Aluminium (Al) – właściwości, działanie i występowanie aluminium

Aluminium (Al), to pierwiastek, który nie występuje na Ziemi w czystej postaci, choć jest dwunastym najpowszechniejszym atomem w kosmosie. Lekki, ale wytrzymały, nierdzewiejący i możliwy do ciągłego recyklowania, jest jednym z najpowszechniej wykorzystywanych metali na świecie. Juliusz Verne napisał o aluminium, że posiada ono białość srebra, niezniszczalność złota, wytrwałość żelaza, topliwość miedzi i lekkość szkła. Czym jednak jest dla człowieka?

1. Skąd bierze się aluminium?
2. Wykorzystanie aluminium
3. Aluminium w organizmie człowieka
4. Aluminium a choroba Alzheimera
5. Czy aluminium jest więc szkodliwe dla człowieka?
6. Jak chronić się przed nadmiarem aluminium?

Aluminium to pierwiastek klasyfikowany jako metal o liczbie atomowej 13. Waży niewiele – jedynie 2.7 g na 1 cm3, zaś jego temperatura topnienia wynosi 660 stopni C, wrzenia zaś 2519 stopni C. O jego istnieniu teoretyzowano już w drugiej połowie XVIII w., ale dopiero w 1825 r. duński chemik, Hans Christian Orsted, wyizolował jako pierwszy małe ilości glinu. Od tego czasu wciąż doskonalono metody pozyskiwania go ze złóż naturalnych, aż wreszcie pod koniec XIX w. naukowcy odkryli sposób jak izolować aluminium z tlenku glinu (metoda Halla-Heroulta) oraz jak tanio pozyskiwać ten ostatni z boksytów. Te przełomowe odkrycia pozwoliły na tyle obniżyć cenę fascynującego metalu, aby mógł on wejść w powszechne użycie.

Skąd bierze się aluminium?

Aluminium jest najczęściej występującym metalem w skorupie ziemskiej (8,2%) – zazwyczaj stanowi przy tym element złóż boksytowych, w których jego uwodniony tlenek sięga poziomu ok. 40-60%. Na resztę boksytu składają się krzemionka oraz tlenki i wodorotlenki żelaza. Aby wyprodukować 2 tony glinu technicznego potrzeba zwykle ok. 4-5 ton boksytu. Największe jego wydobycie odnotowuje się w Australii, Chinach, Brazylii i Gwinei – ta ostatnia posiada największe złoża boksytów na świecie! Ponadto, w przyrodzie spotyka się minerały zawierające siarczany glinu, należy do nich m.in. ałun wykorzystywany do celów dezynfekcyjnych i kosmetycznych. Ogólnie, na dzień dzisiejszy znamy ok. 300 związków, w których obecne są atomy aluminium, łącznie z drogimi kamieniami, takimi jak rubiny czy szafiry.

Największymi producentami technicznego (prawie 100%) aluminium na świecie są obecnie Chiny, Rosja, Indie oraz Kanada. Najefektywniejszą metodą produkcji jest przy tym rafinacja elektrolityczna, chociaż do celów hutniczych wykorzystuje się raczej elektrolizę tlenu glinu w stopionym kriolicie.

Wykorzystanie aluminium

Glin jest przede wszystkim metalem o szerokim zastosowaniu przemysłowym – ogromna większość światowej podaży (58.8 miliona ton metrycznych w 2016 r.) wykorzystywana jest do produkcji samochodów i innych środków transportu. Niska gęstość i wysoka wytrzymałość sprawiają bowiem, że pojazdy, choć trwałe, zużywają mniejsze ilości paliwa, będąc ekonomicznie bardziej opłacalnymi. Ponadto aluminium wykorzystywane jest ekstensywnie w przemyśle budowlanym do produkcji okien, drzwi, rusztowań, powłok, dachów, itd., a także w przemyśle elektrycznym oraz elektronicznym. Jako doskonały i tani przewodnik służy m.in. do wyrobu kabli czy transformatorów. Ponadto z glinu produkuje się szeroką gamę urządzeń i sprzętów domowych – od mebli po garnki, jak i maszyny o zastosowaniu industrialnym.

