Luokalla teimme laboratorion, jossa liuotettiin ensin kupari (II) kloridijauhe veteen sinisen liuoksen muodostamiseksi . Sitten laitimme murskatun palan alumiinifoliota siihen liuokseen. Se muuttui ruskeaksi ja alumiinin kanssa kosketuksiin joutunut (alun perin sininen) liuos muuttui värittömäksi. Alumiinifolio muuttui ruskeaksi.
Kysymykseni kuuluu, mikä on ruskea aine alumiinifoliossa, ja mistä tiedät, että se ei ruostu?
Kiitos jo etukäteen.
Vastaa
Ruoste on rautaoksidia; järjestelmässäsi ei ole rautaa, joten se ei ole ruostetta.
Ruskea aine on kuparipölyä, jonka tuottaa reaktio 2Al + 3CuCl2 -> 3Cu + 2AlCl3.
Sitten alumiinikloridi hydrolysoituu, jolloin saadaan AlCl3-heksahydraattia, joka on väritöntä ja hapan .
Vastaus
Alumiinifolio on ohut kiinteää alumiinilevyä. Voit nähdä, että se on valkoista (tai hopeaa) värillinen, jos haluat). Joten kiinteä alumiini on valkoista väriä. Alumiinisuolat ovat värittömiä (tai näet ne valkoisina) Kun alumiinisuolat liuotetaan veteen, liuokset ovat värittömiä .
Mikä on kiinteän kuparin väri? Poista muovieriste palasta sähköjohtoa, jotta näet kuparilangan sisällä, tai katso paistinpannun kuparipohjaa. Voit nähdä, että kupari on ruskea kiinteä aine .
Kupari (II) suolat ovat sinisiä. Joten kun liuotit Cu (II) kloridia veteen, saat sinisen liuoksen . Sininen väri osoittaa Cu (II) -ionien läsnäolon liuoksessa.
Alumiini on reaktiivisempi kuin kupari . Siksi, kun alumiinifolio laitetaan kuparisuolaliuokseen, folion pinnalla olevat alumiiniatomit (kosketuksessa liuoksen kanssa) reagoivat ja ottavat kupari (II) -ionien paikan liuoksessa (siitä tulee nyt alumiinikloridiliuosta). Siksi sininen liuos muuttuu värittömäksi.
Alunperin liuoksessa olleet kupari (II) -ionit työnnetään ulos muodostamaan kiinteää kuparijauhetta (ruskea) ja tarttuvat alumiinifolion pinnalle ( kemia, sanomme, että alumiini ”syrjäytti” kuparia suolasta). Joten alumiinifolioon ilmestyvä ruskea pinnoite on kiinteä kupari .
Nyt mistä tiedät että se ei ole ruostetta? Sinun on tiedettävä, että rautaesineet ruostuvat hitaasti ajan myötä. Tämä johtuu siitä, että rauta reagoi ilmakehän hapen kanssa ja muuttuu hitaasti rautaoksidiksi kosteuden läsnä ollessa. Siksi ruoste on rautaoksidia , joka on myös väriltään ruskea.
Nyt voit päätellä, että alumiinifolion ruskea pinnoite on ei ruostu , koska et käyttänyt rauta missä tahansa kokeilusi kohdassa. Alumiini ja kupari eivät ruostu.
Vastaus
Olen samaa mieltä kollegojeni kanssa siinä määrin kuin se todennäköisesti on kuparimetallia. Ottaen kuitenkin huomioon, että aloitamme happamalla kuparikloridiliuoksella ja todennäköisesti jonkin verran happialtistusta esiintyy joko lähtövedestä tai ilmakontaktista, kemikaalia voi tapahtua hieman enemmän, tarkemmin sanottuna sähkökemiallisesti (tai näyttää pinta-anodi) / katodimekanismi). Seuraavan reaktion tiedetään tapahtuvan esimerkiksi rauta-, rauta- ja todennäköisesti muiden siirtymämetallien (Mn, Co, Ce, Cr, …) kanssa happamissa liuoksissa hapen läsnä ollessa:
Cu ( l) / Fe (ll) + 1/4 O2 + H + -> Cu (ll) / Fe (lll) + ½ H2O
Yllä olevan yhtälön lähde rautaa (joka on täysin saatavana html-tiedosto osoitteessa https://wwwbrr.cr.usgs.gov/projects/GWC_coupled/phreeqc/html/final-78.html ja vastaavasti myös kommentit osoitteessa https://pubs.acs.org/doi/10.1021/es0501058 ) ja kuparin osalta katso esimerkiksi Eq (7) kohdassa https://en.wikipedia.org/wiki/Dicopper_chloride_trihydroxide .
