hoy nos dedicaremos al de trece protones.

El elemento de hoy es, al igual que el magnesio, un metal muy ligero. Es el metal más abundante en la corteza terrestre, y se utiliza más que casi cualquier otro por sus interesantes propiedades y su abundancia… pero hubo un tiempo en el que era más valioso que el oro, y reyes y emperadores lo guardaban con sus joyas más preciadas, antes de que se convirtiera en uno de los metales más humildes y cotidianos. Hablaremos del aluminio.

El aluminio, como he dicho, tiene trece protones. Cuando todo es “normal”, es decir, no está ionizado, tiene también trece electrones, de manera que la carga neta del átomo sea nula. Además, el núcleo contiene trece o catorce neutrones (o algunas otras combinaciones que sólo duran unos pocos nanosegundos), así que el aluminio tiene dos isótopos en cantidades apreciables: el aluminio-26 (13 protones + 13 neutrones) y el aluminio-27 (13 protones + 14 neutrones). Podría asegurar que el que tú has visto y tocado es aluminio-27, la forma estable, pero de eso hablaremos dentro de un rato.

El aluminio es un elemento especial por varias razones. En primer lugar, es extraordinariamente abundante en la corteza terrestre – fue producido por la primera generación de estrellas, y esparcido por el cosmos cuando algunas de ellas se convirtieron en supernovas. Alrededor del 8% de la corteza terrestre es aluminio: no hay otro metal más común a nuestro alrededor. Una enorme cantidad de rocas contienen aluminio, desde las más humildes como la bauxita hasta las más valiosas, como la esmeralda.

Sin embargo, al igual que el elemento inmediatamente por encima de él en la tabla periódica, el boro, el aluminio es enormemente reactivo: apenas existe puro en la naturaleza. Reacciona muy fácilmente con casi cualquier elemento que quiera obtener electrones, por ejemplo el oxígeno – de ahí que, aunque estoy seguro de que has visto aluminio, puedes estar seguro de que ese aluminio ha sido aislado artificialmente.

Aluminio. Crédito: RTC/Wikipedia (GPL).

Por esa razón, aunque a ti o a mí la foto de arriba no supone ninguna emoción, pues estamos muy acostumbrados a ver aluminio por todas partes, este metal tuvo que esperar mucho tiempo para ser aislado y observado así por un ser humano. Desde luego, dada su abundancia, se conocían muchos compuestos de este elemento, pero ni siquiera se sabía que había un elemento químico metálico en ellos. En la Historia Natural de Plinio el Viejo, del s. I a.C., ya se menciona una sustancia llamada alumen (que hoy conocemos como alumbre), que hace referencia a varias sales con propiedades astringentes.

Sin embargo, pasaron casi dos milenios hasta que pudo aislarse la base metálica del alumbre. Fue, naturalmente, durante la “fiebre” de búsqueda de elementos químicos del siglo XIX. Tampoco debería resultarte sorprendente saber que el descubridor de que había un elemento metálico en el alumbre fue, una vez más, Sir Humphry Davy (que aisló el anterior elemento de la tabla, el magnesio, además de muchos otros) en 1808. Davy denominó inicialmente alumio al elemento, aunque finalmente se decidió por aluminio, pero fue incapaz de aislarlo en una cantidad apreciable.

Pasarían unos años hasta que, en primer lugar, Hans Christian Ørsted lograse obtener aluminio bastante impuro en 1825 y, finalmente, Friedrich Wöhler consiguiera aislar aluminio puro en una cantidad razonable en 1827. Sin embargo, los métodos para obtener aluminio eran muy poco eficaces y requerían largos procesos químicos a elevadas temperaturas, además de funcionar sólo con determinados compuestos del aluminio y no con otros. Vamos, que conseguirlo no era tarea fácil en absoluto.

De modo que trata de imaginar cómo reaccionó la gente: se descubre un metal de color plateado y brillante que sólo existe en cantidades minúsculas en estado puro y es extraordinariamente difícil y caro de obtener. ¿Qué podía pasar? Siendo la gente como es, el aluminio pronto se convirtió en un símbolo de riqueza y un metal cotizadísimo y muy deseado. Las personas más ricas e influyentes lo guardaban como oro en paño – mejor dicho, mucho más codiciosamente que el oro.

