I klassen gjorde vi et laboratorium der vi først oppløste kobber (II) kloridpulver i vann for å danne en blå løsning . Vi plasserte deretter et smuldret stykke aluminiumsfolie i den løsningen. Den ble brun og den (opprinnelig blå) løsningen som kom i kontakt med aluminiumen ble fargeløs. Aluminiumsfolien ble brun.
Spørsmålet mitt her er, hva er det brune stoffet på aluminiumsfolien, og hvordan vet du at det ikke er rust?
Takk på forhånd.
Svar
Rust er jernoksid; du har ikke jern i systemet, så det er ikke rust.
Det brune stoffet er kobberstøv produsert av reaksjonen 2Al + 3CuCl2 -> 3Cu + 2AlCl3.
Aluminiumkloridet hydrolyseres deretter for å gi AlCl3-heksahydrat som er fargeløst og surt forklaring her .
Svar
Aluminiumsfolien er et tynt ark av solid aluminium. Du kan se at den er hvitfarget (eller sølv farget, hvis du foretrekker det. Så solid aluminium er hvitt i farger. Aluminiumssalter er fargeløse (eller du ser dem som hvite Når aluminiumsalter er oppløst i vann, er løsningene fargeløse .
Hva er fargen på massivt kobber? Fjern plastisolasjonen fra et stykke elektrisk ledning for å se kobbertråden inni, eller se på kobberbunnen på en stekepanne. Du kan se at kobber er et brunt, solid .
Kobber (II) salter har blå farge. Så når du løste opp Cu (II) klorid i vann, fikk du en blå løsning . Den blå fargen indikerer tilstedeværelsen av Cu (II) -ioner i løsningen.
Aluminium er mer reaktiv enn kobber . Derfor når aluminiumsfolie legges i kobbersaltløsningen, reagerer aluminiumatomer på overflaten av folien (i kontakt med løsningen) og tar plassen til kobber (II) -ioner i løsningen (det blir nå aluminiumkloridløsning). Derfor blir den blå løsningen fargeløs.
Kobber (II) ionene som opprinnelig var i løsningen skyves ut for å danne solid kobberpulver (brun) og fester seg på overflaten av aluminiumsfolien (i kjemi, sier vi at aluminiumet «fortrengte» kobber fra saltet). Så det brune belegget som vises på aluminiumsfolien er solid kobber .
Hvordan vet du nå at det ikke er rust? Du må vite at jernobjekter sakte ruster etter hvert som tiden går. Dette er fordi jernet reagerer med oksygen i atmosfæren og skifter sakte til jernoksid i nærvær av fuktighet. Derfor er rust jernoksid , som også er brun i fargen.
Nå kan du slutte at brunt belegg på aluminiumsfolien er ikke rust , fordi du ikke brukte stryke hvor som helst i eksperimentet ditt. Aluminium og kobber ruster ikke.
Svar
Jeg er enig med kollegene mine i den grad at det mest sannsynlig er kobbermetall. Imidlertid, gitt at vi begynner med en sur kobberkloridløsning, og sannsynligvis er det noe oksygeneksponering enten fra startvannet eller fra luftkontakt, kan det hende at litt mer kjemi finner sted, nærmere bestemt elektrokjemisk (eller viser en overflate-anode / katodemekanisme). Følgende reaksjon er kjent for eksempel å forekomme med kobber, jern og sannsynlig andre overgangsmetaller (Mn, Co, Ce, Cr, ..) i sure oppløsninger i nærvær av oksygen:
Cu ( l) / Fe (ll) + 1/4 O2 + H + -> Cu (ll) / Fe (lll) + ½ H2O
Kilde for ligningen ovenfor for jernholdig (som er fullt tilgjengelig html-fil på https://wwwbrr.cr.usgs.gov/projects/GWC_coupled/phreeqc/html/final-78.html og relaterte også kommentarer på https://pubs.acs.org/doi/10.1021/es0501058 ) og for kobber, se for eksempel Eq (7) ved https://en.wikipedia.org/wiki/Dicopper_chloride_trihydroxide .
Jeg vil skrive om reaksjonen ovenfor gitt tilbøyeligheten til noen overgangsmetaller (som kobber) til å danne basiske salter som følger:
4 Cu ( l) + O2 + 2 H + -> 4 Cu (ll) + 2 OH-
For studenter og forskere har jeg interessant utledet en underliggende radikal kjemisk vei til denne reaksjonen ved å bruke supplementet, «Impacts av aerosoler på kjemien til atmosfæriske sporgasser: et tilfelle studie av peroksidradikaler «», av H. Liang1, Z. M. Chen1, D. Huang1, Y. Zhao1 og Z. Y.Li, lenke: 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)
Netto reaksjon igjen: 4 Cu + + O2 + 2 H + → 4 Cu2 + + 2 OH-
Nå, for eksperimentet som er diskutert med Al / CuCl2, mistenker jeg at elementært kobbermetall, spesielt ferskutfelt, vil reagere på lignende måte og danne et belegg av kobberoksid per normalt langsomt observerte oksidasjon av jern og kobbermetall i en sur luft / CO2-blanding i henhold til den såkalte auto-oksidasjonsreaksjonen (Reaksjon R24 ovenfor):
O2 (aq) + 4 Cu / Fe = Cu (l) / Fe (ll ) + • O2−
som også er en reversibel reaksjon. Ved forsuring kan superoksydradikalanionet (skrevet som O2−, • O2− eller O2 • -, men mens sistnevnte form er i samsvar med konvensjonen, kan det presentere viktige spørsmål om lesbarhet og mulig feiltolkning av naturen til den aktive arten) føre til H2O2 (reaksjon R27) og mate en Fenton-reaksjon (eller Fenton-type med kobber) (se R25 ovenfor) og skape et jern- eller koppersalt. Som en konsekvens kan den tilsynelatende observerte mørkere fargen beskrevet faktisk skyldes tilstedeværelsen av Cu2O, og ved lav pH og forhøyede oksygenivåer kan noen mye mørkere flekker av CuO utvikle seg.
Ved temperaturer over 65 ° C , en studie (se den fullstendige tilgjengelige artikkelen som pdf på https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0001616069900467 ) refererer til «ankomst av elektroner kl. oksyd-gassgrensesnittet ved termionisk utslipp som hastighetskontrolltrinnet ”, der jeg forventer at dette fører til superoksydradikalanionet via:
e- (aq) + O2 (aq) = • O2−
Og i en annen studie også reaksjonen:
e- (aq) + H + = • H
der hydrogenprotonen (avledet fra vanndamp) tilsynelatende opptar overflate Cu ledige stillinger, dannet av store mangler assosiert med Cu2O (se diskusjon av Wang og Cho på https://www.jstage.jst.go.jp/article/isijinternational/49/12/49_12_1926/_pdf ).
Jeg vil også merke at atmosfærisk superoksyd pluss vanndamp, på grunn av endringen i dielektrikumet til t han medium, • O2− blir stort sett til stede som • HO2 (protonen blir tilsynelatende lett donert av vann). Videre er sistnevnte hydroperoksidradikal ikke bare en langsom forløper for H2O2 (og en mulig reaksjon av fentontypen angitt ovenfor per R25) via reaksjonen:
• HO2 + • HO2 = H2O2 + O2
men også nylig anerkjent som en sur radikal i seg selv (se Radikalforbedret surhet: Hvorfor bikarbonat, karboksyl, hydroperoksyl og relaterte radikaler er så sure på https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpca.7b08081?src=recsys&journalCode=jpcafh ).