Алуминий - разрушаване на метала под въздействието на околната среда.
За реакцията Al 3+ + 3e → Al, стандартният електроден потенциал на алуминия е -1,66 V.
Точката на топене на алуминия е 660 °C.
Плътността на алуминия е 2,6989 g / cm 3 (при нормални условия).
Алуминият, въпреки че е активен метал, има доста добри корозионни свойства. Това може да се обясни със способността да се пасивира в много агресивни среди.
Корозионната устойчивост на алуминия зависи от много фактори: чистотата на метала, корозивната среда, концентрацията на агресивни примеси в околната среда, температура и др. pH на разтворите има силно влияние. Алуминиевият оксид върху металната повърхност се образува само в диапазона на pH от 3 до 9!
Неговата чистота силно влияе върху устойчивостта на корозия на Al. За производството на химически агрегати, оборудване, се използва само метал с висока чистота (без примеси), например алуминиеви класове AB1 и AB2.
Корозията на алуминия не се наблюдава само в онези среди, където върху металната повърхност се образува защитен оксиден филм.
При нагряване алуминият може да реагира с някои неметали:
2Al + N 2 → 2AlN - взаимодействие на алуминий и азот с образуването на алуминиев нитрид;
4Al + 3С → Al 4 С 3 - реакция на взаимодействие на алуминий с въглерод с образуването на алуминиев карбид;
2Al + 3S → Al 2 S 3 - взаимодействието на алуминий и сяра с образуването на алуминиев сулфид.
Корозия на алуминий във въздуха (атмосферна корозия на алуминий)
Алуминият, когато взаимодейства с въздуха, преминава в пасивно състояние. Когато чистият метал влезе в контакт с въздуха, върху алуминиевата повърхност моментално се появява тънък защитен филм от алуминиев оксид. Освен това растежът на филма се забавя. Формулата на алуминиевия оксид е Al 2 O 3 или Al 2 O 3 H 2 O.
Реакцията на взаимодействие на алуминий с кислород:
4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3 .
Дебелината на този оксиден филм е между 5 и 100 nm (в зависимост от условията на работа). Алуминиевият оксид има добра адхезия към повърхността, удовлетворява условието за непрекъснатост на оксидните филми. При съхранение в склад дебелината на алуминиевия оксид върху металната повърхност е около 0,01 - 0,02 микрона. При взаимодействие със сух кислород - 0,02 - 0,04 микрона. По време на термична обработка на алуминий, дебелината на оксидния филм може да достигне 0,1 µm.
Алуминият е доста устойчив както в чист селски въздух, така и в промишлена атмосфера (съдържаща серни пари, сероводород, газообразен амоняк, сух хлороводород и др.). защото алуминиевата корозия в газови среди не се влияе от серни съединения - използва се за производството на инсталации за преработка на кисело масло, устройства за вулканизация на каучук.
Корозия на алуминий във вода
Корозията на алуминия почти не се наблюдава при взаимодействие с чиста прясна дестилирана вода. Повишаването на температурата до 180 °C няма особен ефект. Горещата водна пара също няма ефект върху корозията на алуминия. Ако към водата се добави малко алкали, дори при стайна температура, скоростта на корозия на алуминия в такава среда леко ще се увеличи.
Взаимодействието на чист алуминий (непокрит с оксиден филм) с вода може да се опише с помощта на уравнението на реакцията:
2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2.
При взаимодействие с морска вода чистият алуминий започва да корозира, т.к. чувствителни към разтворени соли. За да се използва алуминий в морската вода, в състава му се въвежда малко количество магнезий и силиций. Устойчивост на корозия на алуминия и неговите сплави, когато са изложени на морска вода, се намалява значително, ако в състава на метала е включена мед.
Корозия на алуминий в киселини
С увеличаването на чистотата на алуминия, неговата устойчивост на киселини се увеличава.
Корозия на алуминий в сярна киселина
За алуминия и неговите сплави сярната киселина (тя има окислителни свойства) със средни концентрации е много опасна. Реакцията с разредена сярна киселина се описва с уравнението:
2Al + 3H 2 SO 4 (razb) → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2.
