Ve třídě jsme provedli laboratoř, ve které jsme nejprve rozpustili prášek chloridu měďnatého ve vodě za vzniku modrého roztoku . Do tohoto roztoku jsme poté vložili rozpadlý kus hliníkové fólie. Zhnědla a (původně modrý) roztok, který přišel do styku s hliníkem, se zbarvil. Alobal zhnědl.
Moje otázka zní, co je hnědá látka na hliníkové fólii a jak víte, že to není rez?
Předem děkuji.
Odpověď
Rust je oxid železitý; v systému nemáte železo, takže to není rez.
Hnědou látkou je měděný prach produkovaný reakce 2Al + 3CuCl2 -> 3Cu + 2AlCl3.
Chlorid hlinitý pak hydrolyzuje za vzniku hexahydrátu AlCl3, který je bezbarvý a kyselý vysvětlení zde .
Odpověď
Hliníková fólie je tenký plech z plného hliníku. Vidíte, že je bíle zbarvená (nebo stříbrná) barevný, pokud chcete). Takže pevný hliník má bílou barvu . Soli hliníku jsou bezbarvé (nebo je vidíte jako bílé ). Když jsou hliníkové soli rozpuštěny ve vodě, jsou roztoky bezbarvé .
Jaká je barva pevné mědi? Odstraňte plastovou izolaci z kusu elektrického drátu, abyste viděli měděný drát uvnitř, nebo se podívejte na měděné dno pánve. Vidíte, že měď je hnědá pevná látka .
Soli mědi (II) mají modrou barvu. Když jste tedy rozpustili chlorid Cu (II) ve vodě, dostali jste modré řešení . Modrá barva označuje přítomnost iontů Cu (II) v roztoku.
Hliník je reaktivnější než měď . Když se tedy hliníková fólie vloží do roztoku soli mědi, atomy hliníku na povrchu fólie (v kontaktu s roztokem) reagují a nahradí ionty mědi (II) v roztoku (nyní se z něj stává roztok chloridu hlinitého). Proto se modrý roztok stává bezbarvým.
Měděné (II) ionty, které byly původně v roztoku, jsou vytlačeny ven, aby vytvořily pevný měděný prášek (hnědý) a ulpí na povrchu hliníkové fólie (v chemie, říkáme, že hliník „vytěsnil“ měď ze soli). Hnědý povlak, který se objeví na hliníkové fólii, je tedy pevná měď .
Nyní, jak to víte že to není rez? Musíte vědět, že železné předměty pomalu časem rezají. Je to proto, že železo reaguje s kyslíkem v atmosféře a za přítomnosti vlhkosti se pomalu mění na oxid železitý. Proto rez je oxid železitý , který má také hnědou barvu.
Nyní můžete odvodit, že hnědý povlak na hliníkové fólii není rez , protože jste nepoužili železo kdekoli ve vašem experimentu. Hliník a měď nerezavějí.
Odpověď
Souhlasím se svými kolegy do té míry, že se s největší pravděpodobností jedná o kov mědi. Avšak vzhledem k tomu, že začínáme s kyselým roztokem chloridu měďnatého a pravděpodobně existuje určitá expozice kyslíku buď z výchozí vody nebo ze kontaktu se vzduchem, může probíhat trochu více chemie, přesněji elektrochemicky (nebo zobrazovat povrchovou anodu) / katodový mechanismus). Je známo, že dochází k následující reakci, například s měďným, železným a pravděpodobně jinými přechodnými kovy (Mn, Co, Ce, Cr, ..) v kyselých roztocích za přítomnosti kyslíku:
Cu ( l) / Fe (ll) + 1/4 O2 + H + -> Cu (ll) / Fe (lll) + ½ H2O
Zdroj pro výše uvedenou rovnici pro železo (který je plně k dispozici jako html soubor na https://wwwbrr.cr.usgs.gov/projects/GWC_coupled/phreeqc/html/final-78.html a související komentáře na https://pubs.acs.org/doi/10.1021/es0501058 ) a pro měď viz například Eq (7) at https://en.wikipedia.org/wiki/Dicopper_chloride_trihydroxide .
