Analysoin vesisulfaattikuparin ja alumiinin välistä reaktiota. Pala $ \ ce {Al} $, esim. Alumiinifolio. Ymmärrän, että $ \ ce {Al2O3} $ -kerros muodostuu $ \ ce {Al} $: n pinnalle passivoimalla se, ja ymmärrän, että $ \ ce {NaCl} $ (tai pikemminkin vain $ \ ce {Cl ^ -} $) puhdistaa alumiinioksidia irtotavaran pinnasta, mutta en ymmärrä miksi. Arvostan suuresti, jos joku voisi tarjota minulle selityksen.
Lisäksi (En sisällyttänyt tätä tarkalleen kysymykseeni,) miksi reaktio näyttää tältä:
$$ \ ce {6H2O + 3CuSO4 + 5Al \ rightarrow 3H2 + Al2 (SO4 ) 3 + 3Al (OH) 2 + 3Cu} $$
(tai jotain sen suuntaista) pikemminkin kuin:
$$ \ ce {3CuSO4 + 2Al – > Al2 (SO4) 3 + 3Cu} $$?
Jotain näistä linjoista on oltava, koska reaktio tuottaa kaasua ..
Kommentit
- Sinun tulisi jakaa ensimmäinen yhtälö kahteen, johon Al vähentää vettä, toiseen Al vähentää Cu. Molemmat reaktiot tapahtuvat enemmän tai vähemmän itsenäisesti, ei ole absoluuttinen stokometrinen suhteellinen veto
- Tarkoittaisiko tämä, että puhdas Al reagoisi H2O: n kanssa tuottaakseen H2-kaasua yhtä voimakkaasti kuin silloin, kun se reagoi CuSO4 + H2O-liuoksen kanssa ja muodostaen H2-kaasua, jos samassa lämpötilassa? Kiitos myös ehdotetusta muokkauksesta.
- Ei, ' tarkoitin sitä, mitä tarkoitin " enemmän tai vähemmän ". En poista ensimmäistä yhtälöä, lisää vain kolmas, joka kuvaa H2: n evoluutiota vedestä + Al: sta. Näiden kahden osan välillä on varmasti mielenkiintoista vuorovaikutusta. Btw. Al-sulfaatti liukenee veteen.
Vastaus
Alumiini vastustaa korroosiota neutraalissa tai hieman neutraalissa vedessä. metallissa olevan erittäin liukenemattoman Al2O3-kalvon takia. Jos hajotat tämän kalvon, se syö paljasta metallia ja uudistaa.
Mutta jos naarmutat Al: n ja kiinnität katodin (vähemmän aktiivinen metalli), sinulla on galvaaninen kenno ja H2 voi kehittyä tästä katodista, kun Al liukenee. Yksinkertaisin esimerkki tästä on, kun laitat Al H2O: n kosketukseen pisaran elohopean kanssa. Naarmuta Al Hg: n läpi; Hg sulautuu Aliin (kiinnittyy itse katodina), jolloin H2 voi kehittyä, kun Al liukenee muualle.
Kokeilu CuSO4: n kanssa on samanlainen: raaputa Al; osa Cu: sta kerrostuu ja toimii katodina, ja loput Al: sta lopulta liukenee H2O: hon. Jos olet liian laiska naarmuttamaan Al: a (olen viehättävä!), Voit lisätä H2O: hon hieman Cl-ionia, joka alkaa Al: n korroosiota, Cu: n laskeutumista, galvaanisten kennojen tuotantoa, kaikkien aineiden liukenemista. Al.
Testikysymyksenä on sähkökemiallinen esimerkki: olisiko parempi tehdä alus alumiinista kupariniiteillä vai kuparista alumiininiiteillä? Alumiinivene? Ei! syöpyy merivedessä. Kupari selviää pidempään. Mutta EI! Kupariveneessä olisi valtava katodi ja pienet alumiinianodit (niitit), jotka syövyttävät nopeasti ja kuparilevyt hajoavat. Toisaalta alumiinivene eivät kestä ikuisesti merivedessä, mutta pienet katodit rajoittaisivat korroosiovirtaa, ja suurilla alumiinianodeilla olisi korroosiota koko aluksella, joten se selviää pidempään kuin toisin. Tietysti kuka tahansa älykäs ihminen käyttäisi kupariniittejä kuparilevyt ja alumiininiitit alumiinilla, mutta se ” vain tehdä asia.
vastaus
Kloridien tiedetään olevan aggressiivinen ioni metallikorroosiota varten, tämän uskotaan johtuu kloridien kyvystä horjuttaa metallien passivointikalvoa, joka suojaa metalleja korroosiolta. Ns. Kuoppakorroosiota voi esiintyä, jolloin passivointikerroksen hajoaminen metallipinnan tietyissä kohdissa johtaa korroosioon muiden hapettimien vaikutuksesta vesipitoisessa väliaineessa, mikä johtaa korroosiokuoppien muodostumiseen. Passivointikerroksen hajoamisen vuoksi paljastetut metallipinnat vapauttavat metalli-ioneja, jotka kompleksoituvat kloridi-anionien kanssa; metalli-kloridikompleksi reagoi veden kanssa muodostaen suolahappoa ja metalli-hydroksidikompleksia, mikä vähentää väliaineen pH: ta lähellä metallipintaa ja kiihdyttää edelleen korroosiota. (Viite löytyy täältä: http://sassda.co.za/stainless – teräs ja korroosio /).
Alumiini on ”amfoteerinen” metalli, joka reagoi alkalien kanssa; vesi ensin hapettaa Al: n Al: ksi (III), mikä tuottaa vetykaasua (luultavasti havaitsemasi poret) veden pelkistyksen vuoksi. Al (III) -ionit kompleksoituvat sitten hydroksidi-ionien kanssa muodostaen liukoisen kompleksin liuoksessa.Itse asiassa, kun Cu: n ja Al: n seos asetetaan NaOH: iin, Alin nähdään liukenevan pois jättäen kuparin nanohuokoiseen rakenteeseen, materiaaliin, jolla on potentiaalia katalyyttisovelluksiin.
Mitä tulee kysymyksesi siitä, pystyykö Al reagoimaan yhtä voimakkaasti veden kanssa kuin kupari (II) sulfaattiliuos, luulen kyllä. Mutta jos Alisi ei ole niin ”puhdas” kuin luulet ja sillä on vielä passiivikerros pinnalla, sulfaatti-ionien tiedetään myös epävakauttavan metallien passivointikerroksia, mikä saattaa lisätä korroosiota (itse asiassa jotkut lähteet väittävät sulfaatin ole parempi syövyttävä aine kuin kloridi).
Valitettavasti minulla ei ole viitteitä, suurin osa tästä perustuu kirjallisuuteen, jonka olen lukenut melko kauan sitten. Olen myös vasta aloitteleva kemian ja korroosiotieteen oppija, joten auta parantamaan vastaustani ja korjaamaan virheet!