O alumínio (Al) é um elemento químico, um metal leve branco prateado do grupo principal 13 (IIIa, ou grupo boro) da tabela periódica. O alumínio é o elemento metálico mais abundante na crosta terrestre e o metal não ferroso mais utilizado. Devido à sua atividade química, o alumínio nunca ocorre na forma metálica na natureza, mas seus compostos estão presentes em maior ou menor grau em quase todas as rochas, vegetação e animais. O alumínio concentra-se nas 10 milhas (16 km) exteriores da crosta terrestre, das quais constitui cerca de 8% em peso; é excedido em quantidade apenas por oxigênio e silício. O nome alumínio é derivado da palavra latina alumen, usada para descrever o alúmen de potássio, ou sulfato de potássio de alumínio, KAl(SO4)2∙12H2O.
O alumínio ocorre em rochas ígneas principalmente como aluminosilicatos em feldspatos, feldspatóides e micas; no solo derivado deles como argila; e em caso de intempéries como bauxita e laterite rica em ferro. A bauxita, uma mistura de óxidos de alumínio hidratados, é o principal minério de alumínio. O óxido de alumínio cristalino (esmeril, coríndon), que ocorre em algumas poucas rochas ígneas, é extraído como um abrasivo natural ou em suas variedades mais finas como rubis e safiras. O alumínio está presente em outras pedras preciosas, tais como topázio, granada e crisoberilo. Dos muitos outros minerais de alumínio, a alunita e a criolita têm alguma importância comercial.
O alumínio bruto foi isolado (1825) pelo físico dinamarquês Hans Christian Ørsted, reduzindo o cloreto de alumínio com amálgama de potássio. O químico britânico Sir Humphry Davy tinha preparado (1809) uma liga de ferro-alumínio por eletrólise de alumina fundida (óxido de alumínio) e já tinha batizado o elemento alumínio; a palavra mais tarde foi modificada para alumínio na Inglaterra e em alguns outros países europeus. O químico alemão Friedrich Wöhler, utilizando o metal potássio como agente redutor, produziu pó de alumínio (1827) e pequenos glóbulos do metal (1845), a partir dos quais conseguiu determinar algumas das suas propriedades.
O novo metal foi apresentado ao público (1855) na Exposição de Paris por volta da altura em que ficou disponível (em pequenas quantidades e com grandes custos) pela redução do sódio do cloreto de alumínio derretido. Quando a energia elétrica se tornou relativamente abundante e barata, quase simultaneamente Charles Martin Hall nos Estados Unidos e Paul-Louis-Toussaint Héroult na França descobriram (1886) o moderno método de produção comercial de alumínio: eletrólise de alumina purificada (Al2O3) dissolvida em criolita derretida (Na3AlF6). Durante os anos 60, o alumínio passou para o primeiro lugar, à frente do cobre, na produção mundial de metais não ferrosos. Para informações mais específicas sobre a mineração, refino e produção de alumínio, veja processamento de alumínio.
O alumínio é adicionado em pequenas quantidades a certos metais para melhorar suas propriedades para usos específicos, como em bronzes de alumínio e a maioria das ligas à base de magnésio; ou, para ligas à base de alumínio, quantidades moderadas de outros metais e silício são adicionadas ao alumínio. O metal e suas ligas são amplamente utilizados na construção de aeronaves, materiais de construção, bens de consumo duráveis (refrigeradores, ar condicionado, utensílios de cozinha), condutores elétricos e equipamentos químicos e de processamento de alimentos.
O alumínio puro (99,996 por cento) é bastante macio e fraco; o alumínio comercial (99 a 99,6 por cento puro) com pequenas quantidades de silício e ferro é duro e forte. Dúctil e altamente maleável, o alumínio pode ser estirado em arame ou laminado em folha fina. O metal é apenas cerca de um terço tão denso como o ferro ou o cobre. Apesar de quimicamente ativo, o alumínio é altamente resistente à corrosão, pois no ar forma-se uma dura e resistente película de óxido em sua superfície.
O alumínio é um excelente condutor de calor e eletricidade. Sua condutividade térmica é cerca da metade da do cobre; sua condutividade elétrica, cerca de dois terços. Cristaliza-se na estrutura cúbica centrada na face. Todo o alumínio natural é o isótopo estável alumínio-27. O alumínio metálico e seus óxidos e hidróxidos não são tóxicos.
O alumínio é lentamente atacado pela maioria dos ácidos diluídos e dissolve-se rapidamente em ácido clorídrico concentrado. O ácido nítrico concentrado, no entanto, pode ser enviado em carros tanques de alumínio porque torna o metal passivo. Mesmo alumínio muito puro é vigorosamente atacado por alcalinos como o sódio e o hidróxido de potássio para produzir hidrogênio e o íon aluminato. Devido à sua grande afinidade com o oxigênio, o alumínio finamente dividido, se inflamado, queimará em monóxido de carbono ou dióxido de carbono com a formação de óxido de alumínio e carboneto, mas, em temperaturas até o calor vermelho, o alumínio é inerte ao enxofre.
