Jag analyserar en reaktion mellan vattensulfatkoppar och aluminium. En bit av $ \ ce {Al} $, t.ex. aluminiumfolie. Jag inser att ett lager av $ \ ce {Al2O3} $ bildas på ytan av $ \ ce {Al} $, passiverar det, och jag inser att $ \ ce {NaCl} $ (eller snarare bara $ \ ce {Cl ^ -} $) rensar aluminiumoxiden från ytan av biten av aluminium, men jag förstår inte varför. Jag skulle uppskatta mycket om någon skulle kunna ge mig en förklaring.
Dessutom, (Jag inkluderade inte exakt detta i ämnet för min fråga.) Varför ser det ut att reaktionen ser ut så här:
$$ \ ce {6H2O + 3CuSO4 + 5Al \ rightarrow 3H2 + Al2 (SO4 ) 3 + 3Al (OH) 2 + 3Cu} $$
(eller något i linje med det) snarare än:
$$ \ ce {3CuSO4 + 2Al – > Al2 (SO4) 3 + 3Cu} $$?
Något i den här riktningen måste vara fallet, eftersom reaktionen ger gas ..
Kommentarer
- Du bör dela din första ekvation i två, en där Al reducerar vatten, en där Al reducerar Cu. Båda reaktionerna sker mer eller mindre oberoende, det finns ingen absolut stokiometrisk relation lindra dem.
- Skulle det innebära att ren Al skulle reagera med H2O för att producera H2-gas lika kraftigt som när den ' reagerar med CuSO4 + H2O-lösning och bildar H2-gas, om vid samma temperatur? Tack också för den föreslagna redigeringen.
- Nej, att ' är vad jag menade med " mer eller mindre ". Jag skulle inte ta bort den första ekvationen, bara lägga till en tredje som beskriver utvecklingen av H2 från vatten + Al. Det finns säkert en intressant interaktion mellan de två delarna. Btw. Al-sulfat är lösligt i vatten.
Svar
Aluminium motstår korrosion i neutralt eller något off-neutralt vatten på grund av den mycket olösliga Al2O3-filmen på metallen. Om du bryter den här filmen kommer den att korrodera den nakna metallen och reformera.
Men om du kliar på Al och fäster en katod (en mindre aktiv metall) har du en galvanisk cell och H2 kan utvecklas från denna katod när Al löses upp. Det enklaste exemplet på detta är när du sätter Al i H2O i kontakt med en droppe kvicksilver. Skrapa Al genom Hg; Hg smälter samman med Al (fäster sig själv som katod), vilket gör att H2 kan utvecklas när Al upplöses någon annanstans.
Experimentet med CuSO4 är liknande: repa Al; en del Cu kommer att deponeras och fungera som en katod och resten av Al kommer så småningom att lösas upp i H2O. Om du är för lat för att skrapa Al (jag är ansiktsfull!), Kan du lägga till lite klor i H2O, som börjar korrosion av Al, avsättning av Cu, galvanisk cellproduktion, upplösning av all Al.
Det finns ett elektrokemiskt exempel som en testfråga: skulle det vara bättre att göra ett fartyg av aluminium med kopparnitar eller av koppar med aluminiumnitar? En aluminiumbåt? Nej! Det skulle korroderar i havsvatten. Koppar skulle överleva längre. Men NEJ! Kopparbåten skulle ha en enorm katod och små aluminiumanoder (nitarna), som skulle korrodera snabbt och kopparplattorna skulle falla sönder. Å andra sidan skulle en aluminiumbåt håller inte evigt i havsvatten, men de små katoderna skulle begränsa korrosionsströmmen och de stora aluminiumanoderna skulle ha korrosion fördelad över hela fartyget, så det skulle överleva längre än tvärtom. Naturligtvis skulle någon intelligent person använda kopparnitar på kopparplattor och aluminiumnitar på aluminium, men det ” s bara för att göra en poäng.
Svar
Klorider är kända för att vara en aggressiv jon för metallkorrosion, detta tros beror på förmågan hos klorider att destabilisera passiveringsfilmen på metaller som skyddar metallerna från korrosion. Vad som kallas gropkorrosion kan inträffa, där en nedbrytning av passiveringsskiktet vid specifika punkter på metallytan leder till korrosion där av andra oxidationsmedel i det vattenhaltiga mediet, vilket leder till bildandet av korrosionsgropar. Exponerade metallytor på grund av nedbrytningen av passiveringsskiktet släpper ut metalljoner, som komplexbildas med kloridjonerna; metallkloridkomplexet reagerar med vatten för att bilda klorvätesyra och ett metallhydroxidkomplex, vilket minskar pH-värdet för mediet nära metallytan, vilket ytterligare accelererar korrosion. (En referens kan hittas här: http://sassda.co.za/stainless – stål-och-korrosion /).
Aluminium är en ”amfoter” metall som reagerar med alkalier; vatten oxiderar först Al till Al (III) och producerar vätgas (förmodligen den brus som du observerar) på grund av minskningen av vatten. Al (III) joner komplexiseras sedan med hydroxidjoner för att bilda ett lösligt komplex i lösning.I själva verket, när en legering av Cu och Al placeras i NaOH, ses Al upplösas och lämnar koppar i en nanoporös struktur, ett material som har potential för katalytiska tillämpningar.
När det gäller din fråga om Al kan reagera lika kraftigt med vatten som koppar (II) sulfatlösning, tror jag ja. Men om din Al inte är ”ren” som du tror och fortfarande har ett lager av passivering på ytan, är sulfatjoner kända för att också destabilisera passiveringsskikt av metaller så att det kan förbättra korrosionen (faktiskt vissa källor hävdar sulfat vara ett bättre frätande ämne än klorid).
Tyvärr har jag inga referenser, det mesta är baserat på litteratur som jag har läst för ganska länge sedan. Jag är bara en nybörjare i kemi och korrosionsvetenskap, så hjälp mig att förbättra mitt svar och korrigera eventuella misstag!