Výše uvedenou reakci bych přepsal s ohledem na sklon některých přechodných kovů (jako je měď) tvořit zásadité soli následovně:
4 Cu ( l) + O2 + 2 H + -> 4 Cu (ll) + 2 OH-
Pro vysokoškoláky a výzkumné pracovníky jsem pomocí doplňku zajímavě odvodil základní cestu radikální chemie k této reakci, „Dopady aerosolů na chemii stopových plynů v atmosféře: případ studium peroxidových radikálů „“, H. Liang1, Z. M. Chen1, D. Huang1, Y. Zhao1 a 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 = 4,6xE05)
R27 O2− + Cu + + 2 H + → Cu2 + + H2O2 (k = 9,4xE09)
R25 H2O2 + Cu + → Cu2 + + OH + OH – (k = 7,0 xE03)
R23 OH + Cu + → Cu2 + + OH− (k = 3,0 × E09)
Znovu síťová reakce: 4 Cu + + O2 + 2 H + → 4 Cu2 + + 2 OH-
Nyní, u experimentu diskutovaného s Al / CuCl2, mám podezření, že elementární kov mědi, obzvláště čerstvě vysrážený, bude podobně reagovat a vytvoří povlak oxidu měďného za normálně pomalu pozorované oxidace železa a kov mědi ve směsi kyselého vzduchu a CO2 za takzvané autooxidační reakce kovu (výše uvedená reakce R24):
O2 (aq) + 4 Cu / Fe = Cu (l) / Fe (ll ) + • O2−
což je také reverzibilní reakce. Po okyselení může anion superoxidového radikálu (psaný jako O2−, • O2− nebo O2 • -, ale zatímco druhá forma je v souladu s konvencí, může představovat významné problémy ohledně čitelnosti a možné nesprávné interpretace povahy aktivního druhu) vést k H2O2 (reakce R27) a naplnit reakci Fenton (nebo typu Fenton s mědí) (viz R25 výše) za vzniku železité nebo měďnaté soli. V důsledku toho může zdánlivě pozorované popsané tmavší zbarvení ve skutečnosti být způsobeno přítomností Cu2O a při nízkém pH a zvýšené hladině kyslíku by se mohly vyvinout některé mnohem tmavší skvrny CuO.
Při teplotách nad 65 ° C , jedna studie (viz plně dostupný článek ve formátu pdf na stránce https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0001616069900467 ) odkazuje na „příchod elektronů na rozhraní oxid-plyn pomocí termionické emise jako kroku regulace rychlosti “, kde bych očekával, že to povede k anexu radikálu superoxidu pomocí:
e- (aq) + O2 (aq) = • O2−
A podle další studie také reakce:
e- (aq) + H + = • H
kde vodíkový proton (odvozený z vodní páry) zjevně zabírá povrchová Cu volná místa, vytvořená z hlavních defektů spojených s Cu2O (viz diskuse Wang a Cho na https://www.jstage.jst.go.jp/article/isijinternational/49/12/49_12_1926/_pdf ).
Také bych si všiml, že atmosférický superoxid plus vodní pára, kvůli změně dielektrika t Médium, • O2−, se do značné míry vyskytuje jako • HO2 (proton je zjevně snadno darován vodou). Tento druhý hydroperoxidový radikál není pouze pomalým předchůdcem H2O2 (a možnou reakcí fentonového typu uvedenou výše na R25) prostřednictvím reakce:
• HO2 + • HO2 = H2O2 + O2
ale také nedávno sám o sobě považován za kyselý radikál (viz „Radical-Enhanced Acidity: Why Bicarbonate, Carboxyl, Hydroperoxyl, and Related Radicals are so Acidic“ na https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpca.7b08081?src=recsys&journalCode=jpcafh ).