Niebagatelnym, jeśli chodzi o skalę, sposobem wykorzystania aluminium są także opakowania do żywności i napojów, znane powszechnie jako puszki. Konserwowane w nich produkty mają wieloletni okres trwałości, a, co ważne z punktu widzenia ekologii, jako odpad segregowany są bardzo łatwo przetwarzane na kolejne opakowania. Glin jako opakowanie prezentuje przy tym szereg wyjątkowych korzyści: jest nietoksyczny, nie absorbuje swej zawartości i nie ma tendencji do odpryskiwania. Wreszcie, aluminium wykorzystywane jest w mniejszych ilościach również do produkcji kosmetyków oraz leków – w tych ostatnich pełni zazwyczaj rolę neutralizatora kwasowości.

Aluminium w organizmie człowieka

Choć tak powszechny w przyrodzie, glin jest pierwiastkiem, którego rola w procesach biologicznych jest bądź nieistotna, bądź niepoznana. Owszem, w organizmie każdego człowieka znajduje się niewielka ilość tego lekkiego metalu, ale najprawdopodobniej jest to jedynie efekt oddziaływania środowiska. Każdy z nas wdycha bowiem drobne cząsteczki glinu zawieszone w powietrzu w stężeniu nie większym niż 0,005 do 0,0018 mikrograma na metr sześcienny. Na obszarach industrialnych ów poziom może być nieco wyższy do 8 mikrogramów na 1 m³.

Glin obecny jest również w wodach powierzchniowych, ale nie jest w tym kontekście uważany za zagrożenie – w wodzie pitnej znajdują się faktycznie minimalne ilości. Do naszych organizmów przedostawać się jednak może również wraz z żywnością, kosmetykami oraz lekami i ten właśnie sposób stał się powodem do publicznego niepokoju w ostatnich latach.

Aluminium a choroba Alzheimera

W 1965 r. naukowcy odkryli, że u królików, którym wstrzyknięto wysokie dawki aluminium, zaszły znaczące zmiany w mózgach. Mowa konkretnie o splątkach neurofibrylarnych, czyli patologicznych agregacjach białek, które obserwuje się m.in. u ludzi cierpiących na chorobę Alzheimera czy parkinsonizmie. Stąd też powstała pogłoska jakoby powszechne w codziennym użyciu garnki aluminiowe, puszki i rury kanalizacyjne były odpowiedzialne za procesy demencyjne. Należy jednak podkreślić, że dawki aplikowane zwierzętom doświadczalnym przewyższają znacząco poziom aluminium, który mógłby się zgromadzić w organizmie człowieka w wyniku normalnego życia. Stąd też, choć przeprowadzono już dziesiątki eksperymentów w tym zakresie, jak na razie nie ma żadnych dowodów na to, aby aluminium w środowisku, diecie i lekach mógłby zwiększać ryzyko choroby Alzheimera. Aluminium jest bowiem obecne w każdym zdrowym ludzkim mózgu i nie wydaje się mieć toksycznego wpływu.

Czy aluminium jest więc szkodliwe dla człowieka?

Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności określił tolerowalne tygodniowe spożycie aluminium na poziomie 1 mg na 1 kg. Z badań wynika, że u dorosłych sięga ono czasem 1.5 mg/kg ba tydzień, zaś u dzieci nawet 2.3 mg/kg w skali siedmiu dni. Na dzień dzisiejszy nie uważa się jednak, żeby owe przekroczenia stwarzały zasadnicze ryzyko dla zdrowia. W stosunkowo największym niebezpieczeństwie znajdują się pracownicy przemysłowi, którzy wdychają zwiększone ilości glinu i mogą z tego powodu cierpieć zmiany w płucach i przewlekły kaszel. Ponadto, udowodniony jest również negatywny wpływ aluminium na ludzi o chorych nerkach – zatrzymują oni w organizmie wyższe ilości metalu i podlegają wyższemu ryzyku chorób mózgu i kości.

