A quantidade de alumínio na água do mar varia entre aproximadamente 0,013 e 5 ppb. O Oceano Atlântico é conhecido por conter mais alumínio do que o Oceano Pacífico. A água do rio geralmente contém cerca de 400 ppb de alumínio.
Alumínio ocorre principalmente como Al3+ (aq) sob condições ácidas, e como Al(OH)4- (aq) sob condições neutras a alcalinas. Outras formas incluem AlOH2+ (aq) e Al(OH)3 (aq).
Em que forma e como reage o alumínio com a água?
O metal alumínio desenvolve rapidamente uma fina camada de óxido de alumínio de alguns milímetros que impede que o metal reaja com a água. Quando esta camada é corroída desenvolve-se uma reação, liberando gás hidrogênio altamente inflamável.
Cloreto de alumínio hidrolisado na água, e forma uma névoa quando em contato com o ar, pois o ácido clorídrico cai quando reage com o vapor de água.
Ions de alumínio em outros compostos também hidrolisam, e isto continua até que a carga catiônica se esgote, terminando a reação pela formação de hidróxido. O início da reação de hidrólise é o seguinte:
Al3+(aq) + 6H2O(l) <-> 3+ (aq)
Solubilidade do alumínio e compostos de alumínio
Os compostos de alumínio mais abundantes são óxido e hidróxido de alumínio, e estes são insolúveis em água.
Óxido de alumínio pode estar presente na água tanto na forma alcalina (2Al2O3 (s) + 6H+ (aq) -> Al3+ (aq) + 3H2O (l)) quanto na forma ácida (2Al2O3 (s) + 2OH- (aq) -> AlO2- (aq) + H2O (l)).
Um exemplo de um composto de alumínio solúvel em água é o sulfato de alumínio com uma solubilidade em água de 370 g/L.
Por que o alumínio está presente na água?
Forma-se alumínio durante o envelhecimento mineral dos feldspatos, tais como e ortoclase, anorthite, albite, micas e bauxite, e posteriormente acaba em minerais argilosos. Uma série de pedras preciosas contém alumínio, exemplos são o rubi e a safira.
Correntemente, apenas ferro e aço são produzidos em maiores quantidades do que o alumínio. Além disso, o alumínio é largamente reciclado porque isto é muito claramente possível. É aplicado, por exemplo, em molduras, puxadores de portas, carrocerias de automóveis, peças planas (a relação peso/força é muito favorável), motores, cabos e latas. O alumínio é um bom reflector e por isso é aplicado em espelhos solares e cobertores reflectores de calor. O alumínio é processado em latas, cabos e ligas.
Sais de alumínio são frequentemente adicionados à água para iniciar reacções de precipitação para remoção de fosfatos. Consequentemente, o lodo de esgoto na purificação da água com um valor de pH entre 6,8 e 7,3 está presente como hidróxidos.
Alumínio é aplicado como fertilizante em plantações de chá. Outros compostos de alumínio são aplicados na produção de papel. Ligas como o duralumínio são aplicadas porque são mais fortes que o próprio alumínio. A espuma de alumínio é aplicada em túneis como material insonorizante.
Outros exemplos de aplicação do alumínio incluem o uso de cloreto de alumínio em processos de rachadura, óxido de alumínio como abrasivo ou para produção de objetos inflamáveis, uso de sulfato de alumínio como material básico em cola de papel, curtumes, mordentes e borracha sintética, e hidrogênio de alumínio como agente redutor e hidratante.
Alumínio ocorre como um aerossol em camadas superficiais oceânicas e em águas. Isso ocorre porque o pó de alumínio acaba na água. As partículas acabam na água através do escoamento superficial ou do transporte atmosférico.
De um modo geral, as concentrações de alumínio aumentam com o aumento da profundidade da água.
Quais são os efeitos ambientais do alumínio na água?
Alumínio pode afetar negativamente a vida terrestre e aquática de diferentes maneiras. As concentrações regulares de alumínio nas águas subterrâneas são cerca de 0,4 ppm, porque está presente nos solos como hidróxido insolúvel na água. A valores de pH abaixo de 4,5 a solubilidade aumenta rapidamente, fazendo com que as concentrações de alumínio aumentem acima de 5 ppm. Isto também pode ocorrer em valores de pH muito altos.
Al3+-iões dissolvidos são tóxicos para as plantas; estes afectam as raízes e diminuem a ingestão de fosfatos. Como foi mencionado acima, quando os valores de pH aumentam, o alumínio se dissolve. Isto explica a correlação entre as chuvas ácidas e as concentrações de alumínio no solo. Ao aumentar a deposição de nitrato, a quantidade de alumínio aumenta, enquanto diminui sob grandes superfícies de urze e agricultura. Nos solos florestais aumenta.
