La cantidad de aluminio en el agua de mar varía entre aproximadamente 0,013 y 5 ppb. Se sabe que el océano Atlántico contiene más aluminio que el océano Pacífico. El agua de los ríos generalmente contiene alrededor de 400 ppb de aluminio.
El aluminio se presenta principalmente como Al3+ (aq) en condiciones ácidas, y como Al(OH)4- (aq) en condiciones neutras a alcalinas. Otras formas son AlOH2+ (aq) y Al(OH)3 (aq).
¿De qué manera y en qué forma reacciona el aluminio con el agua?
El aluminio metálico desarrolla rápidamente una fina capa de óxido de aluminio de unos pocos milímetros que impide que el metal reaccione con el agua. Cuando esta capa se corroe se desarrolla una reacción que libera gas hidrógeno altamente inflamable.
El cloruro de aluminio se hidroliza en el agua, y forma una niebla cuando entra en contacto con el aire, porque se forman gotas de ácido clorhídrico cuando reacciona con el vapor de agua.
Los iones de aluminio en otros compuestos también se hidrolizan, y esto continúa hasta que la carga catiónica se ha agotado, terminando la reacción por la formación de hidróxido. El comienzo de la reacción de hidrólisis es el siguiente:
Al3+(aq) + 6H2O(l) <-> 3+ (aq)
Solubilidad del aluminio y de los compuestos de aluminio
Los compuestos de aluminio más abundantes son el óxido de aluminio y el hidróxido de aluminio, y éstos son insolubles en agua.
El óxido de aluminio puede estar presente en el agua tanto en forma alcalina (2Al2O3 (s) + 6H+ (aq) -> Al3+ (aq) + 3H2O (l)) como en forma ácida (2Al2O3 (s) + 2OH- (aq) -> AlO2- (aq) + H2O (l)).
Un ejemplo de compuesto de aluminio soluble en agua es el sulfato de aluminio con una solubilidad en agua de 370 g/L.
¿Por qué está presente el aluminio en el agua?
El aluminio se forma durante la meteorización de los feldespatos, como la ortoclasa, la anortita, la albita, las micas y la bauxita, y posteriormente acaba en los minerales de arcilla. Varias piedras preciosas contienen aluminio, por ejemplo el rubí y el zafiro.
Actualmente, sólo el hierro y el acero se producen en mayor cantidad que el aluminio. Además, el aluminio se recicla en gran medida porque esto es muy posible. Se aplica, por ejemplo, en marcos, pomos de puertas, carrocerías de coches, piezas de aviones (la relación peso/resistencia es muy favorable), motores, cables y latas. El aluminio es un buen reflector, por lo que se aplica en espejos solares y mantas reflectantes del calor. El aluminio se transforma en latas, cables y aleaciones.
Las sales de aluminio se añaden a menudo al agua para iniciar reacciones de precipitación para la eliminación de fosfatos. En consecuencia, los lodos de depuración de aguas con un valor de pH entre 6,8 y 7,3 están presentes como hidróxidos.
El aluminio se aplica como fertilizante en las plantaciones de té. Otros compuestos de aluminio se aplican en la producción de papel. Se aplican aleaciones como el duraluminio porque son más fuertes que el propio aluminio. La espuma de aluminio se aplica en túneles como material de insonorización.
Otros ejemplos de aplicación del aluminio incluyen el uso del cloruro de aluminio en los procesos de craqueo, el óxido de aluminio como abrasivo o para la producción de objetos inflamables, el uso del sulfato de aluminio como material básico en la cola del papel, los curtidores, los mordientes y el caucho sintético, y el hidrógeno de aluminio como agente de reducción e hidratación.
El aluminio se presenta como un aerosol en las capas superficiales oceánicas y en las aguas. Esto se debe a que el polvo de aluminio acaba en el agua. Las partículas terminan en el agua a través de la escorrentía superficial o el transporte atmosférico.
En general, las concentraciones de aluminio aumentan con el aumento de la profundidad del agua.
¿Cuáles son los efectos ambientales del aluminio en el agua?
El aluminio puede afectar negativamente a la vida terrestre y acuática de diferentes maneras. Las concentraciones habituales de aluminio en las aguas subterráneas son de aproximadamente 0,4 ppm, ya que está presente en los suelos como hidróxido insoluble en agua. A valores de pH inferiores a 4,5 la solubilidad aumenta rápidamente, lo que hace que las concentraciones de aluminio superen las 5 ppm. Esto también puede ocurrir a valores de pH muy altos.
Los iones de Al3+ disueltos son tóxicos para las plantas; estos afectan a las raíces y disminuyen el consumo de fosfato. Como se mencionó anteriormente, cuando los valores de pH aumentan el aluminio se disuelve. Esto explica la correlación entre las lluvias ácidas y las concentraciones de aluminio en el suelo. Al aumentar la deposición de nitratos la cantidad de aluminio aumenta, mientras que disminuye bajo grandes superficies de brezo y agrícolas. En los suelos forestales aumenta.
