Jeg analyserer en reaktion mellem vandsulfat kobber og aluminium. En del af $ \ ce {Al} $, f.eks. Aluminiumsfolie. Jeg er klar over, at der dannes et lag af $ \ ce {Al2O3} $ på overfladen af $ \ ce {Al} $, der passiverer det, og jeg er klar over, at $ \ ce {NaCl} $ (eller rettere bare $ \ ce {Cl ^ -} $) renser aluminiumoxidet af overfladen af klumpen af aluminium, men jeg forstår ikke hvorfor. Jeg vil meget værdsætte, hvis nogen kunne give mig en forklaring.
Desuden (Jeg inkluderede ikke nøjagtigt dette i emnet for mit spørgsmål). Hvorfor ser reaktionen sådan ud:
$$ \ ce {6H2O + 3CuSO4 + 5Al \ rightarrow 3H2 + Al2 (SO4 ) 3 + 3Al (OH) 2 + 3Cu} $$
(eller noget i retning af det) snarere end:
$$ \ ce {3CuSO4 + 2Al – > Al2 (SO4) 3 + 3Cu} $$?
Noget i denne retning skal være tilfældet, fordi reaktionen giver gas ..
Kommentarer
- Du skal opdele din første ligning i to, en hvor Al reducerer vand, en hvor Al reducerer Cu. Begge reaktioner sker mere eller mindre uafhængigt, der er ingen absolut stokiometrisk relation ween dem.
- Ville det antyde, at ren Al ville reagere med H2O for at producere H2-gas lige så kraftigt som når den ' reagerer med CuSO4 + H2O-opløsning og danner H2-gas, hvis ved samme temperatur? Tak også for den foreslåede redigering.
- Nej, at ' er hvad jeg mente med " mere eller mindre ". Jeg ville ikke fjerne den første ligning, bare tilføj en tredje, der beskriver udviklingen af H2 fra vand + Al. Der er helt sikkert noget interessant samspil mellem de to dele. Btw. Al-sulfat er opløseligt i vand.
Svar
Aluminium modstår korrosion i neutralt eller let off-neutralt vand på grund af den meget uopløselige Al2O3-film på metallet. Hvis du bryder denne film, korroderer den det bare metal og reformerer.
Men hvis du klør Al og fastgør en katode (et mindre aktivt metal), har du en galvanisk celle, og H2 kan udvikles fra denne katode, når Al opløses. Det enkleste eksempel på dette er, når du sætter Al i H2O i kontakt med en dråbe kviksølv. Skrab Al gennem Hg; Hg samler sig med Al (fastgør sig selv som katode), så H2 kan udvikles, når Al opløses et andet sted.
Eksperimentet med CuSO4 er ens: ridse Al; noget Cu vil blive deponeret og fungere som en katode, og resten af Al vil til sidst opløses i H2O. Hvis du er for doven til at ridse Al (jeg er ansigtsfuld!), Kan du tilføje lidt Clion til H2O, som begynder korrosion af Al, aflejring af Cu, galvanisk celleproduktion, opløsning af al Al.
Der er et elektrokemisk eksempel, der stilles som et testspørgsmål: ville det være bedre at fremstille et skib af aluminium med kobbernitter eller ud af kobber med aluminiumnitter? En aluminiumsbåd? Nej! Det ville korroderer i havvand. Kobber ville overleve længere. Men NEJ! Kobberbåden ville have en enorm katode og små aluminiumanoder (nitterne), som korroderede hurtigt og kobberpladerne ville falde fra hinanden. På den anden side ville en aluminiumsbåd holder ikke evigt i havvand, men de små katoder begrænser korrosionsstrømmen, og de store aluminiumanoder ville have korrosion fordelt over hele skibet, så det ville overleve længere end den anden vej. Naturligvis vil enhver intelligent person bruge kobbernitter på kobberplader og aluminiumnitter på aluminium, men det ” s bare for at komme med et punkt.
Svar
Chlorider er kendt for at være en aggressiv ion for metalkorrosion, dette menes at være være på grund af kloriders evne til at destabilisere passiveringsfilmen på metaller, der beskytter metallerne mod korrosion. Hvad der er kendt som gropkorrosion kan forekomme, hvor en nedbrydning af passiveringslaget på specifikke punkter på metaloverfladen fører til korrosion der af andre oxidationsmidler i det vandige medium, hvilket fører til dannelsen af korrosionsgrave. Eksponerede metaloverflader på grund af nedbrydningen af passiveringslaget frigiver metalioner, som komplekserer sig med chloridanionerne; metalchloridkomplekset reagerer med vand til dannelse af saltsyre og et metalhydroxidkompleks, hvilket reducerer mediumets pH tæt på metaloverfladen, hvilket yderligere fremskynder korrosion. (En reference kan findes her: http://sassda.co.za/stainless – stål-og-korrosion /).
Aluminium er et “amfotert” metal, der reagerer med baser; vand oxiderer først Al til Al (III) og producerer hydrogengas (sandsynligvis brusen, som du observerer) på grund af reduktionen af vand. Al (III) -ioner sammensættes derefter med hydroxidioner til dannelse af et opløseligt kompleks i opløsning.Faktisk, når en legering af Cu og Al placeres i NaOH, ses Al at opløse sig, hvilket efterlader kobberet i en nanoporøs struktur, et materiale der har potentiale til katalytiske anvendelser.
Hvad angår dit spørgsmål om, hvorvidt Al kan reagere så kraftigt med vand som kobber (II) sulfatopløsning, tror jeg ja. Men hvis din Al ikke er “så ren” som du tror og stadig har et lag af passivering på overfladen, er sulfationer kendt for også at destabilisere passiveringslag af metaller, så det kan forbedre korrosionen (i virkeligheden hævder nogle kilder sulfat til være et bedre ætsende middel end klorid. Jeg er også en nybegynderlærer inden for kemi og korrosionsvidenskab, så vær venlig at hjælpe med at forbedre mit svar og rette eventuelle fejl!