Alumínio não é um requerimento dietético para as plantas, mas pode influenciar positivamente o crescimento em algumas espécies. É absorvido por todas as plantas devido à sua ampla distribuição nos solos. As espécies de gramíneas podem acumular concentrações de alumínio acima de 1% de massa seca.
A chuva ácida dissolve minerais nos solos, e os transporta para fontes de água. Isto pode causar o aumento das concentrações de alumínio nos rios e lagos.
Alumínio ocorre naturalmente nas águas em concentrações muito baixas. Concentrações mais altas derivadas de resíduos de mineração podem afetar negativamente a biocoenose aquática. O alumínio é tóxico para peixes em águas ácidas, sem tampão, a partir de uma concentração de 0,1 mg/L. A escassez simultânea de eletrólitos influencia a permeabilidade das gaivotas, e danifica as células da superfície das gaivotas. O alumínio é principalmente tóxico para os peixes a valores de pH de 5,0-5,5. Os iões de alumínio acumulam-se nas gaivotas e entupem-nas com uma camada viscosa, o que limita a respiração. Quando os valores de pH diminuem, os iões de alumínio influenciam a regulação da permeabilidade das gaivotas pelo cálcio. Isto aumenta as perdas de sódio. O cálcio e o alumínio são antagónicos, mas a adição de cálcio não pode limitar a perda de electrólitos. Isto diz respeito principalmente aos animais jovens. Uma concentração de alumínio de 1,5 mg/L revelou-se fatal para a truta. O elemento também influencia o crescimento de peixes ósseos de água doce.
Fitoplâncton contém aproximadamente 40-400 ppm de alumínio (massa seca), o que leva a um fator de bioconcentração de 104-105 comparado com a água do mar.
Organismos terrestres também contêm algum alumínio. Exemplos: larvas de mosquito 7-33 ppm, rabos de mola 36-424 ppm (massa seca). Juntos, valores de pH e concentrações de alumínio determinam a mortalidade das larvas.
Um número de valores de LD50 para ratos são conhecidos para o alumínio. Para a ingestão oral é 420 mg/kg para o cloreto de alumínio, e 3671 mg/kg para o não-hidratado de alumínio. O mecanismo de toxicidade é baseado principalmente na inibição enzimática.
Apenas um isótopo não radioativo de alumínio ocorre naturalmente. Existem oito isótopos instáveis.
Quais são os efeitos do alumínio na saúde da água?
A concentração total de alumínio no corpo humano é de aproximadamente 9 ppm (massa seca). Em alguns órgãos, especificamente o baço, rins e pulmão, concentrações até 100 ppm (massa seca) podem estar presentes. A ingestão diária de alumínio é de aproximadamente 5 mg, dos quais apenas uma pequena fração é absorvida. Isto leva a uma toxicidade aguda relativamente baixa. A absorção é de cerca de 10 μg por dia. Estas quantidades são consideradas inofensivas para os seres humanos. O silício pode diminuir a absorção de alumínio. No entanto, uma vez que o elemento é absorvido no corpo, ele não é facilmente removido.
A grande ingestão de alumínio pode influenciar negativamente a saúde. Isto foi relacionado com danos nos nervos. Particularmente as pessoas com danos renais são suscetíveis à toxicidade do alumínio. Há um risco de alergias. O alumínio é provavelmente mutagênico e carcinogênico. Suspeita-se de uma correlação entre a absorção de alumínio e um aumento do número de casos de Alzheimer. Entretanto, isso é incerto porque as concentrações de alumínio sempre aumentam com a idade. O aumento da ingestão de alumínio também pode causar osteomalacia (déficit de vitamina D e cálcio).
A ingestão de alumínio ocorre principalmente através de alimentos e água potável. Os padrões mais recentes foram entre 50 e 200 μg/L. Partículas de alumínio podem causar distúrbio pulmonar funcional.
Nenhuma doença conhecida está ligada à escassez de alumínio.
Cloreto de alumínio pode corroer a pele, irritar as mucosas dos olhos e causar transpiração, falta de ar e tosse. O alumínio aumenta a coagulação do sangue.
Que tecnologias de purificação de água podem ser aplicadas para remover o alumínio da água?
Alumínio pode ser removido da água por meio de troca iônica ou coagulação/floculação. Os sais de alumínio são aplicados no tratamento de água para reações de precipitação. A adição de sulfato de alumínio e cal à água provoca a formação de hidróxido de alumínio, o que leva ao assentamento de poluentes. O hidróxido de alumínio é insolúvel na água, portanto restam apenas 0,05 ppm de alumínio dissolvido. Isto está abaixo do limite legal para água potável da Organização Mundial de Saúde (OMS), de 0,2 ppm de alumínio.
Literatura e os outros elementos e sua interação com a água