În clasă am făcut un laborator în care am dizolvat mai întâi pulbere de clorură de cupru (II) în apă pentru a forma o soluție albastră . Am pus apoi o bucată de folie de aluminiu sfărâmată în acea soluție. A devenit maro și soluția (inițial albastră) care a intrat în contact cu aluminiul a devenit incoloră. Folia de aluminiu a devenit maro.
Întrebarea mea este, care este substanța maro pe folia de aluminiu și de unde știți că nu este rugină?
Vă mulțumim anticipat.
Răspuns
Rugina este oxid de fier; nu aveți fier în sistem, deci nu este rugină.
Substanța brună este praful de cupru produs de reacția 2Al + 3CuCl2 -> 3Cu + 2AlCl3.
Clorura de aluminiu apoi hidrolizează pentru a da AlCl3 hexahidrat care este incolor și acid explicație aici .
Răspuns
Folia de aluminiu este o foaie subțire de aluminiu solid. Puteți vedea că este de culoare albă (sau argintie) colorat, dacă preferați). Deci, aluminiu solid este de culoare albă . Sărurile de aluminiu sunt incolore (sau le vedeți ca albe) ). Când sărurile de aluminiu sunt dizolvate în apă, soluțiile sunt incolore .
Acum, care este culoarea cuprului solid? Îndepărtați izolația din plastic dintr-o bucată de fir electric pentru a vedea firul de cupru din interior sau priviți fundul de cupru al unei tigaie. Puteți vedea că cuprul este un solid maro .
Sărurile de cupru (II) sunt de culoare albastră. Deci, când ați dizolvat clorura de Cu (II) în apă, ați obținut o soluție albastră . Culoarea albastră indică prezența ionilor Cu (II) în soluție.
Aluminiu este mai reactiv decât cuprul . Prin urmare, atunci când folia de aluminiu este introdusă în soluția de sare de cupru, atomii de aluminiu de pe suprafața foliei (în contact cu soluția) reacționează și ia locul ionilor de cupru (II) în soluție (acum devine soluție de clorură de aluminiu). De aceea, soluția albastră devine incoloră.
Ionii de cupru (II) care au fost inițial în soluție sunt împinși pentru a forma pulbere solidă de cupru (maro) și se lipesc pe suprafața foliei de aluminiu (în chimie, spunem că aluminiul a „deplasat” cuprul din sare). Deci, acoperirea maro care apare pe folia de aluminiu este cupru solid .
Acum de unde știi că nu este rugină? Trebuie să știți că obiectele din fier ruginesc încet pe măsură ce trece timpul. Acest lucru se datorează faptului că fierul reacționează cu oxigenul din atmosferă și se transformă încet în oxid de fier în prezența umidității. Prin urmare, rugina este oxid de fier , care are și o culoare maro.
Acum puteți deduce că acoperirea maro pe folia de aluminiu nu este nu rugină , deoarece nu ați utilizat călcați oriunde în experimentul dvs. Aluminiul și cuprul nu ruginesc.
Răspuns
Sunt de acord cu colegii mei în măsura în care este cel mai probabil metal cupru. Cu toate acestea, având în vedere că începem cu o soluție acidă de clorură de cupru și probabil că există o anumită expunere la oxigen fie de la apa de pornire, fie de la contactul cu aerul, ar putea avea loc mai multă chimie, mai precis, electrochimică (sau afișarea unui anod de suprafață / mecanism catodic). Se știe că reacția următoare apare, de exemplu, cu cupru, feros și probabil alte metale de tranziție (Mn, Co, Ce, Cr, ..) în soluții acide în prezența oxigenului:
Cu ( l) / Fe (ll) + 1/4 O2 + H + -> Cu (ll) / Fe (lll) + ½ H2O
Sursa ecuației de mai sus pentru feroase (care este complet disponibilă ca fișier html la https://wwwbrr.cr.usgs.gov/projects/GWC_coupled/phreeqc/html/final-78.html și, de asemenea, comentarii la https://pubs.acs.org/doi/10.1021/es0501058 ) și pentru cupru, vezi, de exemplu, ecuația (7) la https://en.wikipedia.org/wiki/Dicopper_chloride_trihydroxide .
Aș rescrie reacția de mai sus având în vedere înclinația unor metale de tranziție (cum ar fi cuprul) pentru a forma săruri de bază după cum urmează:
4 Cu ( l) + O2 + 2 H + -> 4 Cu (ll) + 2 OH-
Pentru studenți și cercetători, în mod interesant am derivat o cale chimică radicală care stă la baza acestei reacții folosind suplimentul „Impacturi a aerosolilor asupra chimiei gazelor urme atmosferice: un caz studiul radicalilor peroxizi „”, de H. Liang1, Z. M. Chen1, D. Huang1, Y. Zhao1 și 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)
Reacție netă din nou: 4 Cu + + O2 + 2 H + → 4 Cu2 + + 2 OH-
Acum, pentru experimentul discutat cu Al / CuCl2, bănuiesc că metalul de cupru elementar, în special proaspăt precipitat, va reacționa în mod similar formând un strat de oxid cupros pe oxidarea normală lentă a fierului și cupru metalic într-un amestec acid de aer / CO2 în așa-numita reacție de auto-oxidare a metalului (reacția R24 de mai sus):
O2 (aq) + 4 Cu / Fe = Cu (l) / Fe (ll ) + • O2−
care este și o reacție reversibilă. La acidificare, anionul radical superoxid (scris ca O2−, • O2− sau O2 • -, dar, în timp ce ultima formă este în acord, poate prezenta probleme semnificative privind lizibilitatea și posibila interpretare greșită a naturii speciei active) poate duce la H2O2 (Reacția R27) și alimentează o reacție Fenton (sau de tip Fenton cu cupru) (vezi R25 de mai sus) creând o sare ferică sau cuprică. În consecință, culoarea mai întunecată aparent observată descrisă se poate datora prezenței Cu2O, iar la pH scăzut și niveluri ridicate de oxigen, s-ar putea dezvolta unele pete mult mai întunecate de CuO.
La temperaturi peste 65 C , un studiu (vezi articolul complet disponibil ca pdf la https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0001616069900467 ) se referă la „sosirea electronilor la interfața oxid-gaz prin emisie termionică ca etapă de control al ratei ”, unde aș aștepta ca acest lucru să conducă la anionul radical superoxid prin:
e- (aq) + O2 (aq) = • O2−
Și pentru un alt studiu, de asemenea, reacția:
e- (aq) + H + = • H
unde protonul de hidrogen (derivat din vaporii de apă) ocupă aparent locuri vacante cu suprafață formate din defecte majore asociate cu Cu2O (vezi discuția lui Wang și Cho la https://www.jstage.jst.go.jp/article/isijinternational/49/12/49_12_1926/_pdf ).
Aș nota, de asemenea, că superoxidul atmosferic plus vaporii de apă, datorită schimbării dielectricului t mediu, • O2− devine în mare parte prezent ca • HO2 (protonul fiind donat aparent ușor de apă). Mai mult, ultimul radical hidroperoxid nu este doar un precursor lent al H2O2 (și o posibilă reacție de tip fenton menționată mai sus per R25) prin reacția:
• HO2 + • HO2 = H2O2 + O2
dar, de asemenea, recunoscut recent ca un radical acid în sine (a se vedea „Aciditatea îmbunătățită radical: de ce bicarbonatul, carboxilul, hidroperoxilul și radicalii înrudiți sunt atât de acizi” la https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpca.7b08081?src=recsys&journalCode=jpcafh ).