Aluminij - uništavanje metala pod utjecajem okoline.
Za reakciju Al 3+ + 3e → Al, standardni elektrodni potencijal aluminija iznosi -1,66 V.
Talište aluminija je 660 °C.
Gustoća aluminija je 2,6989 g / cm 3 (u normalnim uvjetima).
Aluminij, iako je aktivan metal, ima prilično dobra svojstva korozije. To se može objasniti sposobnošću pasivizacije u mnogim agresivnim okruženjima.
Otpornost aluminija na koroziju ovisi o mnogim čimbenicima: čistoći metala, korozivnom okruženju, koncentraciji agresivnih nečistoća u okolišu, temperaturi itd. pH otopina ima snažan utjecaj. Aluminijev oksid na površini metala nastaje samo u rasponu pH od 3 do 9!
Njegova čistoća uvelike utječe na otpornost Al na koroziju. Za proizvodnju kemijskih agregata, opreme koristi se samo metal visoke čistoće (bez nečistoća), na primjer, aluminij razreda AB1 i AB2.
Korozija aluminija se ne opaža samo u onim okruženjima gdje se na površini metala stvara zaštitni oksidni film.
Kada se zagrije, aluminij može reagirati s nekim nemetalima:
2Al + N 2 → 2AlN - interakcija aluminija i dušika s stvaranjem aluminijevog nitrida;
4Al + 3S → Al 4 S 3 - reakcija interakcije aluminija s ugljikom s stvaranjem aluminijevog karbida;
2Al + 3S → Al 2 S 3 - interakcija aluminija i sumpora s stvaranjem aluminij sulfida.
Korozija aluminija u zraku (atmosferska korozija aluminija)
Aluminij, u interakciji sa zrakom, prelazi u pasivno stanje. Kada čisti metal dođe u dodir sa zrakom, na površini aluminija odmah se pojavljuje tanki zaštitni film od aluminijevog oksida. Nadalje, rast filma se usporava. Formula aluminij oksida je Al 2 O 3 ili Al 2 O 3 H 2 O.
Reakcija interakcije aluminija s kisikom:
4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3 .
Debljina ovog oksidnog filma je između 5 i 100 nm (ovisno o radnim uvjetima). Aluminij oksid ima dobro prianjanje na površinu, zadovoljava uvjet kontinuiteta oksidnih filmova. Kada se skladišti u skladištu, debljina aluminijevog oksida na površini metala je oko 0,01 - 0,02 mikrona. Kod interakcije sa suhim kisikom - 0,02 - 0,04 mikrona. Tijekom toplinske obrade aluminija, debljina oksidnog filma može doseći 0,1 µm.
Aluminij je prilično otporan kako u čistom ruralnom zraku tako iu industrijskoj atmosferi (sadrži pare sumpora, sumporovodik, plinoviti amonijak, suhi klorovodik itd.). Jer na koroziju aluminija u plinovitim medijima ne utječu sumporni spojevi - koristi se za proizvodnju postrojenja za preradu kiselog ulja, uređaja za vulkanizaciju gume.
Korozija aluminija u vodi
Korozija aluminija gotovo se ne opaža pri interakciji s čistom svježom, destiliranom vodom. Povećanje temperature na 180 °C nema posebnog učinka. Vruća vodena para također nema utjecaja na koroziju aluminija. Ako se vodi doda malo lužine, čak i na sobnoj temperaturi, brzina korozije aluminija u takvom okruženju malo će se povećati.
Interakcija čistog aluminija (koji nije obložen oksidnim filmom) s vodom može se opisati reakcijskom jednadžbom:
2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2.
Prilikom interakcije s morskom vodom, čisti aluminij počinje korodirati, jer. osjetljiv na otopljene soli. Za iskorištavanje aluminija u morskoj vodi u njegov sastav se uvodi mala količina magnezija i silicija. Otpornost aluminija i njegovih legura na koroziju, kada su izloženi morskoj vodi, značajno je smanjena ako je bakar uključen u sastav metala.
Korozija aluminija u kiselinama
Kako se povećava čistoća aluminija, povećava se njegova otpornost na kiseline.
Korozija aluminija u sumpornoj kiselini
Za aluminij i njegove legure vrlo je opasna sumporna kiselina (ima oksidirajuća svojstva) srednjih koncentracija. Reakcija s razrijeđenom sumpornom kiselinom opisana je jednadžbom:
2Al + 3H 2 SO 4 (razb) → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2.
Koncentrirana hladna sumporna kiselina nema učinka. A kada se zagrije, aluminij korodira:
2Al + 6H 2 SO 4 (konc) → Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.
Time nastaje topljiva sol - aluminijev sulfat.
Al je stabilan u oleumu (dimljiva sumporna kiselina) na temperaturama do 200 °C. Zbog toga se koristi za proizvodnju klorosulfonske kiseline (HSO 3 Cl) i oleuma.
Korozija aluminija u klorovodičnoj kiselini
U klorovodičnoj kiselini, aluminij ili njegove legure brzo se otapaju (osobito s povećanjem temperature). Jednadžba korozije:
2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2 .
