Hidróxido de aluminio

¿Qué es el hidróxido de aluminio?

El hidróxido de aluminio es un compuesto inorgánico cuya fórmula química es Al(OH)₃. A diferencia de otros hidróxidos metálicos, es anfótero, capaz de reaccionar o comportarse como un ácido o una base, dependiendo del medio. Es un sólido blanco bastante insoluble en agua, por lo que se usa como componente de los antiácidos.

Al igual que el Mg(OH)₂ o la brucita, con el cual comparte ciertas características químicas y físicas, en forma pura luce como un sólido amorfo y sin brillo. Pero cuando cristaliza con algunas impurezas adquiere formas cristalinas, como perlas. Entre estos minerales, fuentes naturales de Al(OH)₃, se encuentra la gibbsita.

Además de la gibbsita están también los minerales bayerita, nordstrandita y doleyíta, conformando los cuatro polimorfos del hidróxido de aluminio. Estructuralmente, son muy similares unos a otros, diferenciándose apenas en el modo en como se sitúan o acoplan las capas o láminas de iones, y el tipo de impurezas contenidas.

Controlando el pH y los parámetros de síntesis, pueden prepararse cualquiera de estos polimorfos. Asimismo, pueden intercalarse entre sus capas algunas especies químicas de interés, de manera que se crean materiales o compuestos de intercalación. Esto representa el uso de enfoque más tecnológico para el Al(OH)₃. Sus demás usos son como antiácidos.

También se utiliza como materia prima para obtener alúmina, y sus nanopartículas se han empleado como soporte catalítico.

Estructura del hidróxido de aluminio

Fórmula y octaedro

La fórmula química Al(OH)₃ indica que la relación Al³⁺:OH^– es 1:3. Es decir, que hay tres aniones OH^– por cada catión Al³⁺, lo cual es igual a decir que la tercera parte de sus iones corresponde al aluminio. Así pues, el Al³⁺ y OH^– interaccionan electrostáticamente hasta que sus atracciones-repulsiones definen un cristal hexagonal.

No obstante, el Al³⁺ no necesariamente está rodeado de tres OH^– sino de seis, por lo tanto, se habla de un octaedro de coordinación, Al(OH)₆, en el que hay seis interacciones Al-O. Cada octaedro representa una unidad con la que se construye el cristal, y un número de los mismos adoptan estructuras triclínicas o monoclínicas.

La imagen inferior representa parcialmente los octaedros Al(OH)₆, ya que solo se observan cuatro interacciones para los Al³⁺ (esferas marrón claro).

Si se observa detenidamente esta estructura, que corresponde a la gibbsita, podrá verse que las esferas blancas integran las “caras” o superficies de las capas de iones. Estas son los átomos de hidrógeno de los iones OH^–.

Nótese además que hay una capa A y otra B (espacialmente no son idénticas), unidas entre sí mediante puentes de hidrógeno.

Polimorfos

Las capas A y B no se acoplan siempre de la misma manera, al igual que sus entornos físicos o los iones huéspedes (sales) pueden cambiar. En consecuencia, los cristales de Al(OH)₃ varían en cuatro formas mineralógicas o, en este caso, polimórficas.

Se dice entonces que el hidróxido de aluminio presenta hasta cuatro polimorfos: gibbsita o hidrargilita (monoclínico), bayerita (monoclínico), doyleíta (triclínico) y nordstrandita (triclínico). De estos polimorfos, la gibbsita es el más estable y abundante. Los demás se clasifican como minerales raros.

Si los cristales se observaran al microscopio, se vería que su geometría es hexagonal (aunque algo irregular). El pH juega un papel importante en el crecimiento de tales cristales y sobre la estructura resultante. Es decir, dado un pH puede formarse un polimorfo u otro.

Por ejemplo, si el medio donde precipita el Al(OH)₃ tiene un pH menor a 5,8 se forma gibbsita, y si el pH es mayor, se forma la bayerita. En medios más básicos, tiende a formarse cristales de nordstrandita y doyleíta. Así pues, al ser la gibbsita más abundante, es un hecho que refleja la acidez de sus ambientes meteorizados.

Propiedades del hidróxido de aluminio

• Apariencia física. Sólido blanco, presentado en diferentes formatos: granulado o en polvo, y de apariencia amorfa.
• Masa molar. 78.00 g/mol.
• Densidad. 2,42 g/mL.
• Punto de fusión. 300 °C. No tiene punto de ebullición porque el hidróxido pierde agua para transformarse en alúmina u óxido de aluminio, Al₂O₃.
• Solubilidad en agua. 1·10^-4 g/100 mL. No obstante, su solubilidad aumenta con la adición de ácidos (H₃O⁺) o álcalis (OH^–).
• Producto de solubilidad. K_sp = 3·10⁻³⁴. Este valor tan pequeño significa que apenas una ínfima porción se disuelve en agua: Al(OH)₃(s)  <=>  Al³⁺(ac)  +  3OH^–(ac). Y de hecho, esta despreciable solubilidad lo hace buen neutralizador de la acidez, ya que no basifica demasiado el medio gástrico por no liberar casi iones OH^–.
• Anfoterismo. El Al(OH)₃ se caracteriza por su carácter anfótero, es decir, puede reaccionar o comportarse como si fuera un ácido o una base. Por ejemplo, reacciona con los iones H₃O⁺ (si el medio es acuoso) para formar el acuo complejo [Al(OH₂)₆]³⁺; que, a su vez, se hidroliza para acidificar el medio, siendo, por lo tanto, el Al³⁺ un ion ácido: Al(OH)₃(s)  +  3H₃O⁺(ac)  =>  [Al(OH₂)₆]³⁺(ac)     /    [Al(OH₂)₆]³⁺(ac) +  H₂O(l)   <=>  [Al(OH₂)₅(OH)]²⁺(ac)  +  H₃O⁺(ac). Al suceder esto, se dice que el Al(OH)₃ se comporta como una base, ya que reacciona con el H₃O⁺. Por otro lado, puede reaccionar con el OH^–, comportándose como un ácido: Al(OH)₃(s)  +  OH^–(ac)   =>  Al(OH)₄^–(ac). En esta reacción el precipitado blanco de Al(OH)₃ se disuelve ante el exceso de iones OH^–, hecho que no pasa igual con otros hidróxidos, como el de magnesio, Mg(OH)₂. El Al(OH)₄^–, ion aluminato, puede expresarse de manera más apropiada como: [Al(OH₂)₂(OH)₄]^–, destacando el número de coordinación de 6 para el catión Al³⁺ (el octaedro). Este ion puede continuar reaccionando con más OH^– hasta completar el octaedro de coordinación: [Al(OH)₆]^3-, llamado ion hexahidroxoaluminato.

