¿Cuál es la masa molar del aluminio? ¿Cómo se compara con otros elementos?

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Imagine un mundo sin aluminio. Este metal, el más abundante del planeta, constituye más del ocho por ciento de la corteza terrestre. Utilizamos aluminio, también conocido como aluminio en el Reino Unido, para fabricar innumerables productos. Estos incluyen papel de aluminio, latas y otros contenedores, computadoras y otros productos electrónicos, edificios, aviones, refrigeradores y aires acondicionados, equipos médicos, repuestos de automóviles y mucho más. Y, sin embargo, el aluminio, tal como conocemos al metal, no se encuentra en la naturaleza. En cambio, el aluminio forma compuestos como óxidos, de los que debemos extraer el metal útil utilizando una energía considerable.

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En este artículo descubrirás la masa molar del aluminio, de símbolo Al. Exploraremos qué significa eso y por qué es importante. Toda sustancia pura, es decir, todo elemento y todo compuesto, tiene una masa molar. La masa molar de la sustancia influye en sus propiedades físicas y químicas. La masa molar de una sustancia es simplemente la masa, en gramos, de un mol de esa sustancia.

Un mol, en química, es una cantidad específica de partículas. Estas partículas pueden ser átomos o moléculas. El número de partículas en un mol es constante, es decir, siempre es el mismo. El número exacto de partículas en cada mol de una sustancia es aproximadamente 6.022 × 1023 unidades, también conocido como número de Avogadro o constante de Avogadro. Esta constante lleva el nombre del científico italiano, Amadeo Avogadro, quien fue el primero en describir el número y su significado. El número de Avogadro es esencial para comprender la química y cómo funciona el mundo.

La masa molar del aluminio es aproximadamente 26,98 gramos por mol. Este valor se deriva del peso atómico del elemento como se muestra en la tabla periódica. Un mol de átomos de aluminio, o 6,022 × 1023 átomos de aluminio, tiene una masa de aproximadamente 26,98 gramos. Para entender esto mejor, comparemos el aluminio con el elemento más pequeño conocido, el hidrógeno. Un mol de átomos de hidrógeno tiene una masa molar de aproximadamente un gramo.

El hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica. Cada átomo de hidrógeno tiene un solo protón y no tiene neutrones. El hidrógeno también tiene un electrón, pero los electrones diminutos tienen una masa insignificante. Sin embargo, el protón individual tiene una masa de aproximadamente una unidad de masa atómica. Un mol de átomos de hidrógeno tiene una masa de 1,00784 gramos por mol, que para la mayoría de los fines se puede redondear a 1 gramo por mol.

El aluminio es el elemento número 13 de la tabla periódica. Tiene un número atómico de 13, con exactamente 13 protones. Prácticamente todos los átomos de aluminio en la naturaleza se presentan como el isótopo estable 27Al y tienen 14 neutrones. Una pequeña proporción se produce como isótopo radiactivo, 26Al, que tiene 13 neutrones. Como tanto los protones como los neutrones tienen la misma masa aproximada y los electrones tienen una masa insignificante, podemos esperar que la masa molar del 27Al, con 13 protones y 14 neutrones, sea de aproximadamente 27 gramos por mol. La masa calculada de un mol de átomos de aluminio es ligeramente menor, aproximadamente 26,98 gramos por mol, porque el pequeño porcentaje de átomos de 26Al que se producen naturalmente sesga la masa molar ligeramente hacia abajo.

La mayoría de los elementos de la tabla periódica existen en más de una forma conocida. Algunas de estas formas se encuentran en la naturaleza, mientras que otras pueden fabricarse en el laboratorio. Estas diferentes formas de cada elemento, llamadas isótopos, tienen la misma cantidad de protones. Sin embargo, cada isótopo tiene un número diferente de neutrones. El aluminio tiene 22 isótopos conocidos, desde nueve neutrones hasta 30. La mayoría de ellos son inestables, de vida corta y no se encuentran en la naturaleza. En la naturaleza sólo existen el 27Al, con 14 neutrones, y el 26Al, con 13 neutrones. Y el isótopo estable 27Al comprende casi el 100 por ciento de los átomos de aluminio naturales.