U dzieci zwiększona ekspozycja na aluminium, przede wszystkim ze źródeł żywnościowych, łączona jest również z ryzykiem chorób układu kostnego – aluminium w żołądku utrudnia bowiem organizmowi przyswajanie fosforu niezbędnego do prawidłowego rozwoju kości. Nie wiemy natomiast na razie nic o potencjalnych wadach wrodzonych powodowanych przez aluminium. Owszem, młode zwierzęta okazują się być słabsze i mniej ruchliwe, jeśli ich matki w czasie ciąży i karmienia piersią miały styczność z większymi dawkami aluminium, ale trudno ten fakt przełożyć na faktyczne zagrożenie aluminium, obecnym w diecie i powietrzu w tak niewielkich ilościach.

Niejasna jest natomiast zależność między używaniem dezodorantów zawierających związki aluminium a ryzykiem raka piersi. Są bowiem studia, które potwierdzają tą korelację i takie, które jej przeczą. Jak dotąd glin nie jest jednak uważany za czynnik rakotwórczy!

Jak chronić się przed nadmiarem aluminium?

Wszechobecnego na Ziemi glinu trudno jest uniknąć. Znajduje się on bowiem nawet w mleku matki, a w nieco większych ilościach także w mleku modyfikowanym. W obliczu wielu niewiadomych otaczających wciąż temat aluminium i jego wpływu na zdrowie, racjonalne są oczywiście próby ograniczania jego konsumpcji. Garnki i naczynia aluminiowe nie wydają się stwarzać poważnego zagrożenia w tym kontekście, ale zdaniem naukowców dobrze jest ograniczać spożywanie żywności przetworzonej zawierające dodatki na bazie aluminium. Na pewno rozsądne jest także eliminowanie leków produkowanych z wykorzystaniem związków glinu, a także antyperspirantów zawierających sole aluminium. W żadnym wypadku nie należy jednak rezygnować z zalecanych i obowiązkowych szczepień – z badań naukowych nie wynika, aby zawarte w szczepionkach związku glinu miały negatywnie oddziaływać na ludzkie zdrowie, a ewentualne ryzyko bezwzględnie ustępuje udowodnionym korzyściom.Nie bójmy się też pokarmów i napojów w puszkach aluminiowych – bądź co bądź, w dobie epidemii plastiku pozostają one wysoce ekologicznym pomysłem na konserwowanie żywności. Z badań wynika, że 1 kilogram recyklowanego aluminium pozwala zaoszczędzić 8 kg boksytu, 4 kg różnego typu fluorków oraz 15  KWH energii elektrycznej! Ostrożność warto jednak zachować przy wykorzystaniu niepowlekanych naczyń aluminiowych w styku z kwaśnymi słonymi produktami żywnościowymi, gdzie ryzyko przedostawania się metalu do pożywienia jest teoretycznie większe.

Bibliografia

1. Government of Canada; “Aluminum facts”; nrcan.gc.ca; 2020-09-17
2. Jefferson Lab Resources; “The element Aluminum”; education.jlab.org; 2020-08-17
3. Ivan Aivazovsky; “What is aluminium”; aluminiumleader.com; 2020-08-17
4. Daniel Rabinovich; “The allure of aluminium ”; nature.com; 2020-08-17
5. Agency for Toxic Substances and Diseases Registry; “Public Health Statement for Aluminum”; atsdr.cdc.gov; 2020-08-17
6. Katrin Klotz i in.; “The Health Effects of Aluminum Exposure”; ncbi.nlm.nih.gov; 2020-08-17