In der Klasse haben wir ein Labor durchgeführt, in dem wir zuerst Kupfer (II) -chloridpulver in Wasser gelöst haben, um eine blaue Lösung zu bilden . Wir haben dann ein zerbröckeltes Stück Aluminiumfolie in diese Lösung gelegt. Es wurde braun und die (ursprünglich blaue) Lösung, die mit dem Aluminium in Kontakt kam, wurde farblos. Die Aluminiumfolie wurde braun.
Meine Frage hier ist, was ist die braune Substanz auf der Aluminiumfolie und woher weißt du, dass sie nicht rostet?
Vielen Dank im Voraus.
Antwort
Rost ist Eisenoxid; Sie haben kein Eisen im System, es ist also kein Rost.
Die braune Substanz ist Kupferstaub, der von erzeugt wird die Reaktion 2Al + 3CuCl2 -> 3Cu + 2AlCl3.
Das Aluminiumchlorid hydrolysiert dann zu AlCl3-Hexahydrat, das farblos und sauer ist. Erklärung hier
Antwort
Die Aluminiumfolie ist eine dünne Folie aus massivem Aluminium. Sie können sehen, dass sie weiß (oder silberfarben) ist farbig, wenn Sie es vorziehen). massives Aluminium ist weiß in der Farbe. Aluminiumsalze sind farblos (oder Sie sehen sie als weiß ) Wenn Aluminiumsalze in Wasser gelöst werden, sind die -Lösungen farblos .
Welche Farbe hat festes Kupfer? Entfernen Sie die Kunststoffisolierung von einem Stück Elektrokabel, um den Kupferdraht im Inneren zu sehen, oder sehen Sie sich den Kupferboden einer Pfanne an. Sie können sehen, dass Kupfer ein brauner Feststoff ist.
Kupfer (II) -Salze haben eine blaue Farbe. Wenn Sie also Cu (II) -chlorid in Wasser gelöst haben, erhalten Sie eine blaue Lösung . Die blaue Farbe zeigt das Vorhandensein von Cu (II) -Ionen in der Lösung an.
Aluminium ist reaktiver als Kupfer . Wenn Aluminiumfolie in die Kupfersalzlösung gegeben wird, reagieren daher Aluminiumatome auf der Oberfläche der Folie (in Kontakt mit der Lösung) und ersetzen Kupfer (II) -Ionen in der Lösung (sie wird jetzt zu Aluminiumchloridlösung). Aus diesem Grund wird die blaue Lösung farblos.
Die ursprünglich in der Lösung enthaltenen Kupfer (II) -Ionen werden herausgedrückt, um festes Kupferpulver (braun) zu bilden, und haften auf der Oberfläche der Aluminiumfolie (in Chemie sagen wir, dass das Aluminium Kupfer aus dem Salz „verdrängt“). Die braune Beschichtung, die auf der Aluminiumfolie erscheint, ist also festes Kupfer .
Woher wissen Sie das? dass es kein Rost ist? Sie müssen wissen, dass Eisengegenstände im Laufe der Zeit langsam rosten. Dies liegt daran, dass das Eisen mit Sauerstoff in der Atmosphäre reagiert und sich in Gegenwart von Feuchtigkeit langsam in Eisenoxid umwandelt. Daher ist Rost Eisenoxid , das ebenfalls eine braune Farbe hat.
Nun können Sie daraus schließen, dass der Die braune Beschichtung der Aluminiumfolie ist nicht rost , da Sie Eisen irgendwo in Ihrem Experiment. Aluminium und Kupfer rosten nicht.
Antwort
Ich stimme meinen Kollegen insofern zu, als es sich höchstwahrscheinlich um Kupfermetall handelt. Da wir jedoch mit einer sauren Kupferchloridlösung beginnen und wahrscheinlich entweder durch das Ausgangswasser oder durch Luftkontakt eine gewisse Sauerstoffexposition auftritt, kann etwas mehr Chemie stattfinden, genauer gesagt elektrochemisch (oder mit einer Oberflächenanode) / Kathodenmechanismus). Es ist bekannt, dass die folgende Reaktion beispielsweise mit Kupfer (I), Eisen (II) und wahrscheinlich anderen Übergangsmetallen (Mn, Co, Ce, Cr, ..) in sauren Lösungen in Gegenwart von Sauerstoff abläuft:
Cu ( l) / Fe (ll) + 1/4 O2 + H + -> Cu (ll) / Fe (lll) + ½ H2O
Quelle für die obige Gleichung für Eisen (die vollständig als verfügbar ist HTML-Datei unter https://wwwbrr.cr.usgs.gov/projects/GWC_coupled/phreeqc/html/final-78.html und damit auch Kommentare unter https://pubs.acs.org/doi/10.1021/es0501058 ) und für Kupfer siehe beispielsweise Gleichung (7) unter https://en.wikipedia.org/wiki/Dicopper_chloride_trihydroxide .