El aluminio no es un requisito dietético para las plantas, pero puede influir positivamente en el crecimiento de algunas especies. Es absorbido por todas las plantas debido a su amplia distribución en los suelos. Las especies de hierba pueden acumular concentraciones de aluminio superiores al 1% de la masa seca.
La lluvia ácida disuelve los minerales del suelo y los transporta a las fuentes de agua. Esto puede hacer que aumenten las concentraciones de aluminio en ríos y lagos.
El aluminio se encuentra de forma natural en las aguas en concentraciones muy bajas. Las concentraciones más altas derivadas de los residuos mineros pueden afectar negativamente a la biocoenosis acuática. El aluminio es tóxico para los peces en aguas ácidas no tamponadas a partir de una concentración de 0,1 mg/L. La escasez simultánea de electrolitos influye en la permeabilidad de las gaviotas y daña las células superficiales de las mismas. El aluminio es principalmente tóxico para los peces en los valores de pH 5,0-5,5. Los iones de aluminio se acumulan en las gaviotas y las obstruyen con una capa viscosa, lo que limita la respiración. Cuando los valores de pH disminuyen, los iones de aluminio influyen en la regulación de la permeabilidad de las gaviotas por el calcio. Esto aumenta las pérdidas de sodio. El calcio y el aluminio son antagónicos, pero la adición de calcio no puede limitar la pérdida de electrolitos. Esto afecta principalmente a los animales jóvenes. Una concentración de aluminio de 1,5 mg/L resultó ser mortal para las truchas. El elemento también influye en el crecimiento de los peces óseos de agua dulce.
El fitoplancton contiene aproximadamente 40-400 ppm de aluminio (masa seca), lo que conduce a un factor de bioconcentración de 104-105 en comparación con el agua de mar.
Los organismos terrestres también contienen algo de aluminio. Ejemplos: larvas de mosquito 7-33 ppm, colémbolos 36-424 ppm (masa seca). Juntos, los valores de pH y las concentraciones de aluminio determinan la mortalidad de las larvas.
Se conocen varios valores de LD50 para ratas para el aluminio. Para la ingesta oral es de 420 mg/kg para el cloruro de aluminio, y de 3671 mg/kg para el aluminio no deshidratado. El mecanismo de toxicidad se basa principalmente en la inhibición enzimática.
Sólo existe un isótopo de aluminio no radiactivo en la naturaleza. Hay ocho isótopos inestables.
¿Cuáles son los efectos del aluminio en el agua sobre la salud?
La concentración total de aluminio en el cuerpo humano es de aproximadamente 9 ppm (masa seca). En algunos órganos, concretamente el bazo, los riñones y los pulmones, puede haber concentraciones de hasta 100 ppm (masa seca). La ingesta diaria de aluminio es de aproximadamente 5 mg, de los cuales sólo se absorbe una pequeña fracción. Esto conduce a una toxicidad aguda relativamente baja. La absorción es de unos 10 μg al día. Estas cantidades se consideran inofensivas para el ser humano. El silicio puede disminuir la absorción del aluminio. Sin embargo, una vez que el elemento es absorbido por el cuerpo, no se elimina fácilmente.
Una gran ingesta de aluminio puede influir negativamente en la salud. Esto se ha relacionado con daños en los nervios. Especialmente las personas con daños renales son susceptibles de sufrir toxicidad por aluminio. Existe un riesgo de alergias. El aluminio es probablemente mutagénico y cancerígeno. Se sospecha que existe una correlación entre la ingesta de aluminio y un mayor número de casos de Alzheimer. Sin embargo, esto es incierto porque las concentraciones de aluminio siempre aumentan con la edad. El aumento de la ingesta de aluminio también puede causar osteomalacia (déficit de vitamina D y calcio).
La ingesta de aluminio se produce principalmente a través de los alimentos y el agua potable. Las normas más recientes se sitúan entre 50 y 200 μg/L. Las partículas de aluminio pueden provocar un trastorno pulmonar funcional.
No se conocen enfermedades relacionadas con la escasez de aluminio.
El cloruro de aluminio puede corroer la piel, irritar las membranas mucosas de los ojos y provocar sudoración, falta de aire y tos. El alumbre aumenta la coagulación de la sangre.
¿Qué tecnologías de purificación del agua pueden aplicarse para eliminar el aluminio del agua?
El aluminio puede eliminarse del agua mediante el intercambio de iones o la coagulación/floculación. Las sales de aluminio se aplican en el tratamiento del agua para las reacciones de precipitación. La adición de sulfato de aluminio y cal al agua provoca la formación de hidróxido de aluminio, lo que conduce a la sedimentación de los contaminantes. El hidróxido es insoluble en agua, por lo que sólo quedan 0,05 ppm de aluminio disuelto. Esto está por debajo del límite legal para el agua potable de la Organización Mundial de la Salud (OMS), de 0,2 ppm de aluminio.
Literatura y los demás elementos y su interacción con el agua