La quantità di alluminio nell’acqua di mare varia tra circa 0,013 e 5 ppb. L’Oceano Atlantico è noto per contenere più alluminio dell’Oceano Pacifico. L’acqua di fiume contiene generalmente circa 400 ppb di alluminio.
L’alluminio si presenta principalmente come Al3+ (aq) in condizioni acide, e come Al(OH)4- (aq) in condizioni da neutre ad alcaline. Altre forme includono AlOH2+ (aq) e Al(OH)3 (aq).
In che modo e in che forma l’alluminio reagisce con l’acqua?
L’alluminio metallico sviluppa rapidamente un sottile strato di ossido di alluminio di pochi millimetri che impedisce al metallo di reagire con l’acqua. Quando questo strato è corroso si sviluppa una reazione, rilasciando gas di idrogeno altamente infiammabile.
Il cloruro di alluminio si idrolizza in acqua, e forma una nebbia quando viene a contatto con l’aria, perché le gocce di acido cloridrico si formano quando reagisce con il vapore acqueo.
Anche gli ioni di alluminio in altri composti si idrolizzano, e questo continua fino a quando la carica cationica si è esaurita, terminando la reazione per formazione di idrossido. L’inizio della reazione di idrolisi è il seguente:
Al3+(aq) + 6H2O(l) <-> 3+ (aq)
Solubilità dell’alluminio e dei composti di alluminio
I composti di alluminio più abbondanti sono ossido e idrossido di alluminio, e questi sono insolubili in acqua.
L’ossido di alluminio può essere presente in acqua sia in forma alcalina (2Al2O3 (s) + 6H+ (aq) -> Al3+ (aq) + 3H2O (l)) che in forma acida (2Al2O3 (s) + 2OH- (aq) -> AlO2- (aq) + H2O (l)).
Un esempio di un composto di alluminio solubile in acqua è il solfato di alluminio con una solubilità in acqua di 370 g/L.
Perché l’alluminio è presente nell’acqua?
L’alluminio si forma durante l’invecchiamento dei feldspati, come ortoclasio, anortite, albite, mica e bauxite, e successivamente finisce nei minerali di argilla. Un certo numero di pietre preziose contengono alluminio, esempi sono il rubino e lo zaffiro.
Oggi, solo il ferro e l’acciaio sono prodotti in quantità maggiori dell’alluminio. Inoltre, l’alluminio è in gran parte riciclato perché questo è decisamente possibile. Viene applicato, per esempio, in cornici, pomelli di porte, carrozzerie di automobili, parti di aerei (il rapporto peso/forza è molto favorevole), motori, cavi e lattine. L’alluminio è un buon riflettore ed è quindi applicato in specchi solari e coperte che riflettono il calore. L’alluminio è trasformato in lattine, cablaggi e leghe.
I sali di alluminio sono spesso aggiunti all’acqua per avviare reazioni di precipitazione per la rimozione dei fosfati. Di conseguenza, i fanghi di depurazione dell’acqua con un valore di pH tra 6.8 e 7.3 sono presenti come idrossidi.
L’alluminio è applicato come fertilizzante nelle piantagioni di tè. Altri composti di alluminio sono applicati nella produzione di carta. Leghe come il duralluminio sono applicate perché sono più forti dell’alluminio stesso. La schiuma di alluminio è applicata nei tunnel come materiale insonorizzante.
Altri esempi di applicazione dell’alluminio includono l’uso del cloruro di alluminio nei processi di cracking, l’ossido di alluminio come abrasivo o per la produzione di oggetti infiammabili, l’uso del solfato di alluminio come materiale di base nella colla per carta, nei conciatori, nei mordenti e nella gomma sintetica, e l’idrogeno di alluminio come agente di riduzione e idratazione.
L’alluminio si presenta come un aerosol negli strati superficiali oceanici e nelle acque. Questo perché la polvere di alluminio finisce nell’acqua. Le particelle finiscono in acqua attraverso il deflusso superficiale o il trasporto atmosferico.
Generalmente, le concentrazioni di alluminio aumentano con l’aumentare della profondità dell’acqua.
Quali sono gli effetti ambientali dell’alluminio in acqua?
L’alluminio può influenzare negativamente la vita terrestre e acquatica in modi diversi. Le concentrazioni regolari di alluminio nell’acqua freatica sono circa 0,4 ppm, perché è presente nei terreni come idrossido insolubile in acqua. A valori di pH inferiori a 4.5 la solubilità aumenta rapidamente, causando un aumento delle concentrazioni di alluminio sopra 5 ppm. Questo può anche accadere a valori di pH molto alti.
Gli ioni Al3+ disciolti sono tossici per le piante; questi colpiscono le radici e diminuiscono l’assunzione di fosfato. Come è stato menzionato sopra, quando i valori di pH aumentano l’alluminio si dissolve. Questo spiega la correlazione tra le piogge acide e le concentrazioni di alluminio nel suolo. All’aumentare della deposizione di nitrati la quantità di alluminio aumenta, mentre diminuisce sotto grandi superfici di erica e agricole. Nei suoli forestali aumenta.