Para determinar la masa molar de un elemento, se debe calcular un promedio de todos los diferentes isótopos naturales de ese elemento. Pero ese promedio también debe tener en cuenta el porcentaje de átomos naturales que representa cada isótopo. En el caso del aluminio, el 27Al representa mucho más que el 26Al, y el 26Al representa menos del 1 por ciento del elemento natural.

Imaginemos que los átomos de aluminio fueran bolas de bolos de gran tamaño, y que la gran mayoría, casi el 100 por ciento, pesaran 27 libras. Ahora imagine que una pequeña proporción de estas bolas de bolos pesara un poco menos, llegando a 26 libras. Si se promediara el peso de todas estas bolas de bolos gigantes, ese total sería muy cercano a 27 libras, porque solo unas pocas bolas tendrían un peso inferior al normal, lo que inclinaría ligeramente el promedio hacia abajo. Esto se parece mucho a cómo funciona la determinación de la masa molar promedio del aluminio. Al tener en cuenta el porcentaje de 26Al frente al porcentaje de 27Al, el isótopo 27Al más abundante tiene un peso mucho mayor. Por tanto, la masa molar está muy cerca de 27 gramos por mol.

Para elementos con más de un isótopo natural, la masa molar es en realidad un promedio de las masas atómicas de cada isótopo, en el porcentaje en el que se encuentran en la naturaleza, y luego se expresa en gramos. En otras palabras, multiplique el porcentaje de cada isótopo por su masa molar individual y luego sume los totales de cada isótopo para encontrar la masa molar promedio.

En química, hay que saber convertir moles de una sustancia en gramos. Convertir moles de cualquier sustancia pura, ya sea un elemento o un compuesto, a gramos es bastante fácil. Simplemente multiplique el número de moles de la sustancia por su masa molar, expresada en gramos por mol. Los moles se cancelan, dejando la respuesta en gramos. Usemos el aluminio como ejemplo.

¿Cómo calcularíamos la cantidad de gramos que hay en 3 moles de aluminio? Simplemente multiplique la cantidad de moles de aluminio por la masa molar como se muestra a continuación:

3 moles de Al × 26,98 gramos de Al / 1 mol de Al = 80,94 gramos de Al

Para compuestos como el óxido de aluminio, el proceso requiere un paso adicional. Primero, hay que calcular la masa molar del compuesto. La molécula de óxido de aluminio, Al2O3, contiene dos átomos de aluminio y tres átomos de oxígeno. La masa molar del óxido de aluminio es igual a la de los dos átomos de aluminio, o 26,98 × 2, más la de tres átomos de oxígeno, o 15,999 × 3. Eso equivale a 101,957 gramos por mol de Al2O3. Conociendo este número, es fácil convertir cualquier número de moles de este compuesto a gramos simplemente multiplicando 101,597 g/mol por el número de moles.

El aluminio no se encuentra en la naturaleza en su forma elemental. Ocurre naturalmente en compuestos, como el óxido de aluminio. El aluminio es el metal más abundante del planeta y comprende alrededor del ocho por ciento de la corteza terrestre. La gente debe extraer el aluminio de los minerales, en particular de la bauxita, que contiene varios óxidos, incluido el óxido de aluminio. La extracción de aluminio puro a partir de la bauxita requiere múltiples pasos y una energía considerable en forma de calor.

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El metal de aluminio tiene baja densidad y peso ligero. Se puede pulir hasta obtener un alto brillo y se puede martillar o extruir fácilmente para obtener alambres, bobinas y láminas delgadas. Probablemente tengas ahora mismo un rollo de papel de aluminio en tu cocina. Tenga en cuenta que, aunque el metal es muy fino y fácil de romper o arrugar, sigue siendo fuerte y duradero. Conduce muy bien tanto el calor como la electricidad y se recicla fácilmente. El aluminio por sí solo es un metal relativamente blando, pero forma aleaciones muy fuertes con otros metales. Estas aleaciones resultan útiles en la construcción, el transporte y muchos otros ámbitos.