Концентрираната студена сярна киселина няма ефект. А при нагряване алуминият корозира:
2Al + 6H 2 SO 4 (конц.) → Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.
Така се образува разтворима сол - алуминиев сулфат.
Al е стабилен в олеум (димяща сярна киселина) при температури до 200 °C. Поради това се използва за производството на хлорсулфонова киселина (HSO 3 Cl) и олеум.
Корозия на алуминий в солна киселина
В солна киселина алуминият или неговите сплави бързо се разтварят (особено при повишаване на температурата). Уравнение на корозията:
2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2 .
Разтворите на бромоводородна (HBr), флуороводородна (HF) киселини действат по подобен начин.
Корозия на алуминий в азотна киселина
Концентриран разтвор на азотна киселина има високи окислителни свойства. Алуминият в азотна киселина при нормална температура е изключително стабилен (по-висока устойчивост от неръждаема стомана 12X18H9). Използва се дори за получаване на концентрирана азотна киселина чрез директен синтез.
При нагряване корозията на алуминий в азотна киселина протича съгласно реакцията:
Al + 6HNO 3 (конц.) → Al(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O.
Корозия на алуминий в оцетна киселина
Алуминият има достатъчно висока устойчивост на оцетна киселина от всякаква концентрация, но само ако температурата не надвишава 65 ° C. Използва се за производството на формалдехид и оцетна киселина. При по-високи температури алуминият се разтваря (с изключение на киселинни концентрации от 98 - 99,8%).
В бром, слаби разтвори на хромна (до 10%), фосфорна (до 1%) киселини при стайна температура алуминият е стабилен.
Лимонената, маслената, ябълчната, винената, пропионовата киселина, виното, плодовите сокове имат слаб ефект върху алуминия и неговите сплави.
Оксаловата, мравчената, хлорорганичната киселина разрушават метала.
Устойчивостта на корозия на алуминия се влияе значително от изпарения и капково-течен живак. След кратък контакт металът и неговите сплави интензивно корозират, образувайки амалгами.
Корозия на алуминий в основи
Алкалите лесно разтварят защитния оксиден филм върху повърхността на алуминия, той започва да реагира с вода, в резултат на което металът се разтваря с отделяне на водород (корозия на алуминий с водородна деполяризация).
2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2;
2(NaOH H 2 O) + 2Al → 2NaAlO 2 + 3H 2.
се образуват алуминати.
Също така, оксидният филм се разрушава от соли на живак, мед и хлоридни йони.
1) Силицият е изгорен в атмосфера на хлор. Полученият хлорид се третира с вода. Така образуваната утайка се калцинира. След това се сля с калциев фосфат и въглища. Напишете уравненията за четирите описани реакции.
2) Газът, получен при третиране на калциев нитрид с вода, се пропуска върху горещ прах от меден (II) оксид. Получено по едно и също време твърдоразтворен в концентрирана азотна киселина, разтворът се изпарява и полученият твърд остатък се калцинира. Напишете уравненията за четирите описани реакции.
3) Известно количество железен (II) сулфид беше разделено на две части. Едната от тях е обработена със солна киселина, а другата е изстреляна във въздуха. По време на взаимодействието на отделените газове се образува просто жълто вещество. Полученото вещество се нагрява с концентрирана азотна киселина и се отделя кафяв газ. Напишете уравненията за четирите описани реакции.
4) Когато алуминиевият оксид реагира с азотна киселина, се образува сол. Солта е изсушена и калцинирана. Твърдият остатък, образуван по време на калцинирането, се подлага на електролиза в разтопен криолит. Металът, получен чрез електролиза, се нагрява с концентриран разтвор, съдържащ калиев нитрат и калиев хидроксид, и се отделя газ с остра миризма. Напишете уравненията за четирите описани реакции.
5) Хром (VI) оксид реагира с калиев хидроксид. Полученото вещество се третира със сярна киселина, от получения разтвор се изолира оранжева сол. Тази сол се третира с бромоводородна киселина. Полученото просто вещество реагира със сероводород. Напишете уравненията за четирите описани реакции.
