Reakcja chemiczna folii aluminiowej w roztworze CuCl2

Rdza to tlenek żelaza; w systemie nie ma żelaza, więc nie jest to rdza.

Brązowa substancja to pył miedziany wytwarzany przez reakcja 2Al + 3CuCl2 -> 3Cu + 2AlCl3.

Chlorek glinu następnie hydrolizuje dając heksahydrat AlCl3, który jest bezbarwny i kwaśny wyjaśnienie tutaj .

Folia aluminiowa to cienki arkusz litego aluminium. Możesz zobaczyć, że jest w kolorze białym (lub srebrnym kolorowe, jeśli wolisz). Dlatego lite aluminium jest białe w kolorze. Sole aluminium są bezbarwne (lub widzisz je jako białe ). Gdy sole glinu zostaną rozpuszczone w wodzie, roztwory są bezbarwne .

Jaki jest kolor czystej miedzi? Usuń plastikową izolację z kawałka przewodu elektrycznego, aby zobaczyć drut miedziany w środku lub spójrz na miedziane dno patelni. Jak widać, miedź jest brązowym ciałem stałym .

Sole miedzi (II) mają kolor niebieski. Kiedy więc rozpuściłeś chlorek Cu (II) w wodzie, otrzymałeś niebieski roztwór . Kolor niebieski wskazuje na obecność jonów Cu (II) w roztworze.

Glin jest bardziej reaktywny niż miedź . Dlatego też, gdy folia aluminiowa zostanie umieszczona w roztworze soli miedzi, atomy glinu na powierzchni folii (w kontakcie z roztworem) reagują i zajmują miejsce jonów miedzi (II) w roztworze (teraz staje się roztworem chlorku glinu). Dlatego niebieski roztwór staje się bezbarwny.

Jony miedzi (II), które pierwotnie znajdowały się w roztworze, są wypychane, tworząc stały proszek miedzi (brązowy) i przykleja się do powierzchni folii aluminiowej (w chemii, mówimy, że glin „wyparł” miedź z soli). Zatem brązowa powłoka, która pojawia się na folii aluminiowej, to lita miedź .

Skąd wiesz że to nie jest rdza? Musisz wiedzieć, że żelazne przedmioty powoli rdzewieją w miarę upływu czasu. Dzieje się tak, ponieważ żelazo reaguje z tlenem w atmosferze i powoli zmienia się w tlenek żelaza w obecności wilgoci. Dlatego rdza to tlenek żelaza , który również ma kolor brązowy.

Teraz możesz wywnioskować, że Brązowa powłoka na folii aluminiowej jest nie rdzewiejąca , ponieważ nie używasz żelazo w dowolnym miejscu eksperymentu. Aluminium i miedź nie rdzewieją.

Zgadzam się z moimi kolegami, ponieważ najprawdopodobniej jest to miedź. Jednak biorąc pod uwagę, że zaczynamy od kwaśnego roztworu chlorku miedzi i prawdopodobnie występuje pewne narażenie na tlen pochodzący z wody wyjściowej lub kontaktu z powietrzem, może zachodzić trochę więcej chemii, a dokładniej, elektrochemiczna (lub wykazująca anodę powierzchniową). / mechanizm katodowy). Wiadomo, że następująca reakcja zachodzi, na przykład, z miedzią, żelazem i prawdopodobnie innymi metalami przejściowymi (Mn, Co, Ce, Cr, ..) w kwaśnych roztworach w obecności tlenu:

Cu ( l) / Fe (ll) + 1/4 O2 + H + -> Cu (ll) / Fe (lll) + ½ H2O

Źródło powyższego równania dla żelaza (które jest w pełni dostępne jako html pod adresem https://wwwbrr.cr.usgs.gov/projects/GWC_coupled/phreeqc/html/final-78.html i powiązane również komentarze pod adresem https://pubs.acs.org/doi/10.1021/es0501058 ), a dla miedzi patrz na przykład Eq (7) w https://en.wikipedia.org/wiki/Dicopper_chloride_trihydroxide .

