Aluminio (Al) e acqua

L'alluminio metallico sviluppa rapidamente uno strato sottile di ossido di alluminio di pochi millimetri che previene la reazione tra metallo ed acqua. Quando tale strato è corroso si sviluppa una reazione, che rilascia gas idrogeno altamente infiammabile.
Il cloruro di alluminio si idrolizza in acqua, e forma caligine quando entra in contatto con l'aria, in quanto quando reagisce con il vapor d'acqua si formano gocce di acido idroclorico.
Gli ioni alluminio presenti in altri composti si idrolizzano allo stesso modo, e questo continua fino a quando la carica cationica si esaurisce, terminando la reazione con la formazione dell'idrossido. L'inizio della reazione di idrolisi è descritto dalla seguente reazione:

Al³⁺(aq) + 6H₂O(l) <-> [Al(H₂O)₆]³⁺ (aq)

Solubilià di alluminio e composti di alluminio

I composti di alluminio più abbondanti sono ossido ed idrossido di alluminio, ed essi sono insolubili in acqua.
L'ossido di alluminio può essere presente nell'acqua sia in forma alcalinica da:

2Al₂O₃ (s) + 6H⁺ (aq) -> Al³⁺ (aq) + 3H₂O (l)

che in forma acidica da:

2Al₂O₃ (s) + 2OH^- (aq) -> AlO₂^- (aq) + H₂O (l)

Un esempio di composto di alluminio solubile in acqua è il solfato di alluminio con una solubilità di 370 g/L.

Perchè l'alluminio è presente nell'acqua?

L'alluminio si forma duranto l'erosione dei feldspati, come ortoclasio, anorite, albite, miche e bauxite, e finisce successivamente nei minerali argillosi. Alcune gemme contengono alluminio, come rubini e zaffiri.
Attualmente solo ferro ed acciaio sono prodotti in quantità maggiori rispetto all'alluminio. Inoltre l'alluminio è altamente riciclato in quanto si tratta di un processo piuttosto semplice. L'alluminio è usato per esempio in cornici, maniglie per porte, mantelli di automobili, parti di aerei (la relazione peso/resistenza è molto favorevole), motori, cavi e lattine. L'alluminio è un buon riflettente e come tale è impiegato in specchi solari e coperte per la riflessione del calore. L'alluminio è processato in lattine, cavi e leghe.
I sali di alluminio sono solitamente aggiunti all'acqua per far iniziare le reazioni di precipitazione per la rimozione dei fosfati. In conseguenza, si forma un fango di scarto contenente idrossidi con un valore di pH compreso tra 6.8 e 7.3.
L'allume è usato come fertilizzante nelle piantagioni di tè. Altri composti di alluminio sono usati per la produzione di carta. Alcune leghe come il duralluminio sono usate in quanti più resistenti dell'alluminio in sé. La schiuma di alluminio è usata in tunnel come materiale che assorbe i rumori.
Altri esempi di usi dell'alluminio includono l'impiego di cloruro di alluminio in processi di cracking, ossido di alluminio come sostanza abrasiva o per la produzione di oggetti infiammabili, solfato di alluminio come materiale case nella colla per carta, e gomme sintetiche, e idrogeno di alluminio come agente riducente ed idratante. L'alluminio si forma come aerosol in strati superficiali dell'oceano e nelle acque, in quanto della polvere di alluminio entra nell'acqua. Particelle entrano nell'acqua anche attraverso scorrimento superficiale e trasporto atmosferico.
In generale la concentrazione di alluminio aumenta con l'aumentare della profondità dell'acqua.

Quali sono gli effetti dell'alluminio sull'ambiente?

