Jeg analyserer en reaksjon mellom vannsulfat kobber og aluminium. En del av $ \ ce {Al} $, f.eks. Aluminiumsfolie. Jeg innser at et lag med $ \ ce {Al2O3} $ dannes på overflaten av $ \ ce {Al} $, passiviserer det, og jeg innser at $ \ ce {NaCl} $ (eller rettere sagt bare $ \ ce {Cl ^ -} $) renser aluminiumoksydet av overflaten av aluminiumsbiten, men jeg forstår ikke hvorfor. Jeg setter stor pris på om noen kan gi meg en forklaring.
Videre, (Jeg inkluderte ikke nøyaktig dette i emnet for spørsmålet mitt,) hvorfor er det slik at reaksjonen ser slik ut:
$$ \ ce {6H2O + 3CuSO4 + 5Al \ rightarrow 3H2 + Al2 (SO4 ) 3 + 3Al (OH) 2 + 3Cu} $$
(eller noe i tråd med det) i stedet for:
$$ \ ce {3CuSO4 + 2Al – > Al2 (SO4) 3 + 3Cu} $$?
Noe i denne retning må være tilfelle, fordi reaksjonen gir gass ..
Kommentarer
- Du bør dele din første ligning i to, en der Al reduserer vann, en der Al reduserer Cu. Begge reaksjonene skjer mer eller mindre uavhengig, det er ingen absolutt stokiometrisk forhold luk dem.
- Skulle det innebære at ren Al ville reagere med H2O for å produsere H2-gass like kraftig som når den ' reagerer med CuSO4 + H2O-løsning og danner H2-gass, hvis den har samme temperatur? Også takk for den foreslåtte redigeringen.
- Nei, at ' er det jeg mente med " mer eller mindre ". Jeg ville ikke fjerne den første ligningen, bare legg til en tredje som beskriver utviklingen av H2 fra vann + Al. Det er sikkert noe interessant samspill mellom de to delene. Btw. Al-sulfat er løselig i vann.
Svar
Aluminium motstår korrosjon i nøytralt eller litt off-nøytralt vann på grunn av den veldig uoppløselige Al2O3-filmen på metallet. Hvis du knekker denne filmen, vil den korrodere det bare metallet og reformere.
Men hvis du klør på Al og fester en katode (et mindre aktivt metall), har du en galvanisk celle, og H2 kan utvikles fra denne katoden når Al oppløses. Det enkleste eksemplet på dette er når du setter Al i H2O i kontakt med en dråpe kvikksølv. Skrap Al gjennom Hg; Hg smelter sammen med Al (fester seg som katode), slik at H2 kan utvikles når Al oppløses andre steder.
Eksperimentet med CuSO4 er likt: skrap Al; noe Cu vil bli avsatt og fungere som en katode, og resten av Al vil til slutt oppløses i H2O. Hvis du er for lat til å skrape Al (jeg er ansiktsfull!), Kan du legge til litt Cl-ion i H2O, som vil begynne korrosjon av Al, avsetning av Cu, galvanisk celleproduksjon, oppløsning av all Al.
Det er et elektrokjemisk eksempel fremstilt som et testspørsmål: ville det være bedre å lage et skip av aluminium med kobbernitter eller av kobber med aluminiumnitter? En aluminiumsbåt? Nei! Det ville korroderer i sjøvann. Kobber ville overleve lenger. Men NEI! Kobberbåten ville ha en enorm katode og små aluminiumanoder (nittene), som ville korrodere raskt og kobberplatene ville falle fra hverandre. På den annen side ville en aluminiumsbåt ikke vare evig i sjøvann, men de små katodene ville begrense korrosjonsstrømmen, og de store aluminiumanodene ville ha korrosjon fordelt over hele skipet, slik at den ville overleve lenger enn den andre veien. Selvfølgelig ville enhver intelligent person bruke kobbernitter på kobberplater og nagler av aluminium, men det » s bare for å få til et poeng.
Svar
Klorider er kjent for å være et aggressivt ion for metallkorrosjon, dette antas å være være på grunn av kloriders evne til å destabilisere passiveringsfilmen på metaller som beskytter metallene mot korrosjon. Det som er kjent som gropkorrosjon kan forekomme, hvor en nedbrytning av passiveringslaget på spesifikke punkter på metalloverflaten fører til korrosjon der av andre oksidasjonsmidler i det vandige mediet, noe som fører til dannelse av korrosjonsgroper. Eksponerte metalloverflater på grunn av nedbrytningen av passiveringslaget frigjør metallioner, som kompleksiserer seg med kloridionene; metallkloridkomplekset reagerer med vann og danner saltsyre og et metallhydroksidkompleks, og reduserer pH i mediet nær metalloverflaten, noe som ytterligere akselererer korrosjon. (En referanse finner du her: http://sassda.co.za/stainless – stål-og-korrosjon /).
Aluminium er et «amfotert» metall som reagerer med baser; vann oksiderer først Al til Al (III), og produserer hydrogengass (sannsynligvis brusen du observerer) på grunn av reduksjon av vann. Al (III) ioner komplekseres deretter med hydroksidioner for å danne et løselig kompleks i løsning.Faktisk, når en legering av Cu og Al plasseres i NaOH, ser Al seg å oppløse seg, og etterlater kobberet i en nanoporøs struktur, et materiale som har potensial for katalytiske anvendelser.
Når det gjelder spørsmålet ditt om Al kan reagere så kraftig med vann som kobber (II) sulfatløsning, tror jeg ja. Men hvis Al-en din ikke er «ren» som du tror og fremdeles har et lag av passivering på overflaten, er det kjent at sulfationer også destabiliserer passiveringslag av metaller slik at det kan forbedre korrosjonen (faktisk er det noen kilder som hevder sulfat være et bedre etsende middel enn klorid.
Beklager at jeg ikke har noen referanser, det meste er basert på litteratur som jeg har lest for ganske lenge siden. Jeg er også en nybegynnerlærer innen kjemi og korrosjonsvitenskap, så vær så snill å bidra til å forbedre svaret mitt og rette eventuelle feil!