Slično djeluju otopine bromovodične (HBr), fluorovodične (HF) kiselina.
Korozija aluminija u dušičnoj kiselini
Koncentrirana otopina dušične kiseline ima visoka oksidacijska svojstva. Aluminij u dušičnoj kiselini pri normalnoj temperaturi je iznimno stabilan (veća otpornost od nehrđajućeg čelika 12X18H9). Čak se koristi za proizvodnju koncentrirane dušične kiseline izravnom sintezom.
Kada se zagrije, korozija aluminija u dušičnoj kiselini odvija se prema reakciji:
Al + 6HNO 3 (konc) → Al(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O.
Korozija aluminija u octenoj kiselini
Aluminij ima dovoljno visoku otpornost na octenu kiselinu bilo koje koncentracije, ali samo ako temperatura ne prelazi 65 ° C. Koristi se za proizvodnju formaldehida i octene kiseline. Na višim temperaturama aluminij se otapa (s izuzetkom koncentracije kiselina od 98 - 99,8%).
U bromu, slabim otopinama kromnih (do 10%), fosfornih (do 1%) kiselina na sobnoj temperaturi, aluminij je stabilan.
Limunska, maslačna, jabučna, vinska, propionska kiselina, vino, voćni sokovi slabo djeluju na aluminij i njegove legure.
Oksalne, mravlje, organoklorne kiseline uništavaju metal.
Otpornost aluminija na koroziju uvelike utječe parna i kapljasto-tekuća živa. Nakon kratkog kontakta, metal i njegove legure intenzivno korodiraju, stvarajući amalgame.
Korozija aluminija u lužinama
Lužine lako otapaju zaštitni oksidni film na površini aluminija, on počinje reagirati s vodom, uslijed čega se metal otapa oslobađanjem vodika (korozija aluminija s depolarizacijom vodika).
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na + 3H2;
2(NaOH H2O) + 2Al → 2NaAlO2 + 3H2.
nastaju aluminati.
Također, oksidni film uništavaju soli žive, bakrenih i kloridnih iona.
1) Silicij je spaljen u atmosferi klora. Rezultirajući klorid obrađen je vodom. Tako nastali talog je kalciniran. Zatim je spojen s kalcijevim fosfatom i ugljenom. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.
2) Plin dobiven obradom kalcijevog nitrida s vodom propušten je preko vrućeg praha bakrovog(II) oksida. Primljeno u isto vrijeme čvrsta otopljen u koncentriranoj dušičnoj kiselini, otopina je uparena, a rezultirajući čvrsti ostatak je kalciniran. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.
3) Neka količina željezovog(II) sulfida podijeljena je na dva dijela. Jedan od njih je tretiran klorovodičnom kiselinom, a drugi je ispaljen na zraku. Tijekom međudjelovanja nastalih plinova nastala je jednostavna žuta tvar. Rezultirajuća tvar se zagrijava s koncentriranom dušičnom kiselinom i oslobađa se smeđi plin. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.
4) Kada je aluminijev oksid reagirao s dušičnom kiselinom, nastala je sol. Sol je osušena i kalcinirana. Čvrsti ostatak nastao tijekom kalcinacije podvrgnut je elektrolizi u rastaljenom kriolitu. Metal dobiven elektrolizom zagrijavan je s koncentriranom otopinom koja je sadržavala kalijev nitrat i kalijev hidroksid, a oslobađao se plin oštrog mirisa. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.
5) Krom(VI) oksid reagira s kalijevim hidroksidom. Rezultirajuća tvar obrađena je sumpornom kiselinom, a iz dobivene otopine izolirana je narančasta sol. Ova sol je obrađena s bromovodičnom kiselinom. Dobivena jednostavna tvar reagirala je sa sumporovodikom. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.
6) Magnezijev prah je zagrijan u atmosferi dušika. Kada dobivena tvar stupi u interakciju s vodom, oslobađa se plin. Plin je propušten kroz vodenu otopinu krom(III) sulfata, što je rezultiralo sivim talogom. Talog se odvoji i obradi zagrijavanjem s otopinom koja sadrži vodikov peroksid i kalijev hidroksid. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.
7) Amonijak je propušten kroz bromovodičnu kiselinu. U dobivenu otopinu dodana je otopina srebrnog nitrata. Nastali talog se odvoji i zagrije s cinkovim prahom. Metal koji je nastao tijekom reakcije obrađen je koncentriranom otopinom sumporne kiseline, a oslobođen je plin oštrog mirisa. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.
8) Kalijev klorat se zagrijava u prisutnosti katalizatora i oslobađa se bezbojni plin. Spaljivanjem željeza u atmosferi tog plina dobivena je željezna ljuska. Otopljen je u suvišku klorovodične kiseline. Tako dobivenoj otopini dodana je otopina koja sadrži natrijev dikromat i klorovodičnu kiselinu. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.
