Cantitatea de aluminiu din apa de mare variază între aproximativ 0,013 și 5 ppb. Se știe că Oceanul Atlantic conține mai mult aluminiu decât Oceanul Pacific. Apa de râu conține, în general, aproximativ 400 ppb de aluminiu.
Aluminiul apare în principal sub formă de Al3+ (aq) în condiții acide și sub formă de Al(OH)4- (aq) în condiții neutre sau alcaline. Alte forme includ AlOH2+ (aq) și Al(OH)3 (aq).
În ce mod și sub ce formă reacționează aluminiul cu apa?
Aluminiul metalic dezvoltă rapid un strat subțire de oxid de aluminiu de câțiva milimetri care împiedică metalul să reacționeze cu apa. Când acest strat se corodează, se produce o reacție care eliberează hidrogen gazos foarte inflamabil.
Clorura de aluminiu se hidrolizează în apă și formează o ceață când intră în contact cu aerul, deoarece se formează picături de acid clorhidric când reacționează cu vaporii de apă.
Ionii de aluminiu din alți compuși se hidrolizează și ei, iar acest lucru continuă până la epuizarea încărcăturii cationice, încheindu-se reacția prin formarea de hidroxid. Începutul reacției de hidroliză este următorul:
Al3+(aq) + 6H2O(l) <-> 3+ (aq)
Solubilitatea aluminiului și a compușilor de aluminiu
Cei mai abundenți compuși ai aluminiului sunt oxidul de aluminiu și hidroxidul de aluminiu, iar aceștia sunt insolubili în apă.
Oxidul de aluminiu poate fi prezent în apă atât sub formă alcalină (2Al2O3 (s) + 6H+ (aq) -> Al3+ (aq) + 3H2O (l)), cât și sub formă acidă (2Al2O3 (s) + 2OH- (aq) -> AlO2- (aq) + H2O (l)).
Un exemplu de compus de aluminiu solubil în apă este sulfatul de aluminiu cu o solubilitate în apă de 370 g/L.
De ce este prezent aluminiul în apă?
Aluminiul se formează în timpul alterării minerale a feldspaților, cum ar fi și ortoclasul, anorthitul, albitul, micele și bauxita, iar ulterior ajunge în mineralele argiloase. O serie de pietre prețioase conțin aluminiu, exemple fiind rubinul și safirul.
În prezent, doar fierul și oțelul sunt produse în cantități mai mari decât aluminiul. În plus, aluminiul este în mare parte reciclat, deoarece acest lucru este foarte distinct posibil. Este aplicat, de exemplu, în rame, butoane de uși, caroserii de mașini, piese de avion (raportul greutate/rezistență este foarte favorabil), motoare, cabluri și cutii de conserve. Aluminiul este un bun reflector și, prin urmare, se aplică în oglinzile solare și în păturile care reflectă căldura. Aluminiul este prelucrat la cutii de conserve, cabluri și aliaje.
Sărurile de aluminiu sunt adesea adăugate în apă pentru a declanșa reacții de precipitare pentru eliminarea fosfaților. În consecință, nămolul de epurare a apei cu o valoare a pH-ului între 6,8 și 7,3 este prezent sub formă de hidroxizi.
Alumele sunt aplicate ca îngrășământ în plantațiile de ceai. Alți compuși de aluminiu sunt aplicați în producția de hârtie. Aliaje precum duraluminiul sunt aplicate deoarece acestea sunt mai rezistente decât aluminiul în sine. Spuma de aluminiu este aplicată în tuneluri ca material de izolare fonică.
Alte exemple de aplicare a aluminiului includ utilizarea clorurii de aluminiu în procesele de cracare, a oxidului de aluminiu ca abraziv sau pentru producerea de obiecte inflamabile, utilizarea sulfatului de aluminiu ca material de bază în lipiciul de hârtie, tăbăcitori, mordanți și cauciuc sintetic și a hidrogenului de aluminiu ca agent de reducere și hidratare.
Aluminiul apare sub formă de aerosoli în straturile de suprafață ale oceanelor și în ape. Acest lucru se datorează faptului că praful de aluminiu ajunge în apă. Particulele ajung în apă prin scurgere la suprafață sau prin transport atmosferic.
În general, concentrațiile de aluminiu cresc odată cu creșterea adâncimii apei.
Care sunt efectele de mediu ale aluminiului în apă?
Aluminiul poate afecta negativ viața terestră și acvatică în diferite moduri. Concentrațiile obișnuite de aluminiu în apele subterane sunt de aproximativ 0,4 ppm, deoarece acesta este prezent în soluri sub formă de hidroxid insolubil în apă. La valori ale pH-ului sub 4,5, solubilitatea crește rapid, ceea ce face ca concentrațiile de aluminiu să crească peste 5 ppm. Acest lucru se poate întâmpla și la valori foarte ridicate ale pH-ului.
Ionii Al3+ dizolvați sunt toxici pentru plante; aceștia afectează rădăcinile și scad aportul de fosfați. Așa cum s-a menționat mai sus, atunci când valorile pH-ului cresc, aluminiul se dizolvă. Acest lucru explică corelația dintre ploile acide și concentrațiile de aluminiu din sol. La creșterea depunerilor de nitrați, cantitatea de aluminiu crește, în timp ce aceasta scade în cazul suprafețelor mari de heleșteu și al suprafețelor agricole. În solurile forestiere crește.