L’alluminio non è un requisito dietetico per le piante, ma può influenzare positivamente la crescita in alcune specie. Viene assorbito da tutte le piante a causa della sua ampia distribuzione nei suoli. Le specie erbacee possono accumulare concentrazioni di alluminio superiori all’1% di massa secca.
La pioggia acida dissolve i minerali nel suolo e li trasporta alle fonti d’acqua. Questo può causare l’aumento delle concentrazioni di alluminio nei fiumi e nei laghi.
L’alluminio si presenta naturalmente nelle acque in concentrazioni molto basse. Concentrazioni più alte derivate dai rifiuti minerari possono influenzare negativamente la biocenosi acquatica. L’alluminio è tossico per i pesci in acque acide e non tamponate a partire da una concentrazione di 0,1 mg/L. Le carenze simultanee di elettroliti influenzano la permeabilità del gabbiano e danneggiano le cellule del gabbiano in superficie. L’alluminio è principalmente tossico per i pesci a valori di pH 5.0-5.5. Gli ioni di alluminio si accumulano sui gabbiani e li intasano con uno strato viscido, che limita la respirazione. Quando i valori di pH diminuiscono, gli ioni di alluminio influenzano la regolazione della permeabilità dei gabbiani tramite il calcio. Questo aumenta le perdite di sodio. Il calcio e l’alluminio sono antagonisti, ma l’aggiunta di calcio non può limitare la perdita di elettroliti. Questo riguarda soprattutto gli animali giovani. Una concentrazione di alluminio di 1,5 mg/L si è rivelata fatale per le trote. L’elemento influenza anche la crescita dei pesci ossei d’acqua dolce.
Il fitoplancton contiene circa 40-400 ppm di alluminio (massa secca), il che porta a un fattore di bioconcentrazione di 104-105 rispetto all’acqua di mare.
Anche gli organismi terrestri contengono dell’alluminio. Esempi: larve di zanzara 7-33 ppm, code di primavera 36-424 ppm (massa secca). Insieme, i valori di pH e le concentrazioni di alluminio determinano la mortalità delle larve.
Un certo numero di valori LD50 per i ratti sono noti per l’alluminio. Per l’assunzione orale questo è 420 mg/kg per il cloruro di alluminio e 3671 mg/kg per l’alluminio non-ahidrato. Il meccanismo di tossicità si basa principalmente sull’inibizione enzimatica.
Solo un isotopo di alluminio non radioattivo si trova in natura. Ci sono otto isotopi instabili.
Quali sono gli effetti sulla salute dell’alluminio nell’acqua?
La concentrazione totale di alluminio nel corpo umano è circa 9 ppm (massa secca). In alcuni organi, in particolare milza, reni e polmoni, possono essere presenti concentrazioni fino a 100 ppm (massa secca). L’assunzione giornaliera di alluminio è di circa 5 mg, di cui solo una piccola frazione viene assorbita. Questo porta ad una tossicità acuta relativamente bassa. L’assorbimento è di circa 10 μg al giorno. Queste quantità sono considerate innocue per gli esseri umani. Il silicio può diminuire l’assorbimento dell’alluminio. Tuttavia, una volta che l’elemento è assunto nel corpo non è facilmente rimosso.
Grande assunzione di alluminio può influenzare negativamente la salute. Questo è stato collegato a danni ai nervi. In particolare le persone con danni ai reni sono suscettibili alla tossicità dell’alluminio. C’è un rischio di allergie. L’alluminio è probabilmente mutageno e cancerogeno. Si sospetta una correlazione tra l’assunzione di alluminio e un aumento dei casi di Alzheimer. Tuttavia, questo è incerto perché le concentrazioni di alluminio aumentano sempre con l’età. Una maggiore assunzione di alluminio può anche causare osteomalacia (deficit di vitamina D e di calcio).
L’assunzione di alluminio avviene principalmente attraverso il cibo e l’acqua potabile. Gli standard più recenti erano tra 50 e 200 μg/L. Le particelle di alluminio possono causare un disturbo funzionale ai polmoni.
Nessuna malattia conosciuta è legata alla carenza di alluminio.
Il cloruro di alluminio può corrodere la pelle, irritare le membrane mucose degli occhi, e causare sudorazione, respiro corto e tosse. L’allume aumenta la coagulazione del sangue.
Quali tecnologie di purificazione dell’acqua possono essere applicate per rimuovere l’alluminio dall’acqua?
L’alluminio può essere rimosso dall’acqua tramite scambio ionico o coagulazione/flocculazione. I sali di alluminio sono applicati nel trattamento dell’acqua per reazioni di precipitazione. L’aggiunta di solfato di alluminio e calce all’acqua causa la formazione di idrossido di alluminio, che porta alla precipitazione degli inquinanti. L’idrossido è insolubile in acqua, quindi rimangono solo 0,05 ppm di alluminio dissolto. Questo è al di sotto del limite legale per l’acqua potabile dell’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), di 0,2 ppm di alluminio.
La letteratura e gli altri elementi e la loro interazione con l’acqua