Actividad competencial · Aluminio — QUIMICA PEvAU Andalucía 2025

Actividad competencial

Aluminio

Competencial

2025 · Extraordinaria · Reserva

EL ALUMINIO: UN METAL MULTIUSOS

El aluminio es el tercer elemento más abundante en la corteza terrestre. Se encuentra principalmente en la bauxita en forma de óxido de aluminio ( $\ce{Al2O3}$ ), junto a otros compuestos como el óxido de titanio(IV) y el óxido de hierro(II). Para obtener aluminio metálico se extrae el $\ce{Al2O3}$ de la bauxita (Proceso Bayer) y, a continuación, se obtiene aluminio metálico y oxígeno mediante electrólisis (Proceso Hall-Héroult). Este material es ligero, resistente a la corrosión y altamente versátil, lo que lo convierte en un material muy útil para la fabricación de papel de aluminio, latas de bebidas y en el sector aeroespacial, entre otros muchos usos. El papel de aluminio usado para envolver alimentos es una lámina muy delgada de aluminio que en contacto con el $\ce{O2}$ del aire se oxida, formándose sobre su superficie una capa de óxido de aluminio, que actúa como barrera protectora frente a la corrosión. Además, el aluminio se puede oxidar en presencia de otras sustancias (ver Tabla). Por otra parte, el $\ce{Al(OH)3}$ es un sólido poco soluble en agua ( $s= 1,72 \cdot 10^{-9} \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1}$ , a $25^\circ\text{C}$ ) y es el principio activo de un fármaco que se usa para neutralizar la acidez estomacal debida a los ácidos que contiene el estómago y que provocan sensación de ardor.Reacciones de oxidación del aluminio (no ajustadas):

\ce{Al + O2} -> \ce{Al2O3}

$\ce{Al + HCl -> }$ $\ce{AlCl3}$ $\ce{ + H2}$ $\ce{Al + H2SO4 -> }$ $\ce{Al2(SO4)3}$ $\ce{ + H2}$

a) Ajuste la reacción molecular del aluminio con ácido sulfúrico por el método del ion-electrón.b) Calcule el volumen de disolución acuosa de

\ce{HCl}

10^{-5}\text{ M}

necesario para neutralizar

5\text{ L}

de una disolución acuosa saturada de

\ce{Al(OH)3}

c) Nombre o formule los cuatro compuestos que aparecen en negrita.

Equilibrios redoxEquilibrios acido-baseActividad competencial+1

Reactividad y propiedades del aluminio y sus compuestos

a) Ajuste de las reacciones de oxidación del aluminio en diferentes medios:

\ce{4 Al + 3 O2} -> \ce{2 Al2O3}

\ce{2 Al + 6 HCl} -> \ce{2 AlCl3 + 3 H2}

\ce{2 Al + 3 H2SO4} -> \ce{Al2(SO4)3 + 3 H2}

b) Cálculo del producto de solubilidad (

K_{ps}

) del

\ce{Al(OH)3}

25^\circ\text{C}

El equilibrio de solubilidad para el hidróxido de aluminio se establece según la siguiente ecuación química:

\ce{Al(OH)3 (s)} <=> \ce{Al^{3+} (aq) + 3 OH^{-} (aq)}

A partir de la solubilidad molar ( $s$ ), definimos las concentraciones de las especies iónicas en el equilibrio mediante la tabla ICE:

\begin{array}{l|ccc} & \ce{Al(OH)3 (s)} & \ce{Al^{3+} (aq)} & \ce{OH^{-} (aq)} \ \hline \text{Inicio} & - & 0 & 0 \ \text{Cambio} & - & +s & +3s \ \text{Equilibrio} & - & s & 3s \end{array}

La expresión matemática del producto de solubilidad es $K_{ps} = [\ce{Al^{3+}}] \cdot [\ce{OH^{-}}]^3$ . Sustituyendo los términos de la tabla ICE:

K_{ps} = s \cdot (3s)^3 = 27s^4

Sustituyendo el valor experimental de la solubilidad $s = 1,72 \cdot 10^{-9} \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1}$ :

K_{ps} = 27 \cdot (1,72 \cdot 10^{-9})^4 = 2,36 \cdot 10^{-34}

c) Acción neutralizante del

\ce{Al(OH)3}

frente a la acidez estomacal:

El hidróxido de aluminio actúa como una base débil que neutraliza el ácido clorhídrico (ácido fuerte) presente en el jugo gástrico, produciendo cloruro de aluminio y agua según la reacción ajustada:

\ce{Al(OH)3 + 3 HCl} -> \ce{AlCl3 + 3 H2O}

d) Justificación de la resistencia a la corrosión del aluminio:

Aunque el aluminio tiene un potencial de oxidación elevado, su aparente inercia química se debe a la pasivación. En contacto con el $\ce{O2}$ , el aluminio forma de manera espontánea una capa superficial de $\ce{Al2O3}$ . Esta capa es extremadamente delgada, continua y adherente, actuando como una barrera física impermeable que impide la difusión del oxígeno hacia el interior del metal, deteniendo así el proceso de corrosión.