Aluminiul nu este o cerință alimentară pentru plante, dar poate influența pozitiv creșterea la unele specii. Este absorbit de toate plantele datorită distribuției sale largi în soluri. Speciile de iarbă pot acumula concentrații de aluminiu de peste 1% din masa uscată.
Ploaia acidă dizolvă mineralele din soluri și le transportă către sursele de apă. Acest lucru poate determina creșterea concentrațiilor de aluminiu în râuri și lacuri.
Aluminiul se găsește în mod natural în ape în concentrații foarte mici. Concentrațiile mai mari derivate din deșeurile miniere pot afecta negativ biocenoza acvatică. Aluminiul este toxic pentru pești în apele acide, netamponate, începând cu o concentrație de 0,1 mg/L. Lipsa simultană de electroliți influențează permeabilitatea pescărușilor și deteriorează celulele de suprafață ale pescărușilor. Aluminiul este în principal toxic pentru pești la valori ale pH-ului de 5,0-5,5. Ionii de aluminiu se acumulează pe pescăruși și îi înfundă pe aceștia cu un strat vâscos, ceea ce limitează respirația. Atunci când valorile pH-ului scad, ionii de aluminiu influențează reglarea permeabilității pescărușilor prin calciu. Acest lucru crește pierderile de sodiu. Calciul și aluminiul sunt antagoniste, dar adăugarea de calciu nu poate limita pierderile de electroliți. Acest lucru se referă mai ales la animalele tinere. O concentrație de aluminiu de 1,5 mg/L s-a dovedit a fi fatală pentru păstrăvi. Elementul influențează, de asemenea, creșterea peștilor osoși de apă dulce.
Fitoplanctonul conține aproximativ 40-400 ppm de aluminiu (masă uscată), ceea ce duce la un factor de bioconcentrare de 104-105 în comparație cu apa de mare.
Organismele terestre conțin, de asemenea, o anumită cantitate de aluminiu. Exemple: larve de țânțari 7-33 ppm, cozi de primăvară 36-424 ppm (masă uscată). Împreună, valorile pH-ului și concentrațiile de aluminiu determină mortalitatea larvelor.
Sunt cunoscute o serie de valori LD50 pentru șobolani pentru aluminiu. Pentru ingestia pe cale orală, aceasta este de 420 mg/kg pentru clorura de aluminiu și de 3671 mg/kg pentru aluminiul neahidrat. Mecanismul de toxicitate se bazează în principal pe inhibarea enzimelor.
Numai un singur izotop non-radioactiv al aluminiului există în mod natural. Există opt izotopi instabili.
Care sunt efectele aluminiului din apă asupra sănătății?
Concentrația totală de aluminiu în corpul uman este de aproximativ 9 ppm (masă uscată). În unele organe, în special în splină, rinichi și plămâni, pot fi prezente concentrații de până la 100 ppm (masă uscată). Aportul zilnic de aluminiu este de aproximativ 5 mg, din care doar o mică parte este absorbită. Acest lucru conduce la o toxicitate acută relativ scăzută. Absorbția este de aproximativ 10 μg pe zi. Aceste cantități sunt considerate inofensive pentru om. Siliciul poate diminua absorbția aluminiului. Cu toate acestea, odată ce elementul este preluat în organism, nu este ușor de eliminat.
Un aport mare de aluminiu poate influența negativ sănătatea. Acesta a fost pus în legătură cu afectarea nervilor. În special persoanele cu afecțiuni renale sunt susceptibile la toxicitatea aluminiului. Există un risc de alergii. Aluminiul este probabil mutagen și cancerigen. Se suspectează o corelație între aportul de aluminiu și un număr crescut de cazuri de Alzheimer. Totuși, acest lucru este incert, deoarece concentrațiile de aluminiu cresc întotdeauna odată cu vârsta. Aportul crescut de aluminiu poate provoca, de asemenea, osteomalacie (deficit de vitamina D și calciu).
Aportul de aluminiu are loc în principal prin intermediul alimentelor și al apei potabile. Cele mai recente standarde au fost cuprinse între 50 și 200 μg/L. Particulele de aluminiu pot provoca tulburări funcționale ale plămânilor.
Nicio boală cunoscută nu este legată de deficitul de aluminiu.
Clorura de aluminiu poate coroda pielea, poate irita membranele mucoase din ochi și poate provoca transpirație, dificultăți de respirație și tuse. Alunul crește coagularea sângelui.
Ce tehnologii de purificare a apei pot fi aplicate pentru a elimina aluminiul din apă?
Aluminiul poate fi eliminat din apă prin schimb de ioni sau prin coagulare/ floculare. Sărurile de aluminiu sunt aplicate în tratarea apei pentru reacții de precipitare. Adăugarea de sulfat de aluminiu și var în apă determină formarea de hidroxid de aluminiu, ceea ce duce la sedimentarea poluanților. Hidroxidul este insolubil în apă, prin urmare, rămâne doar 0,05 ppm de aluminiu dizolvat. Aceasta este sub limita legală pentru apa potabilă a Organizației Mondiale a Sănătății (OMS), de 0,2 ppm aluminiu.
Literatura și celelalte elemente și interacțiunea lor cu apa
.