Para que te hagas una idea, en la Exposición Universal de 1855 se exhibían barras de aluminio puro junto con las joyas de la corona francesa, para maravilla de la gente. Es más, el propio Emperador Napoleón III tenía como uno de sus más preciados tesoros un juego de platos y cubiertos de aluminio. En algunas cenas, sus invitados más apreciados y cercanos tenían el honor de comer con esta vajilla de aluminio, mientras que el resto sufrían la “humillación” de cenar en platos y con cubiertos de oro.

Otro ejemplo: probablemente conoces el obelisco en honor a George Washington erigido en Washington, D.C. en 1884. La cúspide del obelisco es de aluminio y fue, en aquel momento, la pieza de aluminio puro más grande existente en el mundo (pesa unos tres kilos). Aunque en aquel momento el precio del aluminio había empezado a bajar un poco, cada 30 gramos de la cúspide costaban aún lo mismo que el sueldo diario de uno de los trabajadores que construían el monumento, más o menos lo mismo que la plata.

Crédito: Diliff/Wikipedia (CC 2.5 Sharealike License)

Sin embargo, la cúspide del obelisco de Washington costaría hoy en día unos 6$. ¡Quién se lo hubiera dicho a sus constructores, no digamos ya a Napoleón III! La “culpa” de este desplome la tuvieron el ingeniero estadounidense Charles Martin Hall y el científico francés Paul Héroult. En 1886, sólo dos años después de la erección del obelisco de Washington, desarrollaron de forma independiente un método nuevo para obtener aluminio, lo que conocemos hoy como el proceso de Hall-Héroult, y que sigue utilizándose hoy de forma industrial para aislar aluminio puro.

El proceso de Hall-Héroult consiste básicamente en coger óxido de aluminio (Al2O3) y disolverlo en criolita fundida (Na3AlF6) a unos 1000° C, en una cubeta electrolítica con un ánodo de carbono. Al hacer circular la corriente eléctrica por la cubeta, el carbono se oxida y el aluminio se reduce:

2 Al2O3 + 3 C → 4 Al + 3 CO2

El dióxido de carbono burbujea en el ánodo y el aluminio fundido se va depositando en el cátodo. Como el aluminio es más denso que la criolita, va formando un “fondo de aluminio” en la cubeta que puede ir retirándose periódicamente. Aunque hace falta una enorme cantidad de energía eléctrica para producirlo (la electricidad supone entre un 20% y un 40% del precio del aluminio), el proceso de Hall-Héroult es suficientemente barato como para que el aluminio esté por todas partes.

De hecho, es el segundo metal más empleado en el mundo (detrás del hierro), y la producción mundial ronda los 32 millones de toneladas anuales. La razón, además de lo barato que resulta hoy en día, es que el aluminio tiene varias propiedades interesantes. En primer lugar, hemos dicho que se oxida fácilmente, pero al igual que el magnesio –y al contrario que, por ejemplo, el hierro– no lo hace en su totalidad. Cuando se expone al aire, se forma una fina pátina de óxido sobre la superficie, de modo que el interior del metal queda protegido contra la corrosión.

Por si te estás preguntando por qué no hay bloques de aluminio puro protegidos por capas de óxido en la corteza terrestre, ten en cuenta que originalmente ese aluminio estaba fundido: al mezclarse con oxígeno y otros elementos siendo líquido, no se forma la capa. Por eso es posible producirlo artificialmente sin que desaparezca rápidamente, sin que eso signifique que exista en la naturaleza.

De modo que el aluminio se utiliza cuando se quiere un metal que resista bien la corrosión. Sin embargo, aunque ligero, el aluminio no es muy resistente, de modo que suele alearse con otros metales para proporcionarle más consistencia. Casi todo el aluminio que se emplea en la vida cotidiana está aleado con otros metales, como el de la industria aeronáutica o automovilística, las naves espaciales, etc. Muchas veces se habla en esos casos de que algo “está hecho de aluminio” cuando realmente no es así, sino que se trata de una aleación.