Przepisałbym powyższą reakcję, biorąc pod uwagę skłonność niektórych metali przejściowych (takich jak miedź) do tworzenia soli zasadowych w następujący sposób:

4 Cu ( l) + O2 + 2 H + -> 4 Cu (ll) + 2 OH-

Dla studentów i naukowców interesująco wyprowadziłem ścieżkę chemii rodnikowej prowadzącą do tej reakcji przy użyciu suplementu, „Impacts aerozoli na temat chemii atmosferycznych gazów śladowych: przypadek badanie rodników nadtlenkowych „”, H. Liang1, Z. M. Chen1, D. Huang1, Y. Zhao1 i Z. Y.Li, link: 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)

Ponowna reakcja sieciowa: 4 Cu + + O2 + 2 H + → 4 Cu2 + + 2 OH-

W przypadku eksperymentu omawianego z Al / CuCl2 podejrzewam, że metaliczna miedź pierwiastkowa, szczególnie świeżo wytrącona, będzie reagować podobnie tworząc powłokę tlenku miedziawego na normalnie obserwowane utlenianie żelaza i miedź metaliczna w kwaśnej mieszaninie powietrze / CO2 na tak zwaną reakcję samoutleniania metalu (reakcja R24 powyżej):

O2 (aq) + 4 Cu / Fe = Cu (l) / Fe (ll ) + • O2−

co również jest reakcją odwracalną. Po zakwaszeniu anion rodnika ponadtlenkowego (zapisany jako O2−, • O2− lub O2 • -, ale chociaż ta ostatnia forma jest zgodna z konwencją, może stwarzać istotne problemy dotyczące czytelności i możliwej błędnej interpretacji natury aktywnego gatunku) prowadzić do H2O2 (Reakcja R27) i zasilać reakcję Fentona (lub typu Fentona z miedzią) (patrz R25 powyżej), tworząc sól żelaza lub miedzi. W konsekwencji, pozornie obserwowane ciemniejsze zabarwienie opisane może w rzeczywistości wynikać z obecności Cu2O, a przy niskim pH i podwyższonym poziomie tlenu mogą pojawić się znacznie ciemniejsze plamy CuO.

W temperaturach powyżej 65 ° C , jedno badanie (zobacz w pełni dostępny artykuł w formacie PDF pod adresem https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0001616069900467 ) odnosi się do „przybycia elektronów o interfejs gaz-tlenek przez emisję termionową jako krok kontrolujący szybkość ”, gdzie spodziewałbym się, że prowadzi to do rodnika ponadtlenkowego poprzez:

e- (aq) + O2 (aq) = • O2−

A w innym badaniu również reakcja:

e- (aq) + H + = • H

gdzie proton wodoru (pochodzący z pary wodnej) najwyraźniej zajmuje wolne miejsca Cu na powierzchni, utworzone z głównych wad związanych z Cu2O (patrz dyskusja Wanga i Cho w https://www.jstage.jst.go.jp/article/isijinternational/49/12/49_12_1926/_pdf ).

Chciałbym również zauważyć, że atmosferyczny ponadtlenek plus para wodna, ze względu na zmianę dielektryka t Medium, • O2− staje się w dużej mierze obecne jako • HO2 (proton jest najwyraźniej łatwo oddawany przez wodę). Co więcej, ten ostatni rodnik wodoronadtlenku jest nie tylko powolnym prekursorem H2O2 (i możliwą reakcją typu fentona opisaną powyżej dla R25) poprzez reakcję:

• HO2 + • HO2 = H2O2 + O2

ale także niedawno uznany za rodnik kwasowy sam w sobie (patrz „Wzmocniona kwasowość rodników: Dlaczego wodorowęglany, karboksyl, hydroperoksyl i pokrewne rodniki są tak kwaśne” w https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpca.7b08081?src=recsys&journalCode=jpcafh ).