O alumínio pode ser detectado em concentrações tão baixas quanto uma parte por milhão, por meio de espectroscopia de emissão. O alumínio pode ser analisado quantitativamente como o óxido (fórmula Al2O3) ou como um derivado do composto de nitrogênio orgânico 8-hidroxiquinolina. A derivada tem a fórmula molecular Al(C9H6ON)3.
Normalmente, o alumínio é trivalente. Em temperaturas elevadas, entretanto, alguns compostos gasosos monovalentes e bivalentes foram preparados (AlCl, Al2O, AlO). No alumínio, a configuração dos três elétrons externos é tal que em poucos compostos (por exemplo, flúor de alumínio cristalino [AlF3] e cloreto de alumínio [AlCl3]) o íon nu, Al3+, formado pela perda desses elétrons, é conhecido por ocorrer. A energia necessária para formar o íon Al3+, entretanto, é muito alta e, na maioria dos casos, é energeticamente mais favorável para o átomo de alumínio formar compostos covalentes por meio da hibridação sp2, como faz o boro. O íon Al3+ pode ser estabilizado por hidratação, e o íon octaédrico [Al(H2O)6]3+ ocorre tanto em solução aquosa quanto em vários sais.
Uma série de compostos de alumínio tem importantes aplicações industriais. A alumina, que ocorre na natureza como coríndon, também é preparada comercialmente em grandes quantidades para uso na produção de metal de alumínio e na fabricação de isoladores, velas de ignição e vários outros produtos. Após o aquecimento, a alumina desenvolve uma estrutura porosa, que permite a adsorção de vapor de água. Esta forma de óxido de alumínio, comercialmente conhecida como alumina ativada, é utilizada para a secagem de gases e determinados líquidos. Também serve como transportador para catalisadores de várias reações químicas.
O óxido de alumínio anódico (AAO), normalmente produzido através da oxidação eletroquímica do alumínio, é um material nanoestruturado à base de alumínio com uma estrutura muito singular. O AAO contém poros cilíndricos que proporcionam uma variedade de usos. É um composto estável do ponto de vista térmico e mecânico, sendo ao mesmo tempo opticamente transparente e um isolante elétrico. O tamanho dos poros e a espessura do AAO podem ser facilmente adaptados para se adaptarem a determinadas aplicações, incluindo a atuação como modelo para sintetizar materiais em nanotubos e nanorods.
Outro composto importante é o sulfato de alumínio, um sal incolor obtido pela ação do ácido sulfúrico sobre o óxido de alumínio hidratado. A forma comercial é um sólido cristalino hidratado com a fórmula química Al2(SO4)3. É amplamente utilizado na fabricação de papel como aglutinante para corantes e como carga superficial. O sulfato de alumínio combina com os sulfatos de metais univalentes para formar sulfatos duplos hidratados chamados alúmenes. Os álamos, sais duplos da fórmula MAl(SO4)2 -12H2O (onde M é um cátion carregado individualmente como K+), também contêm o íon Al3+; M pode ser o cátion de sódio, potássio, rubídio, césio, amônio ou tálio, e o alumínio pode ser substituído por uma variedade de outros íons M3+ – por exemplo, gálio, índio, titânio, vanádio, cromo, manganês, ferro ou cobalto. O mais importante desses sais é o sulfato de alumínio e potássio, também conhecido como alúmen de potássio ou alúmen potássico. Estes sais têm muitas aplicações, especialmente na produção de medicamentos, têxteis e tintas.
A reação de cloro gasoso com metal de alumínio fundido produz cloreto de alumínio; este último é o catalisador mais utilizado nas reações Friedel-Crafts, ou seja, reações orgânicas sintéticas envolvidas na preparação de uma grande variedade de compostos, incluindo cetonas aromáticas e antroquinona e seus derivados. O cloreto de alumínio hidratado, comumente conhecido como cloroidrato de alumínio, AlCl3∙H2O, é usado como um antitranspirante tópico ou desodorante corporal, que age através da constrição dos poros. É um dos vários sais de alumínio empregados pela indústria cosmética.
O hidróxido de alumínio, Al(OH)3, é usado para impermeabilizar tecidos e para produzir uma série de outros compostos de alumínio, incluindo sais chamados aluminatos que contêm o grupo AlO-2. Com o hidrogênio, o alumínio forma o hidreto de alumínio, AlH3, um sólido polimérico do qual são derivados os tetrohidroaluminatos (importantes agentes redutores). O hidreto de lítio de alumínio (LiAlH4), formado pela reação do cloreto de alumínio com o hidreto de lítio, é amplamente utilizado na química orgânica – por exemplo, para reduzir aldeídos e cetonas a álcoois primários e secundários, respectivamente.