I klassen lavede vi et laboratorium, hvor vi først opløste kobber (II) chloridpulver i vand for at danne en blå opløsning . Vi placerede derefter et smuldret stykke aluminiumsfolie i den løsning. Den blev brun, og den (oprindeligt blå) opløsning, der kom i kontakt med aluminiumet, blev farveløs. Aluminiumsfolien blev brun.
Mit spørgsmål her er, hvad er det brune stof på aluminiumsfolien, og hvordan ved du, at det ikke er rust?
Tak på forhånd.
Svar
Rust er jernoxid; du har intet jern i systemet, så det er ikke rust.
Det brune stof er kobberstøv produceret af reaktionen 2Al + 3CuCl2 -> 3Cu + 2AlCl3.
Aluminiumchloridet hydrolyseres derefter for at give AlCl3-hexahydrat, der er farveløst og surt forklaring her .
Svar
Aluminiumsfolien er et tyndt ark af massivt aluminium. Du kan se, at det er hvidt (eller sølvfarvet) farvet, hvis du foretrækker det. Så solid aluminium er hvid i farve. Aluminiumssalte er farveløse (eller du ser dem som hvide Når aluminiumsalte opløses i vand, er -løsningerne farveløse .
Hvad er nu farven på massivt kobber? Fjern plastisoleringen fra et stykke elektrisk ledning for at se kobbertråden indeni, eller se på kobberbunden på en stegepande. Du kan se, at kobber er et brunt fast .
Kobbersalte (II) har blå farve. Så når du opløste Cu (II) -chlorid i vand, fik du en blå opløsning . Den blå farve angiver tilstedeværelsen af Cu (II) -ioner i opløsningen.
Aluminium er mere reaktivt end kobber . Derfor, når aluminiumsfolie anbringes i kobbersaltopløsningen, reagerer aluminiumatomer på overfladen af folien (i kontakt med opløsningen) og træder i stedet for kobber (II) -ioner i opløsningen (det bliver nu aluminiumchloridopløsning). Det er grunden til, at den blå opløsning bliver farveløs.
Kobber (II) ioner, der oprindeligt var i opløsningen, skubbes ud for at danne fast kobberpulver (brun) og sætter sig fast på overfladen af aluminiumsfolien (i kemi, siger vi, at aluminiumet “fortrængte” kobber fra saltet). Så den brune belægning, der vises på aluminiumsfolien, er massivt kobber .
Hvordan ved du det nu at det ikke er rust? Du skal vide, at jerngenstande langsomt ruster, når tiden går. Dette skyldes, at jernet reagerer med ilt i atmosfæren og langsomt skifter til jernoxid i nærvær af fugt. Derfor er rust jernoxid , som også er brun i farven.
Nu kan du udlede, at brun belægning på aluminiumsfolien er ikke rust , fordi du ikke brugte stryge hvor som helst i dit eksperiment. Aluminium og kobber ruster ikke.
Svar
Jeg er enig med mine kolleger i det omfang, det sandsynligvis er kobbermetal. Men da vi starter med en sur kobberchloridopløsning, og sandsynligvis er der ilteksponering enten fra startvandet eller fra luftkontakt, kan der ske lidt mere kemi, mere præcist elektrokemisk (eller vise en overflade-anode / katodemekanisme). Følgende reaktion vides for eksempel at forekomme med kupformige, jernholdige og sandsynligvis andre overgangsmetaller (Mn, Co, Ce, Cr, ..) i sure opløsninger i nærvær af ilt:
Cu ( l) / Fe (ll) + 1/4 O2 + H + -> Cu (ll) / Fe (lll) + ½ H2O
Kilde til ligningen ovenfor for jern (som er fuldt tilgængelig som en html-fil på https://wwwbrr.cr.usgs.gov/projects/GWC_coupled/phreeqc/html/final-78.html og relateret også kommentarer på https://pubs.acs.org/doi/10.1021/es0501058 ) og for kobber, se f.eks. Eq (7) ved https://en.wikipedia.org/wiki/Dicopper_chloride_trihydroxide .
Jeg vil omskrive ovenstående reaktion i betragtning af tilbøjeligheden af nogle overgangsmetaller (som kobber) til at danne basiske salte som følger:
4 Cu ( l) + O2 + 2 H + -> 4 Cu (ll) + 2 OH-
For universitetsstuderende og forskere har jeg interessant afledt en underliggende radikal kemisk vej til denne reaktion ved hjælp af supplementet, “Impacts af aerosoler på kemi af atmosfæriske sporgasser: et tilfælde undersøgelse af peroxidradikaler “” af H. Liang1, Z. M. Chen1, D. Huang1, Y. Zhao1 og 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)
Netreaktion igen: 4 Cu + + O2 + 2 H + → 4 Cu2 + + 2OH-
Nu, for eksperimentet diskuteret med Al / CuCl2, formoder jeg, at elementært kobbermetal, især frisk udfældet, på samme måde reagerer og danner en belægning af kobberoxid pr. Den normalt langsomt observerede oxidation af jern og kobbermetal i en sur luft / CO2-blanding pr. den såkaldte metal-auto-oxidationsreaktion (reaktion R24 ovenfor):
O2 (aq) + 4 Cu / Fe = Cu (l) / Fe (ll ) + • O2−
som også er en reversibel reaktion. Ved forsuring kan superoxidradikalanionen (skrevet som O2-, • O2- eller O2 • -, men mens sidstnævnte form er i overensstemmelse med konventionen, kan den præsentere væsentlige spørgsmål om læsbarhed og mulig fejlagtig fortolkning af arten af den aktive art) føre til H2O2 (reaktion R27) og fodre en Fenton (eller Fenton-type med kobber) reaktion (se R25 ovenfor), hvilket skaber et jern- eller kobbersalt. Som en konsekvens kan den beskrevne tilsyneladende observerede mørkere farve faktisk skyldes tilstedeværelsen af Cu2O, og ved lav pH og forhøjede iltniveauer kan der udvikles nogle meget mørkere pletter af CuO.
Ved temperaturer over 65 ° C , en undersøgelse (se den fuldt tilgængelige artikel som en pdf på https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0001616069900467 ) henviser til “ankomsten af elektroner til grænsefladen mellem oxid og gas ved termionisk emission som hastighedskontroltrinnet ”, hvor jeg forventer, at dette fører til superoxidradikalanionen via:
e- (aq) + O2 (aq) = • O2−
Og pr. anden undersøgelse også reaktionen:
e- (aq) + H + = • H
hvor hydrogenprotonen (afledt af vanddamp) tilsyneladende optager Cu-ledige overflader, dannet af større mangler forbundet med Cu2O (se diskussion af Wang og Cho på https://www.jstage.jst.go.jp/article/isijinternational/49/12/49_12_1926/_pdf ).
Jeg vil også bemærke, at atmosfærisk superoxid plus vanddamp på grund af ændringen i dielektriciteten af t han medium, • O2− bliver stort set til stede som • HO2 (protonen doneres tilsyneladende let af vand). Endvidere er den sidstnævnte hydroperoxidradikal ikke kun en langsom forløber for H2O2 (og en mulig fenton-reaktion angivet ovenfor pr. R25) via reaktionen:
• HO2 + • HO2 = H2O2 + O2
men også for nylig anerkendt som en sur radikal i sig selv (se Radikalforbedret surhed: Hvorfor bicarbonat, carboxyl, hydroperoxyl og relaterede radikaler er så sure ved https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpca.7b08081?src=recsys&journalCode=jpcafh ).