El papel de aluminio (a veces mal llamado “papel de plata”) contiene, efectivamente, más de un 90% de aluminio, aunque –en parte para abaratar el coste– no suele emplearse aluminio puro, que es muy caro de producir, de modo que suele tener impurezas que no alteran demasiado sus propiedades. El papel de aluminio puede fabricarse por otra de las propiedades de este metal: lo maleable que es (pueden fabricarse láminas finas muy fácilmente). También es muy dúctil (puede estirarse en hilos largos), por lo que a veces se hacen cables de aluminio, aunque no es tan buen conductor de la electricidad como otros metales como el cobre.

Bueno, barato y extraordinariamente reflectante.

La utilidad del papel de aluminio, además de la maleabilidad del metal, la da su alta reflectividad. El aluminio refleja más de un 90% de la radiación visible –la luz– incidente. Pero es que en el infrarrojo el aluminio refleja más del 98% de la radiación: de ahí que cuando cocinemos en el horno envolvamos las cosas con papel de aluminio (preferiblemente con la parte más brillante por dentro), para que la radiación emitida por la comida caliente no escape. Lo mismo sucede con las mantas térmicas de color plateado – permiten mantener el calor corporal, al reflejar el aluminio la radiación infrarroja que emitimos.

Pero el aluminio es especial porque, a diferencia de casi todos los metales –con honrosas excepciones, como la del oro–, mantiene esta reflectividad incluso cuando se pulveriza. Casi todos los metales pierden el brillo cuando se convierten en polvo muy fino, pero el aluminio no. De ahí que se utilice, por ejemplo, para fabricar pinturas –muy especialmente metalizadas– o para pintar espejos.

Durante cierto tiempo se pensó que el aluminio podría ser tóxico, aunque no tanto como los metales pesados. Sin embargo, con la excepción de personas que tienen alergia al metal, no se han encontrado pruebas de que pueda serlo. Sí se ha observado una mayor concentración de aluminio en zonas del cerebro afectadas por la enfermedad de Alzheimer, pero se piensa que esto puede deberse a que se acumula ahí como consecuencia de la enfermedad, y no como causa.

De hecho, se utiliza mucho para fabricar utensilios de cocina –puesto que resiste la corrosión muy bien, es ligero y conduce muy bien el calor– y, aunque durante unos años hubo cierta paranoia respecto a su uso, hoy en día no se considera peligroso utilizar objetos de aluminio para cocinar o comer. Sí es cierto que puede producir efectos perjudiciales si se consume en grandes cantidades, pero lo que pueda quedar en la comida al cocinarla en una olla de aluminio no va a hacerte ningún daño.

Pero ¿qué hay de los isótopos? Como dije al principio del artículo, existen dos: el aluminio-27 tiene 14 neutrones y es estable. Más del 99,9% del aluminio de la Tierra es aluminio-27. El aluminio-26 se produce cuando un átomo de argón es golpeado por rayos cósmicos, que lo rompen en fragmentos, uno de los cuales tiene 13 protones y 13 neutrones – aluminio-26. Sin embargo, este isótopo es inestable y su vida media es de tan sólo unos 700.000 años (“tan sólo” geológicamente hablando, claro). De hecho, se utiliza a veces para datar meteoritos: una vez el meteorito cae en la Tierra, la atmósfera lo protege de los rayos cósmicos y deja de producirse aluminio-26, de modo que la proporción de este isótopo que sigue existiendo en los meteoritos es una medida de lo “jóvenes” que son.

De modo que, la próxima vez que utilices papel de aluminio o cocines en un cazo de este paupérrimo metal, dedica una sonrisa maliciosa a Napoleón III, que se moriría de envidia al verte. Y recuerda que la producción de aluminio consume enormes cantidades de electricidad, además de liberar dióxido de carbono a la atmósfera, y las minas necesarias producen efectos inevitables sobre el entorno. El reciclaje del aluminio es económicamente rentable, pues aunque es caro no se acerca al coste de producirlo desde cero, el beneficio fundamental de reciclarlo no es tanto económico como social. No tires aluminio a la basura si puedes evitarlo: ¡Napoleón III no lo tiraría!

En la próxima entrada de la serie, el elemento de catorce protones: el silicio.