Reação química da folha de alumínio em solução de CuCl2

Ferrugem é óxido de ferro; você não tem ferro no sistema, portanto não é ferrugem.

A substância marrom é poeira de cobre produzida por a reação 2Al + 3CuCl2 -> 3Cu + 2AlCl3.

O cloreto de alumínio então hidrolisa para dar AlCl3 hexa-hidratado que é incolor e ácido explicação aqui .

A folha de alumínio é uma folha fina de alumínio sólido. Você pode ver que é de cor branca (ou prata colorido, se preferir. Portanto, o alumínio sólido é branco na cor. Os sais de alumínio são incolores (ou você os vê como brancos ). Quando sais de alumínio são dissolvidos em água, as soluções são incolores .

Agora, qual é a cor do cobre sólido? Remova o isolamento de plástico de um pedaço de fio elétrico para ver o fio de cobre dentro ou olhe para o fundo de cobre de uma frigideira. Você pode ver que cobre é um sólido marrom .

Sais de cobre (II) são azuis. Então, quando você dissolveu cloreto de Cu (II) em água, você obteve uma solução azul . A cor azul indica a presença de íons Cu (II) na solução.

O alumínio é mais reativo do que o cobre . Portanto, quando a folha de alumínio é colocada na solução de sal de cobre, os átomos de alumínio na superfície da folha (em contato com a solução) reagem e tomam o lugar dos íons cobre (II) na solução (agora se torna solução de cloreto de alumínio). É por isso que a solução azul se torna incolor.

Os íons de cobre (II) que estavam originalmente na solução são empurrados para fora para formar pó de cobre sólido (marrom) e grudam na superfície da folha de alumínio (em química, dizemos que o alumínio “deslocou” o cobre do sal). Portanto, o revestimento marrom que aparece na folha de alumínio é cobre sólido .

Agora, como você sabe que não é ferrugem? Você deve saber que os objetos de ferro enferrujam lentamente com o passar do tempo. Isso ocorre porque o ferro reage com o oxigênio na atmosfera e lentamente se transforma em óxido de ferro na presença de umidade. Portanto, ferrugem é óxido de ferro , que também é marrom.

Agora você pode inferir que o o revestimento marrom na folha de alumínio não enferruja , porque você não usou iron em qualquer lugar de seu experimento. Alumínio e cobre não enferrujam.

Concordo com meus colegas quanto ao fato de que é provavelmente cobre. No entanto, dado que estamos começando com uma solução de cloreto de cobre ácida, e provavelmente há alguma exposição ao oxigênio da água inicial ou do contato com o ar, um pouco mais de química pode estar ocorrendo, mais precisamente, eletroquímica (ou exibindo um ânodo de superfície / mecanismo catódico). A seguinte reação é conhecida por ocorrer, por exemplo, com metais cuprosos, ferrosos e provavelmente outros metais de transição (Mn, Co, Ce, Cr, ..) em soluções ácidas na presença de oxigênio:

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

Fonte para a equação acima para ferrosos (que está totalmente disponível como um arquivo html em https://wwwbrr.cr.usgs.gov/projects/GWC_coupled/phreeqc/html/final-78.html e, relacionado também, comentários em https://pubs.acs.org/doi/10.1021/es0501058 ) e para cobre, consulte, por exemplo, Eq (7) em https://en.wikipedia.org/wiki/Dicopper_chloride_trihydroxide .

Eu reescreveria a reação acima dada a propensão de alguns metais de transição (como o cobre) para formar sais básicos da seguinte forma:

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

Para estudantes universitários e pesquisadores, deduzi de forma interessante um caminho da química radical subjacente a esta reação empregando o suplemento, “Impactos de aerossóis na química de gases traço atmosféricos: um caso estudo de radicais peróxidos “”, por H. Liang1, Z. M. Chen1, D. Huang1, Y. Zhao1 e 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)

Reação líquida novamente: 4 Cu + + O2 + 2 H + → 4 Cu2 + + 2 OH-

Agora, para o experimento discutido com Al / CuCl2, suspeito que o metal elementar de cobre, especialmente precipitado recentemente, reagirá de forma semelhante formando um revestimento de óxido cuproso pela oxidação normalmente lenta observada do ferro e cobre metálico em uma mistura ácida de ar / CO2 pela chamada reação de auto-oxidação de metal (Reação R24 acima):

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

que também é uma reação reversível. Após a acidificação, o ânion radical superóxido (escrito como O2−, • O2− ou O2 • -, mas embora a última forma esteja de acordo com a convenção, pode apresentar problemas significativos na legibilidade e possível interpretação errônea da natureza da espécie ativa) pode conduzir a H2O2 (Reação R27) e alimentar uma reação de Fenton (ou tipo Fenton com cobre) (veja R25 acima) criando um sal férrico ou cúprico. Como consequência, a coloração mais escura aparentemente observada descrita pode na verdade ser devido à presença de Cu2O, e em pH baixo e níveis elevados de oxigênio, alguns pontos muito mais escuros de CuO podem se desenvolver.

Em temperaturas acima de 65 C , um estudo (veja o artigo totalmente disponível em pdf em https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0001616069900467 ) refere-se a “a chegada de elétrons em a interface óxido-gás por emissão termiônica como a etapa de controle da taxa ”, onde eu esperaria que isso levasse ao ânion radical superóxido via:

e- (aq) + O2 (aq) = • O2−

E por outro estudo também a reação:

e- (aq) + H + = • H

onde o próton do hidrogênio (derivado do vapor dágua) aparentemente ocupa vacâncias de superfície de Cu, formadas a partir de defeitos principais associados a Cu2O (consulte a discussão de Wang e Cho em https://www.jstage.jst.go.jp/article/isijinternational/49/12/49_12_1926/_pdf ).

Eu também observaria que o superóxido atmosférico mais o vapor de água, devido à mudança no dielétrico de t O meio, • O2− torna-se amplamente presente como • HO2 (o próton sendo aparentemente prontamente doado pela água). Além disso, o último radical hidroperóxido não é apenas um precursor lento para H2O2 (e uma possível reação do tipo Fenton observada acima por R25) por meio da reação:

• HO2 + • HO2 = H2O2 + O2

mas também, recentemente reconhecido como um radical ácido em si mesmo (consulte Acidez aprimorada por radicais: por que bicarbonato, carboxila, hidroperoxila e radicais relacionados são tão ácidos em https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpca.7b08081?src=recsys&journalCode=jpcafh ).