Nomenclatura del hidróxido de aluminio

El nombre hidróxido de aluminio, con el que más se ha hecho referencia a este compuesto, corresponde a la nomenclatura stock. Se omite el (III) al final del mismo, ya que el estado de oxidación del aluminio es +3 en todos sus compuestos.

Los otros dos nombres posibles para referirse al Al(OH)₃ son: trihidróxido de aluminio, de acuerdo a la nomenclatura sistemática y el uso de los prefijos numeradores griegos, e hidróxido alumínico, terminando con el sufijo -ico por tener un único estado de oxidación.

A pesar de que en química la nomenclatura del Al(OH)₃ no representa ningún desafío o confusión, fuera de este ámbito tiende a ser ambiguo.

Por ejemplo, la gibbsita es uno de los polimorfos naturales del Al(OH)₃, al cual también nombran como γ-Al(OH)₃ o α-Al(OH)₃. Sin embargo, el α-Al(OH)₃ también puede corresponder al mineral bayerita, o β-Al(OH)₃, según la nomenclatura cristalográfica. Mientras, los polimorfos nordstrandita y doyleita suelen designarse simplemente como Al(OH)₃.

La siguiente lista resume de manera clara lo explicado:

• Gibbsita: (γ o α)-Al(OH)₃
• Bayerita: (α o β)-Al(OH)₃
• Nordstrandita: Al(OH)₃
• Doyleita: Al(OH)₃

Usos del hidróxido de aluminio

• Materia prima. El uso inmediato para el hidróxido de aluminio es como materia prima para la producción de alúmina o de otros compuestos, inorgánicos u orgánicos, de aluminio. Por ejemplo: AlCl₃, Al(NO₃)₃, AlF₃ o NaAl(OH)₄.
• Soportes catalíticos. Las nanopartículas de Al(OH)₃ pueden actuar como soportes catalíticos, es decir, el catalizador se une a ellas para quedar fijas en su superficie, donde se aceleran las reacciones químicas.
• Compuestos de intercalación. En el apartado de las estructuras se explicó que el Al(OH)₃ consiste en capas o láminas A y B acopladas para definir un cristal. Dentro del mismo, hay espacios o huecos octaédricos pequeños que otros iones, metálicos u orgánicos, o moléculas neutras, pueden ocupar. Cuando se sintetizan cristales de Al(OH)₃ con estas modificaciones estructurales, se dice que se está preparando un compuesto de intercalación, esto es, intercalan o meten especies químicas entre las láminas A y B. Al hacerlo, surgen nuevos materiales fabricados a partir de este hidróxido.
• Retardante de fuego. El Al(OH)₃ es un buen retardante de fuego. Se aplica como material de relleno de muchas matrices poliméricas. Esto se debe a que absorbe calor para liberar vapor de agua, como lo hace el Mg(OH)₂ o la brucita.
• Medicinales. El Al(OH)₃ es además un neutralizador de la acidez, reaccionando con el HCl de las secreciones gástricas, de manera similar a como sucede con el Mg(OH)₂ de la leche de magnesia. Ambos hidróxidos de hecho pueden mezclarse en distintos antiácidos, utilizados para aliviar los síntomas de gastritis o úlceras estomacales.
• Adsorbente. Cuando se calienta por debajo de su punto de fusión, el hidróxido de aluminio se transforma en alúmina activada (así como carbón activado). Este sólido se utiliza como adsorbente de moléculas indeseables, ya sean colorantes, impurezas, o gases contaminantes.

Riesgos del hidróxido de aluminio

Los riesgos del hidróxido de aluminio no se deben a él como sólido, sino como medicamento. Cuando se ingiere en los antiácidos comprados en farmacias, pueden aparecer efectos secundarios indeseables, como estreñimiento e inhibición del fosfato de los intestinos. Asimismo, y aunque no hay estudios que lo demuestren, se ha asociado con desórdenes neurológicos, como el alzhéimer.

Referencias

1. Shiver & Atkins. Química Inorgánica (Cuarta edición). McGraw Hill.
2. Aluminium hydroxide. Recuperado de en.wikipedia.org.
3. Aluminum hydroxide. Recuperado de pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
4. Aluminum Hydroxide: Formula & Side Effects. Recuperado de study.com.
5. Aluminum hydroxide Side Effects. Recuperado de drugs.com.