6) Магнезиевият прах се нагрява под азотна атмосфера. Когато полученото вещество взаимодейства с вода, се отделя газ. Газът се пропуска през воден разтвор на хром(III) сулфат, което води до сива утайка. Утайката се отделя и се обработва чрез нагряване с разтвор, съдържащ водороден пероксид и калиев хидроксид. Напишете уравненията за четирите описани реакции.
7) Амонякът се пропуска през бромоводородна киселина. Към получения разтвор се добавя разтвор на сребърен нитрат. Образуваната утайка се отделя и се нагрява с цинков прах. Металът, образуван по време на реакцията, се третира с концентриран разтвор на сярна киселина и се отделя газ с остра миризма. Напишете уравненията за четирите описани реакции.
8) Калиевият хлорат се нагрява в присъствието на катализатор и се отделя безцветен газ. Чрез изгаряне на желязо в атмосфера на този газ се получаваше желязна нагар. Той се разтваря в излишък от солна киселина. Към получения разтвор се добавя разтвор, съдържащ натриев дихромат и солна киселина. Напишете уравненията за четирите описани реакции.
9) Натрият се нагрява във водородна атмосфера. Когато към полученото вещество се добави вода, се наблюдава отделяне на газ и образуване на бистър разтвор. През този разтвор се пропуска кафяв газ, който се получава в резултат на взаимодействието на мед с концентриран разтвор на азотна киселина. Напишете уравненията за четирите описани реакции.
10) Алуминият реагира с разтвор на натриев хидроксид. Отделеният газ се прекарва върху нагрят прах от меден (II) оксид. Полученото просто вещество се разтваря чрез нагряване в концентрирана сярна киселина. Получената сол се изолира и се добавя към разтвор на калиев йодид. Напишете уравненията за четирите описани реакции.
11) Прекара електролиза на разтвор на натриев хлорид. Към получения разтвор се добавя железен (III) хлорид. Образуваната утайка се филтрира и калцинира. Твърдият остатък се разтваря в йодоводородна киселина. Напишете уравненията за четирите описани реакции.
12) Алуминиев прах се добавя към разтвора на натриев хидроксид. През разтвора на полученото вещество се пропуска излишък от въглероден диоксид. Образуваната утайка се отделя и калцинира. Полученият продукт се слива с натриев карбонат. Напишете уравненията за четирите описани реакции.
Алуминият е амфотерен метал. Електронната конфигурация на алуминиевия атом е 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Така той има три валентни електрона на външния електронен слой: 2 - на 3s- и 1 - на 3p-подниво. Във връзка с тази структура се характеризира с реакции, при които алуминиевият атом губи три електрона с външно нивои придобива степен на окисление +3. Алуминият е силно активен метал и проявява много силни редуциращи свойства.
Взаимодействие на алуминий с прости вещества
с кислород
При контакт на абсолютно чист алуминий с въздух, алуминиевите атоми, разположени в повърхностния слой, незабавно взаимодействат с кислорода на въздуха и образуват най-тънкия, дебел няколко десетки атомни слоеве, силен оксиден филм от състава на Al 2 O 3, който защитава алуминия от по-нататъшно окисляване. Също така е невъзможно да се окислят големи проби от алуминий дори при много високи температури. Въпреки това, финият алуминиев прах гори доста лесно в пламък на горелка:
4Al + 3O 2 \u003d 2Al 2 O 3
с халогени
Алуминият реагира много енергично с всички халогени. По този начин реакцията между смесени прахове от алуминий и йод протича вече при стайна температура след добавяне на капка вода като катализатор. Уравнението за взаимодействието на йод с алуминий:
2Al + 3I 2 \u003d 2AlI 3
С брома, който е тъмнокафява течност, алуминият също реагира без нагряване. Достатъчно е просто да въведете проба от алуминий в течен бром: веднага започва бурна реакция с освобождаването на Голям бройтоплина и светлина:
2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
Реакцията между алуминия и хлора протича, когато нагрято алуминиево фолио или фин алуминиев прах се въведе в колба, пълна с хлор. Алуминият гори ефективно в хлор съгласно уравнението:
2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3
със сяра
При нагряване до 150-200 ° C или след запалване на смес от прахообразен алуминий и сяра, между тях започва интензивна екзотермична реакция с освобождаване на светлина:
— сулфид алуминий
с азот
Когато алуминият взаимодейства с азота при температура около 800 o C, се образува алуминиев нитрид:
с карбон
При температура от около 2000 o C алуминият взаимодейства с въглерода и образува алуминиев карбид (метанид), съдържащ въглерод в степен на окисление -4, както в метана.