Ich würde die obige Reaktion umschreiben, da einige Übergangsmetalle (wie Kupfer) dazu neigen, basische Salze wie folgt zu bilden:
4 Cu ( l) + O2 + 2 H + -> 4 Cu (ll) + 2 OH-
Für Studenten und Forscher habe ich interessanterweise einen zugrunde liegenden radikalchemischen Weg zu dieser Reaktion unter Verwendung des Supplements „Impacts“ abgeleitet von Aerosolen zur Chemie atmosphärischer Spurengase: ein Fall Untersuchung von Peroxidradikalen von H. Liang1, Z. M. Chen1, D. Huang1, Y. Zhao1 und Z. Y.Li, Link: https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=http://www.atmos-chem-phys.net/13/11259/2013/acp-13-11259-2013-supplement.pdf&ved=0ahUKEwj64JTH4ejMAhVCHR4KHegXCu8QFggcMAE&usg=AFQjCNGZWxTNxFPmgaT1bARYjO08w2_wIg&sig2=Gbhj5orSHmeDIV9uy-moYg :
R24 O2 (aq) + Cu + → Cu2 + + O2– (k = 4,6 × E05)
R27 O2– + Cu + + 2H + → Cu2 + + H2O2 (k = 9,4 × E09)
R25 H2O2 + Cu + → Cu2 + + OH + OH – (k = 7,0 xE03) R23 OH + Cu + → Cu2 + + OH – (k = 3,0 × E09) Wieder Nettoreaktion: 4 Cu + + O2 + 2 H + → 4 Cu2 + + 2 OH-
Nun vermute ich für das mit Al / CuCl2 diskutierte Experiment, dass elementares Kupfermetall, insbesondere frisch ausgefällt, in ähnlicher Weise unter Bildung einer Kupferoxidbeschichtung pro normalerweise langsam beobachteter Eisenoxidation reagiert und Kupfermetall in einem sauren Luft / CO2-Gemisch gemäß der sogenannten Metallautooxidationsreaktion (Reaktion R24 oben): O2 (aq) + 4 Cu / Fe = Cu (l) / Fe (ll ) + • O2 –
was ebenfalls eine reversible Reaktion ist. Beim Ansäuern kann das Superoxidradikalanion (geschrieben als O2−, • O2− oder O2 • -, obwohl die letztere Form der Konvention entspricht, erhebliche Probleme hinsichtlich der Lesbarkeit und einer möglichen Fehlinterpretation der Natur der aktiven Spezies aufwerfen) führen zu H2O2 (Reaktion R27) und speisen eine Fenton-Reaktion (oder eine Fenton-Reaktion mit Kupfer) (siehe R25 oben), wobei ein Eisen- oder Kupfersalz entsteht. Infolgedessen kann die scheinbar beobachtete dunklere Färbung tatsächlich auf das Vorhandensein von Cu2O zurückzuführen sein, und bei niedrigem pH-Wert und erhöhten Sauerstoffgehalten können sich einige viel dunklere Flecken von CuO entwickeln. Bei Temperaturen über 65 ° C. Eine Studie (siehe den vollständig verfügbaren Artikel als PDF unter https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0001616069900467 ) bezieht sich auf „die Ankunft von Elektronen bei die Oxid-Gas-Grenzfläche durch thermionische Emission als geschwindigkeitskontrollierender Schritt “, wo ich erwarten würde, dass dies zum Superoxid-Radikalanion führt über:
e- (aq) + O2 (aq) = • O2−
Und nach einer anderen Studie auch die Reaktion:
e- (aq) + H + = • H
wo das Wasserstoffproton (abgeleitet von Wasserdampf) anscheinend besetzt ist Oberflächen-Cu-Leerstellen, die aus Hauptdefekten im Zusammenhang mit Cu2O gebildet wurden (siehe Diskussion von Wang und Cho unter https://www.jstage.jst.go.jp/article/isijinternational/49/12/49_12_1926/_pdf ) / p>
Ich würde auch bemerken, dass atmosphärisches Superoxid plus Wasserdampf aufgrund der Änderung des Dielektrikums von t Das Medium • O2− wird größtenteils als • HO2 vorhanden (das Proton wird anscheinend leicht von Wasser abgegeben). Ferner ist das letztere Hydroperoxidradikal nicht nur ein langsamer Vorläufer von H 2 O 2 (und eine mögliche Reaktion vom Fenton-Typ, die oben gemäß R25 angegeben wurde) über die Reaktion:
• HO2 + • HO2 = H2O2 + O2
, aber auch kürzlich als saures Radikal an sich erkannt (siehe Radikalverstärkte Säure: Warum Bicarbonat, Carboxyl, Hydroperoxyl und verwandte Radikale so sauer sind bei https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpca.7b08081?src=recsys&journalCode=jpcafh ).