Analizuję reakcję między siarczanem wodnym miedzi i glinu. Kawałek $ \ ce {Al} $, np. Folia aluminiowa. Zdaję sobie sprawę, że warstwa $ \ ce {Al2O3} $ tworzy się na powierzchni $ \ ce {Al} $, pasywując ją, i zdaję sobie sprawę, że $ \ ce {NaCl} $ (a raczej po prostu $ \ ce {Cl ^ -} $) usuwa tlenek glinu z powierzchni kawałka aluminium, ale nie rozumiem dlaczego. Byłbym bardzo wdzięczny, gdyby ktoś mógł mi zaoferować wyjaśnienie.
Ponadto (Nie włączyłem tego dokładnie w temat mojego pytania), dlaczego reakcja wygląda tak:
$$ \ ce {6H2O + 3CuSO4 + 5Al \ rightarrow 3H2 + Al2 (SO4 ) 3 + 3Al (OH) 2 + 3Cu} $$
(lub coś podobnego) zamiast:
$$ \ ce {3CuSO4 + 2Al – > Al2 (SO4) 3 + 3Cu} $$?
Musi być coś takiego, ponieważ reakcja daje gaz ..
Komentarze
- Powinieneś podzielić swoje pierwsze równanie na dwa, jedno, w którym Al redukuje wodę, drugie, gdzie Al redukuje Cu. Obie reakcje zachodzą mniej więcej niezależnie, nie ma bezwzględny zakład relacji stechiometrycznej Czy to oznaczałoby, że czysty Al reagowałby z H2O, wytwarzając gaz H2 równie energicznie, jak wtedy, gdy ' reaguje z roztworem CuSO4 + H2O i tworząc gaz H2, jeśli ma tę samą temperaturę? Dziękuję również za sugerowaną zmianę.
- Nie, to ' mam na myśli przez " mniej więcej ". Nie usuwałbym pierwszego równania, po prostu dodałem trzecie, które opisuje ewolucję H2 z wody + Al. Z pewnością istnieje ciekawa interakcja między tymi dwiema częściami. Przy okazji. Siarczan glinu jest rozpuszczalny w wodzie.
Odpowiedź
Aluminium jest odporne na korozję w wodzie obojętnej lub lekko obojętnej ze względu na bardzo nierozpuszczalny film Al2O3 na metalu. Jeśli złamiesz ten film, spowoduje to korozję gołego metalu i ponownie się zmieni.
Ale jeśli porysujesz Al i przymocujesz katodę (mniej aktywny metal), masz ogniwo galwaniczne i H2 można wyewoluować z tej katody, gdy Al się rozpuszcza. Najprostszym tego przykładem jest kontakt Al w H2O z kroplą rtęci. Scratch Al przez Hg; Hg łączy się z Al (przyłączając się jako katoda), umożliwiając ewolucję H2, gdy Al rozpuszcza się gdzie indziej.
Eksperyment z CuSO4 jest podobny: zarysuj Al; część Cu zostanie osadzona i będzie działać jak katoda, a reszta Al ostatecznie rozpuści się w H2O. Jeśli jesteś zbyt leniwy, aby zarysować Al (jestem żartobliwy!), Możesz dodać trochę jonu Cl- do H2O, co spowoduje korozję Al, osadzanie się Cu, produkcję ogniw galwanicznych, rozpuszczenie wszystkich Al.
Istnieje przykład elektrochemiczny postawiony jako pytanie testowe: czy lepiej byłoby zrobić statek z aluminium za pomocą nitów miedzianych, czy z miedzi za pomocą nitów aluminiowych? Aluminiowa łódź? Nie! korodować w wodzie morskiej. Miedź przetrwałaby dłużej. Ale NIE! Miedziana łódź miałaby ogromną katodę i maleńkie aluminiowe anody (nity), które ulegałyby szybkiej korozji, a miedziane płytki rozpadałyby się. Z drugiej strony aluminiowa łódź nie trwało wiecznie w wodzie morskiej, ale maleńkie katody ograniczyłyby prąd korozji, a duże anody aluminiowe powodowałyby korozję całego statku, dzięki czemu mógłby przetrwać dłużej niż w inny sposób. Oczywiście każda inteligentna osoba użyłaby miedzianych nitów miedziane płytki i aluminiowe nity na aluminium, ale „ tylko po to, aby zwrócić uwagę.
Odpowiedź
Wiadomo, że chlorki są agresywnym jonem powodującym korozję metali, uważa się, że być ze względu na zdolność chlorków do destabilizacji warstwy pasywacyjnej na metalach, która chroni je przed korozją. Tak zwana korozja wżerowa może wystąpić, gdy rozpad warstwy pasywacyjnej w określonych punktach powierzchni metalu prowadzi do tam korozji przez inne utleniacze w środowisku wodnym, prowadząc do powstania wżerów korozyjnych. Odsłonięte powierzchnie metalowe w wyniku rozpadu warstwy pasywacyjnej uwalniają jony metali, które tworzą kompleks z anionami chlorkowymi; kompleks metal-chlorek reaguje z wodą, tworząc kwas solny i kompleks metal-wodorotlenek, obniżając pH środowiska blisko powierzchni metalu, dodatkowo przyspieszając korozję. (Odniesienie można znaleźć tutaj: http://sassda.co.za/stainless – stal i korozja /).
Aluminium to „amfoteryczny” metal, który reaguje z alkaliami; woda najpierw utlenia Al do Al (III), wytwarzając wodór (prawdopodobnie efekt musowania, który obserwujesz) w wyniku redukcji wody. Jony Al (III) tworzą następnie kompleks z jonami wodorotlenkowymi, tworząc w roztworze rozpuszczalny kompleks.W rzeczywistości, gdy stop Cu i Al jest umieszczony w NaOH, widać, że Al rozpuszcza się, pozostawiając miedź w postaci nanoporowatej struktury, materiału, który ma potencjał do zastosowań katalitycznych.
Twoje pytanie, czy Al może reagować z wodą tak energicznie, jak roztwór siarczanu miedzi (II), myślę, że tak. Ale jeśli twój Al nie jest tak „czysty”, jak myślisz i nadal ma warstwę pasywacji na powierzchni, jony siarczanowe również destabilizują warstwy pasywacyjne metali, co może nasilać korozję (w rzeczywistości niektóre źródła twierdzą, że siarczany być lepszym środkiem korozyjnym niż chlorek).
Przepraszam, że nie mam żadnych odniesień, większość z nich jest oparta na literaturze, którą czytałem jakiś czas temu. Jestem też początkującym uczniem chemii i nauk o korozji, więc proszę o pomoc w ulepszeniu mojej odpowiedzi i poprawieniu wszelkich błędów!