El aluminio forma compuestos con muchos otros elementos o iones. Usamos muchos de estos compuestos comercialmente en una amplia variedad de productos. La gente usa hidróxido de aluminio, Al(OH)3, para tratar la acidez de estómago y la indigestión, y también para tratar quemaduras y heridas en la piel. Uno de los ingredientes de muchos antitranspirantes, el clorhidrato de aluminio, ayuda a mantener las axilas secas.

El óxido de aluminio, Al2O3, es un compuesto fascinante. A veces, el óxido de aluminio se presenta como una capa blanca en polvo sobre la superficie del aluminio, donde el metal ha reaccionado con el oxígeno. También se presenta naturalmente como un cristal incoloro con una estructura hexagonal conocida como corindón.

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El corindón, el segundo mineral natural más duro, tiene una puntuación de nueve en la escala de Mohs, sólo superado por el diamante. A menudo está imbuido de otros compuestos, incluidos óxidos de cromo, hierro y titanio, que dan como resultado cristales coloreados. Los rubíes rojos y los zafiros en colores que incluyen rosa, azul, amarillo y negro son ejemplos de corindón coloreado con pequeñas cantidades de otros óxidos que agregan uno o más tonos.

La tabla periódica está organizada en orden creciente, con cada elemento ordenado por su número atómico. El número atómico de un elemento es el número de protones en cada átomo del elemento. El aluminio se ubica en el tercer período en el grupo 13, anteriormente conocido como grupo IIIA en los Estados Unidos, justo debajo del boro. Tiene 13 protones en cada átomo, lo que le da el número atómico 13.

El aluminio tiene una masa molar de poco menos de 27 gramos por mol. Los dos vecinos más cercanos del aluminio son el magnesio, un metal con un número atómico de 12 y una masa molar de aproximadamente 24 gramos por mol, y el silicio, un metaloide con un número atómico de 14 y una masa molar de aproximadamente 28 gramos por mol. El sodio, un metal altamente reactivo con un número atómico de 11 y una masa molar de 22,99 gramos por mol, comienza el tercer período. El fósforo y el azufre, no metales, se encuentran a la derecha del silicio con números atómicos 15 y 16, respectivamente.

El siguiente cuadro ilustra las relaciones entre el número atómico y las masas molares de los vecinos del aluminio en el tercer período de la tabla periódica, desde el sodio hasta el azufre. Cada uno de estos elementos tiene una primera y una segunda capa de electrones completa, y entre uno y seis electrones en los orbitales de la tercera capa.

El aluminio, como metal elemental y como una variedad de compuestos, tiene más usos de los que uno podría enumerar fácilmente en un artículo de esta extensión. Nuestras vidas no serían ni remotamente iguales sin el aluminio. Ciertamente, podríamos encontrar otras sustancias para contener nuestras bebidas y envolver nuestras patatas asadas, pero también tendríamos que encontrar otras formas de construir aviones, automóviles, aires acondicionados y refrigeradores, la mayoría de nuestros aparatos electrónicos y mucho más. Utilizamos aluminio para fabricar y envasar medicamentos, cosméticos y todo tipo de alimentos. Incluso estamos sustituyendo el cobre por aluminio en tubos y cables porque, en muchos casos, funciona mejor y es muy resistente a la corrosión gracias a la formación de óxido de aluminio en su superficie.

Algunos investigadores han expresado su preocupación por el uso del aluminio en nuestra sociedad. Durante algún tiempo, los científicos creyeron que el aluminio tenía un vínculo con la enfermedad de Alzheimer, pero estudios recientes no han podido probar esa conexión. Actualmente, los médicos advierten contra el uso excesivo de antiácidos y otros medicamentos que contienen aluminio, pero no les preocupa la absorción significativa de aluminio de los utensilios o utensilios de cocina.

Independientemente de los riesgos potenciales, el aluminio seguramente desempeñará un papel importante en nuestro mundo moderno en el futuro previsible. Ningún otro metal está tan disponible y tiene propiedades tan adecuadas para todos los usos que tiene el aluminio. Hemos llegado a depender en gran medida de este metal liviano para sostener nuestra forma de vida.

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