L'alluminio può interessare negativamente la vita terrestre ed acquatica in diversi modi. La concentrazione normale di alluminio in acqua freatica è di circa 0.4 ppm, in quanto è presente nei terreni come idrossido insolubile in acqua. A valori di pH inferiori a 4.5 la solubilità aumenta velocemente, provocando un aumento della concentrazione di alluminio, che supera quindi i 5 ppm. Ciò può anche accadere a valori di pH molto elevati.
Gli ioni Al3+- dissolti sono tossici per le piante, in quanto hanno effetto sulle radici facendo diminuire la presa di fosfato. Come è stato detto precedentemente, quando i valori di pH aumentano l'alluminio si dissolve. Ciò spiega la correlazione fra le piogge acide e le concentrazioni di alluminio del terreno. Con l'aumento della deposizione di nitrati la quantità di alluminio aumenta, e mentre diminuisce in grandi superfici agricole calde, aumenta nei terreni boschivi. L'alluminio non è un elemento essenziale per la dieta delle piante, ma può influenzare positivamente lo sviluppo in qualche specie. È assunto da tutte le piante a causa della relativa ampia distribuzione nei terreni. Alcune specie di erba possono accumulare concentrazioni di alluminio fino ad oltre l'1% in massa secca.
La pioggia acida dissolve i minerali nei terreni e trasporta questi alle sorgenti d'acqua. Ciò può causare un aumento delle concentrazioni di alluminio in fiumi e laghi.
L'alluminio si presenta naturalmente nell'acqua in concentrazioni molto basse. Le maggiori concentrazioni derivanti da scarti da estrazione mineraria possono interessare negativamente il bioecosistema acquatico. L'alluminio è tossico per i pesci in acque acide e non ricambiate ad una concentrazione pari a 0.1 mg/L. Allo stesso modo la mancanza di elettroliti influenza la permeabilità delle branchie, e danneggia le cellule superficiali delle branchie. L'alluminio è principalmente tossico per i pesci a valori di pH tra 5.0 e 5.5. Gli ioni di alluminio si accumulano sulle branchie e le intasano con uno strato viscoso, che limita la respirazione. Quando il valore di pH scenda, gli ioni alluminio influenzano la regolazione della permeabilità delle branchie tramite il calcio. Ciò aumenta le perdite di sodio. Il calcio e l'alluminio sono antagonisti, ma l'aggiunta di calcio non può limitare la perdita degli elettroliti. Ciò riguarda principalmente gli animali giovani. Una concentrazione di alluminio pari a 1.5 mg/l è risultata essere mortale per le trote. L'elemento influenza inoltre lo sviluppo di pesci ossuti d'acqua dolce.
Il fitoplancton contiene circa 40-400 ppm di alluminio (massa asciutta), che porta ad un fattore di bioconcentrazione di 10⁴-10⁵ se confrontato con l'acqua marina.
Anche gli organismi terrestri contengono inoltre una certa quantità di alluminio. Per esempio: le larve delle zanzare 7-33 ppm, collembole 36-424 ppm (massa asciutta). Insieme, la valore di pH e le concentrazioni di alluminio determinano la mortalità delle larve. Un certo numero di valori LD50 per l'alluminio sono noti per i ratti. Per assunzione orale tali valori sono 420 mg/kg per il cloruro di alluminio e 3671 mg/kg per alluminio nonaidrato. Il meccanismo di tossicità si basa principalmente sull'inibizione di enzimi.
Soltanto un isotopo di alluminio non radioattivo si trova in natura, insieme ad otto isotopi instabili.

Quali sono gli effetti dell'alluminio sulla salute?

La concentrazione di alluminio totale nel corpo umano è pari a circa 9 ppm (massa asciutta). In alcuni organi, soprattutto nella milza, nei reni e nei polmoni, possono essere presenti concentrazioni fino a 100 PPM (massa asciutta). La presa di alluminio quotidiana è pari circa 5 mg, di cui soltanto una piccola frazione è assorbita. Ciò porta ad una tossicità acuta relativamente bassa. L'assorbimento è di circa 10 μg al giorno. Queste quantità sono considerate inoffensive per gli esseri umani. Il silicone può fare diminuire l'assorbimento di alluminio. Tuttavia, una volta che l'elemento è assimilato nel corpo non viene facilmente rimosso facilmente.
Una elevata assunzione di alluminio può influenzare negativamente la salute, infatti è stata collegata con danni ai nervi. Specialmente le persone con danni ai reni sono suscettibile ad intossicamento da alluminio. Esiste anche il pericolo di allergie. L'alluminio è probabilmente mutageno e cancerogeno. E' inoltre sospetta una correlazione fra l'assorbimento di alluminio e aumento del numero di casi di Alzheimer. Tuttavia, questo è incerto dal momento che le concentrazioni di alluminio aumentano sempre con l'età. Una maggiore assunzione di alluminio può anche causare l'osteomalacia (deficit di vitamina C e calcio).
L'assunzione di alluminio avviene prevalentemente tramite cibo ed acqua potabile. I campioni più recenti erano fra 50 e 200 μg/L di alluminio. Particelle di alluminio possono causare disordini funzionali ai polmoni. Nessuna malattia conosciuta è collegata alla mancanza di alluminio. Il cloruro di alluminio può corrodere la pelle, irritare le membrane mucose negli occhi e causare traspirazione, mancanza di respiro e tosse. L'allume aumenta la coagulazione del sangue.

Quale tecnologie di depurazione dell'acqua possono essere applicate per la rimozione dell'alluminio?

L'alluminio può essere rimosso dall'acqua per mezzo di scambio ionico o coagulazione flocculazione. I sali di alluminio sono applicati nel trattamento delle acque per favorire reazioni di precipitazione. Aggiungendo solfato di alluminio e calce all'acqua provoca la formazione di idrossido di alluminio, che favorisce la sedimentazione delle sostanze inquinanti. L'idrossido è insolubile in acqua, quindi soltanto 0.05 ppm di alluminio dissolto rimangono. Ciò è sotto dei limiti legali per acqua potabile dell'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), pari a 0.2 ppm di alluminio.

Bibiliografia e altri elementi e loro interazione con l'acqua.