En classe, nous avons fait un laboratoire dans lequel nous avons dabord dissous de la poudre de chlorure de cuivre (II) dans leau pour former une solution bleue . Nous avons ensuite placé un morceau de papier daluminium émietté dans cette solution. Il est devenu brun et la solution (à lorigine bleue) qui est entrée en contact avec laluminium est devenue incolore. La feuille daluminium est devenue brune.
Ma question est la suivante: quelle est la substance brune sur la feuille daluminium et comment savez-vous quelle nest pas rouillée?
Merci davance.
Réponse
La rouille est de loxyde de fer; vous navez pas de fer dans le système donc ce nest pas de la rouille.
La substance brune est de la poussière de cuivre produite par la réaction 2Al + 3CuCl2 -> 3Cu + 2AlCl3.
Le chlorure daluminium shydrolyse ensuite pour donner AlCl3 hexahydrate qui est incolore et acide explication ici .
Réponse
La feuille daluminium est une fine feuille daluminium solide. Vous pouvez voir quelle est de couleur blanche (ou argent couleur, si vous préférez). Donc, laluminium solide est blanc en couleur. Les sels daluminium sont incolores (ou vous les voyez comme blancs ). Lorsque les sels daluminium sont dissous dans leau, les solutions sont incolores .
Maintenant, quelle est la couleur du cuivre massif? Retirez lisolant en plastique dun morceau de fil électrique pour voir le fil de cuivre à lintérieur, ou regardez le fond en cuivre dune poêle à frire. Vous pouvez voir que le cuivre est un solide brun .
Les sels de cuivre (II) sont de couleur bleue. Ainsi, lorsque vous dissolvez du chlorure de Cu (II) dans leau, vous obtenez une solution bleue . La couleur bleue indique la présence dions Cu (II) dans la solution.
Laluminium est plus réactif que le cuivre . Par conséquent, lorsque la feuille daluminium est placée dans la solution de sel de cuivre, les atomes daluminium à la surface de la feuille (en contact avec la solution) réagissent et prennent la place des ions cuivre (II) dans la solution (il devient maintenant une solution de chlorure daluminium). Cest pourquoi la solution bleue devient incolore.
Les ions cuivre (II) qui étaient à lorigine dans la solution sont expulsés pour former une poudre de cuivre solide (marron) et se collent à la surface de la feuille daluminium (en chimie, on dit que laluminium a «déplacé» le cuivre du sel). Ainsi, le revêtement brun qui apparaît sur la feuille daluminium est du en cuivre massif .
Maintenant, comment savez-vous que ce nest pas de la rouille? Vous devez savoir que les objets en fer rouillent lentement avec le temps. En effet, le fer réagit avec loxygène de latmosphère et se transforme lentement en oxyde de fer en présence dhumidité. Par conséquent la rouille est de loxyde de fer , qui est également de couleur brune.
Vous pouvez maintenant en déduire que le le revêtement brun sur la feuille daluminium est pas rouillé , car vous navez pas utilisé repassez nimporte où dans votre test. Laluminium et le cuivre ne rouillent pas.
Réponse
Je suis daccord avec mes collègues dans la mesure où il sagit probablement de cuivre métallique. Cependant, étant donné que nous commençons avec une solution de chlorure de cuivre acide, et quil y a probablement une certaine exposition à loxygène soit de leau de départ, soit du contact avec lair, un peu plus de chimie peut avoir lieu, plus précisément électrochimique (ou affichant une anode de surface / mécanisme cathodique). On sait que la réaction suivante se produit, par exemple, avec des métaux de transition cuivreux, ferreux et probablement dautres (Mn, Co, Ce, Cr, ..) dans des solutions acides en présence doxygène:
Cu ( l) / Fe (ll) + 1/4 O2 + H + -> Cu (ll) / Fe (lll) + ½ H2O
Source de léquation ci-dessus pour le ferreux (qui est entièrement disponible sous forme de html à https://wwwbrr.cr.usgs.gov/projects/GWC_coupled/phreeqc/html/final-78.html et, dans le même ordre didées, commentaires à https://pubs.acs.org/doi/10.1021/es0501058 ) et pour le cuivre, voir, par exemple, Eq (7) à https://en.wikipedia.org/wiki/Dicopper_chloride_trihydroxide .
Je réécrirais la réaction ci-dessus étant donné la propension de certains métaux de transition (comme le cuivre) à former des sels basiques comme suit:
4 Cu ( l) + O2 + 2 H + -> 4 Cu (ll) + 2 OH-
Pour les étudiants et les chercheurs, jai dérivé de manière intéressante un chemin de chimie radical sous-jacent à cette réaction en utilisant le supplément, « Impacts des aérosols sur la chimie des traces de gaz atmosphériques: un cas étude des radicaux peroxydes « », par H. Liang1, Z. M. Chen1, D. Huang1, Y. Zhao1 et Z. Y.Li, lien: 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)
Réaction nette à nouveau: 4 Cu + + O2 + 2 H + → 4 Cu2 + + 2 OH-
Maintenant, pour lexpérience discutée avec Al / CuCl2, je soupçonne que le cuivre élémentaire, en particulier fraîchement précipité, réagira de la même manière en formant un revêtement doxyde cuivreux par loxydation normalement lente du fer observée et cuivre métallique dans un mélange air acide / CO2 selon la réaction dite dauto-oxydation du métal (réaction R24 ci-dessus):
O2 (aq) + 4 Cu / Fe = Cu (l) / Fe (ll ) + • O2−
qui est aussi une réaction réversible. Lors de lacidification, lanion radical superoxyde (écrit comme O2−, • O2− ou O2 • -, mais bien que cette dernière forme soit conforme à la convention, elle peut présenter des problèmes importants de lisibilité et une éventuelle mauvaise interprétation de la nature de lespèce active) peut conduire à H2O2 (réaction R27) et alimenter une réaction de Fenton (ou de type Fenton avec du cuivre) (voir R25 ci-dessus) créant un sel ferrique ou cuivrique. En conséquence, la coloration plus foncée apparemment observée décrite peut en fait être due à la présence de Cu2O, et à un pH bas et à des niveaux doxygène élevés, des taches beaucoup plus sombres de CuO pourraient se développer.
À des températures supérieures à 65 C , une étude (voir larticle entièrement disponible au format pdf à https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0001616069900467 ) fait référence à « larrivée délectrons à linterface oxyde-gaz par émission thermionique comme étape de contrôle de la vitesse », où je suppose que cela conduit à lanion radical superoxyde via:
e- (aq) + O2 (aq) = • O2−
Et selon une autre étude aussi la réaction:
e- (aq) + H + = • H
où le proton dhydrogène (dérivé de la vapeur deau) occupe apparemment les lacunes de Cu de surface, formées de défauts majeurs associés à Cu2O (voir la discussion de Wang et Cho à https://www.jstage.jst.go.jp/article/isijinternational/49/12/49_12_1926/_pdf ).
Je noterais également que le superoxyde atmosphérique plus la vapeur deau, en raison du changement du diélectrique de t Le milieu, • O2− devient largement présent sous forme de • HO2 (le proton étant apparemment facilement donné par leau). De plus, ce dernier radical hydroperoxyde nest pas seulement un lent précurseur de H2O2 (et une possible réaction de type fenton notée ci-dessus par R25) via la réaction:
• HO2 + • HO2 = H2O2 + O2
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpca.7b08081?src=recsys&journalCode=jpcafh ).