Взаимодействие на алуминий със сложни вещества
с вода
Както бе споменато по-горе, стабилен и издръжлив оксиден филм от Al 2 O 3 не позволява на алуминия да се окислява във въздуха. Същият защитен оксиден филм прави алуминия инертен и към водата. При отстраняване на защитния оксиден филм от повърхността чрез методи като обработка с водни разтвори на основи, амониев хлорид или живачни соли (амалгация), алуминият започва да реагира енергично с вода, за да образува алуминиев хидроксид и водороден газ:
с метални оксиди
След запалване на смес от алуминий с оксиди на по-малко активни метали (вдясно от алуминия в серията активности) започва изключително бурна, силно екзотермична реакция. Така че, в случай на взаимодействие на алуминий с железен оксид (III), се развива температура от 2500-3000 ° C. В резултат на тази реакция се образува стопено желязо с висока чистота:
2AI + Fe 2 O 3 \u003d 2Fe + Al 2 O 3
Този метод за получаване на метали от техните оксиди чрез редукция с алуминий се нарича алуминотермияили алуминотермия.
с неокисляващи киселини
Взаимодействието на алуминий с неокисляващи киселини, т.е. практически всички киселини, с изключение на концентрираната сярна и азотна киселина, води до образуването на алуминиева сол на съответната киселина и водороден газ:
а) 2Al + 3H 2 SO 4 (разб.) \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2
2Al 0 + 6H + = 2Al 3+ + 3H 2 0;
б) 2AI + 6HCl = 2AICl3 + 3H2
с окислителни киселини
- концентрирана сярна киселина
Взаимодействието на алуминий с концентрирана сярна киселина при нормални условия, както и при ниски температури, не възниква поради ефект, наречен пасивация. При нагряване реакцията е възможна и води до образуването на алуминиев сулфат, вода и сероводород, който се образува в резултат на редукция на сярата, която е част от сярната киселина:
Такава дълбока редукция на сярата от степен на окисление +6 (в H 2 SO 4) до степен на окисление -2 (в H 2 S) възниква поради много високата редуцираща способност на алуминия.
- концентрирана азотна киселина
концентриран Азотна киселинапри нормални условия той също така пасивира алуминия, което прави възможно съхранението му в алуминиеви контейнери. Точно както в случая на концентрирана сярна киселина, взаимодействието на алуминий с концентрирана азотна киселина става възможно при силно нагряване, докато реакцията протича предимно:
- разредена азотна киселина
Взаимодействието на алуминий с разредена в сравнение с концентрирана азотна киселина води до продукти на по-дълбока редукция на азота. Вместо NO, в зависимост от степента на разреждане, могат да се образуват N 2 O и NH 4 NO 3:
8Al + 30HNO 3 (разб.) \u003d 8Al (NO 3) 3 + 3N 2 O + 15H 2 O
8Al + 30HNO 3 (силно разреден) = 8Al (NO 3) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9H 2 O
с алкали
Алуминият реагира както с водни разтвори на алкали:
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2
и с чисти основи по време на топене:
И в двата случая реакцията започва с разтваряне на защитния филм от алуминиев оксид:
Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na
Al 2 O 3 + 2NaOH \u003d 2NaAlO 2 + H 2 O
В случай на воден разтвор алуминият, пречистен от защитния оксиден филм, започва да реагира с вода съгласно уравнението:
2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2
Полученият алуминиев хидроксид, тъй като е амфотерен, реагира с воден разтворнатриев хидроксид за образуване на разтворим натриев тетрахидроксоалуминат:
Al(OH) 3 + NaOH = Na