Kirjoitan uudelleen yllä olevan reaktion, kun otetaan huomioon joidenkin siirtymämetallien (kuten kuparin) taipumus muodostaa emäksisiä suoloja seuraavasti:
4 Cu ( l) + O2 + 2 H + -> 4 Cu (ll) + 2 OH-
Yliopisto-opiskelijoille ja tutkijoille olen mielenkiintoisesti johtanut tämän reaktion taustalla olevan radikaalin kemiallisen polun käyttämällä lisäystä ”Vaikutukset” aerosolien ilmakehän hivekaasujen kemia: tapaus peroksidiradikaalien tutkimus ””, kirjoittaneet H. Liang1, Z. M. Chen1, D. Huang1, Y. Zhao1 ja Z. Y.Li, linkki: 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)
Nettoreaktio jälleen: 4 Cu + + O2 + 2 H + → 4 Cu2 + + 2 OH-
Nyt Al / CuCl2: n kanssa keskustellun kokeen osalta epäilen, että alun perin kuparimetalli, erityisesti juuri saostunut, reagoi samalla tavoin muodostaen kuparioksidipäällysteen tavallisesti hitaasti havaittua raudan hapettumista kohti ja kuparimetalli happamassa ilma / CO2-seoksessa ns. metallin automaattisen hapettumisreaktion mukaan (reaktio R24 yllä):
O2 (vesipitoinen) + 4 Cu / Fe = Cu (l) / Fe (ll ) + • O2−
joka on myös palautuva reaktio. Happamoitumisen jälkeen superoksidiradikaali-anioni (kirjoitettu nimellä O2−, • O2− tai O2 • -, mutta vaikka jälkimmäinen muoto on sopusoinnussa, se voi aiheuttaa merkittäviä kysymyksiä luettavuudesta ja mahdollisen väärän tulkinnan aktiivisen lajin luonteesta) johtaa H2O2: een (reaktio R27) ja syötä Fenton- (tai Fenton-tyyppinen kupari) -reaktio (katso yllä oleva R25) ja luo rauta- tai kuparisuola. Tämän seurauksena näennäisesti havaittu tummempi väri saattaa itse asiassa johtua Cu2O: n läsnäolosta, ja matalassa pH: ssa ja kohonneissa happipitoisuuksissa CuO: n huomattavasti tummempia täpliä voi kehittyä. , yksi tutkimus (katso täysin saatavilla oleva artikkeli pdf-muodossa osoitteessa https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0001616069900467 ) viittaa ”elektronien saapumiseen oksidin ja kaasun rajapinta termionisen emissioiden avulla nopeuden säätelyvaiheena ”, missä odotan tämän johtavan superoksidiradikaaliryhmään:
e- (aq) + O2 (aq) = • O2−
Ja toisessa tutkimuksessa myös reaktio:
e- (aq) + H + = • H
missä vetyprotoni (johdettu vesihöyrystä) ilmeisesti vie Cu2O: n avoimet pinta-alat, jotka muodostuvat Cu2O: han liittyvistä suurista virheistä (katso Wangin ja Choin keskustelu osoitteessa https://www.jstage.jst.go.jp/article/isijinternational/49/12/49_12_1926/_pdf ).
Huomaan myös, että ilmakehän superoksidi plus vesihöyry johtuen t väliaine, • O2− tulee läsnä pääosin • HO2: na (protoni on ilmeisesti helposti veden luovuttama). Lisäksi jälkimmäinen hydroperoksidiradikaali ei ole vain hidas H2O2: n edeltäjä (ja mahdollinen fentonityyppinen reaktio, joka on mainittu yllä R25: n kohdalla) reaktion kautta:
• HO2 + • HO2 = H2O2 + O2
mutta myös äskettäin tunnustettu itsessään happamaksi radikaaliksi (katso Radikaalin tehostettu happamuus: miksi bikarbonaatti, karboksyyli, hydroperoksyyli ja siihen liittyvät radikaalit ovat niin happamia https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpca.7b08081?src=recsys&journalCode=jpcafh ).