Reacción química del papel de aluminio en solución de CuCl2

El óxido es óxido de hierro; no tienes hierro en el sistema, por lo que no es óxido.

La sustancia marrón es polvo de cobre producido por la reacción 2Al + 3CuCl2 -> 3Cu + 2AlCl3.

El cloruro de aluminio luego se hidroliza para dar AlCl3 hexahidrato que es incoloro y ácido explicación aquí .

El papel de aluminio es una hoja delgada de aluminio sólido. Puede ver que es de color blanco (o plateado de color, si lo prefiere). Por lo tanto, el aluminio sólido es de color blanco. Las sales de aluminio son incoloras (o las ve como blancas ). Cuando sales de aluminio se disuelven en agua, las soluciones son incoloras. .

Ahora, ¿cuál es el color del cobre sólido? Retire el aislamiento de plástico de un trozo de cable eléctrico para ver el cable de cobre en el interior, o mire el fondo de cobre de una sartén. Puede ver que el cobre es un sólido marrón .

Las sales de cobre (II) son de color azul. Entonces, cuando disolvió cloruro de Cu (II) en agua, obtuvo una solución azul . El color azul indica la presencia de iones Cu (II) en la solución.

El aluminio es más reactivo que el cobre . Por lo tanto, cuando se coloca papel de aluminio en la solución de sal de cobre, los átomos de aluminio en la superficie del papel (en contacto con la solución) reaccionan y toman el lugar de los iones de cobre (II) en la solución (ahora se convierte en una solución de cloruro de aluminio). Es por eso que la solución azul se vuelve incolora.

Los iones de cobre (II) que estaban originalmente en la solución se expulsan para formar un polvo de cobre sólido (marrón) y se adhiere a la superficie del papel de aluminio (en química, decimos que el aluminio «desplazó» al cobre de la sal). Entonces, la capa marrón que aparece en el papel de aluminio es cobre sólido .

Ahora, ¿cómo lo sabes? que no es óxido? Debes saber que los objetos de hierro se oxidan lentamente con el paso del tiempo. Esto se debe a que el hierro reacciona con el oxígeno de la atmósfera y cambia lentamente a óxido de hierro en presencia de humedad. Por lo tanto, óxido es óxido de hierro , que también es de color marrón.

Ahora puede inferir que el El revestimiento marrón del papel de aluminio no se oxida , porque no usaste hierro en cualquier lugar del experimento. El aluminio y el cobre no se oxidan.

Estoy de acuerdo con mis colegas en la medida en que lo más probable es que sea un metal de cobre. Sin embargo, dado que estamos comenzando con una solución ácida de cloruro de cobre, y es probable que haya algo de exposición al oxígeno, ya sea por el agua de partida o por el contacto con el aire, es posible que se esté produciendo un poco más de química, más precisamente, electroquímica (o mostrando un ánodo superficial / mecanismo de cátodo). Se sabe que ocurre la siguiente reacción, por ejemplo, con metales cuprosos, ferrosos y probablemente otros metales de transición (Mn, Co, Ce, Cr, ..) en soluciones ácidas en presencia de oxígeno:

Cu ( l) / Fe (ll) + 1/4 O2 + H + -> Cu (ll) / Fe (lll) + ½ H2O

Fuente de la ecuación anterior para ferrosos (que está completamente disponible como html en https://wwwbrr.cr.usgs.gov/projects/GWC_coupled/phreeqc/html/final-78.html y, de manera relacionada, también comentarios en https://pubs.acs.org/doi/10.1021/es0501058 ) y para el cobre, consulte, por ejemplo, la ecuación (7) en https://en.wikipedia.org/wiki/Dicopper_chloride_trihydroxide .

Volvería a escribir la reacción anterior dada la propensión de algunos metales de transición (como el cobre) a formar sales básicas de la siguiente manera:

4 Cu ( l) + O2 + 2 H + -> 4 Cu (ll) + 2 OH-

Para los estudiantes e investigadores universitarios, he derivado de manera interesante un camino subyacente de química radical a esta reacción empleando el suplemento «Impacts de aerosoles sobre la química de los gases traza atmosféricos: un caso estudio de radicales peróxidos «», por H. Liang1, Z. M. Chen1, D. Huang1, Y. Zhao1 y Z. Y.Li, enlace: 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)

Reacción neta nuevamente: 4 Cu + + O2 + 2 H + → 4 Cu2 + + 2 OH-

Ahora, para el experimento discutido con Al / CuCl2, sospecho que el metal de cobre elemental, especialmente recién precipitado, reaccionará de manera similar formando una capa de óxido cuproso según la oxidación normalmente lenta observada del hierro. y cobre metálico en una mezcla ácida de aire / CO2 según la llamada reacción de autooxidación de metales (Reacción R24 anterior):

O2 (aq) + 4 Cu / Fe = Cu (l) / Fe (ll ) + • O2−

que también es una reacción reversible. Tras la acidificación, el anión del radical superóxido (escrito como O2−, • O2− u O2 • -, pero si bien la última forma está de acuerdo con la convención, puede presentar problemas importantes de legibilidad y una posible mala interpretación de la naturaleza de la especie activa). conducir a H2O2 (Reacción R27) y alimentar una reacción de Fenton (o tipo Fenton con cobre) (ver R25 arriba) creando una sal férrica o cúprica. Como consecuencia, la coloración más oscura descrita aparentemente observada puede deberse en realidad a la presencia de Cu2O, y a un pH bajo y niveles elevados de oxígeno, podrían desarrollarse algunas manchas mucho más oscuras de CuO.

A temperaturas superiores a 65 C , un estudio (ver el artículo completamente disponible en formato pdf en https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0001616069900467 ) se refiere a “la llegada de electrones a la interfaz óxido-gas por emisión termoiónica como el paso de control de la velocidad ”, donde esperaría que esto conduzca al anión radical superóxido a través de:

e- (aq) + O2 (aq) = • O2−

Y según otro estudio también la reacción:

e- (aq) + H + = • H

donde el protón de hidrógeno (derivado del vapor de agua) aparentemente ocupa vacantes de Cu en la superficie, formadas por defectos importantes asociados con Cu2O (ver discusión de Wang y Cho en https://www.jstage.jst.go.jp/article/isijinternational/49/12/49_12_1926/_pdf ).

También me gustaría señalar que el superóxido atmosférico más vapor de agua, debido al cambio en el dieléctrico de t El medio, • O2− se vuelve mayormente presente como • HO2 (el protón aparentemente es donado fácilmente por el agua). Además, el último radical hidroperóxido no es solo un precursor lento de H2O2 (y una posible reacción de tipo fenton indicada anteriormente por R25) a través de la reacción:

• HO2 + • HO2 = H2O2 + O2

pero también, recientemente reconocido como un radical ácido en sí mismo (ver Acidez mejorada con radicales: por qué el bicarbonato, el carboxilo, el hidroperoxilo y los radicales relacionados son tan ácidos en https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpca.7b08081?src=recsys&journalCode=jpcafh ).