9) Natrij je zagrijan u atmosferi vodika. Kada se u nastalu tvar doda voda, uočeno je razvijanje plina i stvaranje bistre otopine. Kroz ovu otopinu propušten je smeđi plin, koji je dobiven kao rezultat interakcije bakra s koncentriranom otopinom dušične kiseline. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.
10) Aluminij reagira s otopinom natrijevog hidroksida. Razvijeni plin je propušten preko zagrijanog praha bakrenog(II) oksida. Dobivena jednostavna tvar otopljena je zagrijavanjem u koncentriranoj sumpornoj kiselini. Dobivena sol je izolirana i dodana otopini kalijevog jodida. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.
11) Provedena elektroliza otopine natrijevog klorida. U nastalu otopinu dodan je željezov(III) klorid. Nastali precipitat se odfiltrira i kalcinira. Kruti ostatak je otopljen u jodovodonoj kiselini. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.
12) Otopini natrijevog hidroksida dodan je aluminij u prahu. Kroz otopinu dobivene tvari propušten je višak ugljičnog dioksida. Nastali talog se odvoji i kalcinira. Rezultirajući produkt je fuzioniran s natrijevim karbonatom. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.
Aluminij je amfoterni metal. Elektronska konfiguracija atoma aluminija je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Dakle, ima tri valentna elektrona na vanjskom sloju elektrona: 2 - na 3s- i 1 - na 3p-podrazini. U vezi s ovom strukturom karakteriziraju ga reakcije, uslijed kojih atom aluminija gubi tri elektrona s vanjska razina i poprima oksidacijsko stanje +3. Aluminij je vrlo aktivan metal i pokazuje vrlo jaka redukcijska svojstva.
Interakcija aluminija s jednostavnim tvarima
s kisikom
U kontaktu apsolutno čistog aluminija sa zrakom, atomi aluminija koji se nalaze u površinskom sloju trenutno stupaju u interakciju s kisikom zraka i tvore najtanji, nekoliko desetaka atomskih slojeva debeo, jak oksidni film sastava Al 2 O 3 koji štiti aluminij. od daljnje oksidacije. Također je nemoguće oksidirati velike uzorke aluminija čak i na vrlo visokim temperaturama. Međutim, fini aluminijski prah prilično lako gori u plamenu plamenika:
4Al + 3O 2 \u003d 2Al 2 O 3
s halogenima
Aluminij vrlo snažno reagira sa svim halogenima. Dakle, reakcija između pomiješanih prahova aluminija i joda teče već na sobnoj temperaturi nakon dodavanja kapi vode kao katalizatora. Jednadžba za interakciju joda s aluminijem:
2Al + 3I 2 \u003d 2AlI 3
S bromom, koji je tamnosmeđa tekućina, aluminij također reagira bez zagrijavanja. Dovoljno je jednostavno uvesti uzorak aluminija u tekući brom: odmah počinje burna reakcija s oslobađanjem velike količine topline i svjetlosti:
2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
Reakcija između aluminija i klora se odvija kada se zagrijana aluminijska folija ili fini aluminijski prah unese u tikvicu napunjenu klorom. Aluminij učinkovito gori u kloru prema jednadžbi:
2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3
sa sumporom
Kada se zagrije na 150-200 ° C ili nakon paljenja mješavine aluminija u prahu i sumpora, između njih počinje intenzivna egzotermna reakcija s oslobađanjem svjetlosti:
— sulfid aluminij
s dušikom
Kada aluminij stupi u interakciju s dušikom na temperaturi od oko 800 o C, nastaje aluminijev nitrid:
s ugljikom
Na temperaturi od oko 2000 o C, aluminij stupa u interakciju s ugljikom i tvori aluminijev karbid (metanid), koji sadrži ugljik u -4 oksidacijskom stanju, kao u metanu.
Interakcija aluminija sa složenim tvarima
s vodom
Kao što je gore spomenuto, stabilan i izdržljiv oksidni film od Al 2 O 3 ne dopušta aluminiju da oksidira na zraku. Isti zaštitni oksidni film čini aluminij inertnim prema vodi. Prilikom uklanjanja zaštitnog oksidnog filma s površine metodama kao što je tretiranje vodenim otopinama alkalija, amonijevog klorida ili živinih soli (amalgacija), aluminij počinje snažno reagirati s vodom stvarajući aluminijev hidroksid i plinovit vodik:
s metalnim oksidima
Nakon paljenja smjese aluminija s oksidima manje aktivnih metala (desno od aluminija u nizu aktivnosti), počinje izrazito burna, jako egzotermna reakcija. Dakle, u slučaju interakcije aluminija sa željeznim oksidom (III), razvija se temperatura od 2500-3000 ° C. Kao rezultat ove reakcije nastaje rastaljeno željezo visoke čistoće:
2AI + Fe 2 O 3 \u003d 2Fe + Al 2 O 3
Ova metoda dobivanja metala iz njihovih oksida redukcijom s aluminijem naziva se aluminotermija ili aluminotermija.
s neoksidirajućim kiselinama
Interakcija aluminija s neoksidirajućim kiselinama, t.j. praktički sve kiseline, osim koncentrirane sumporne i dušične kiseline, dovode do stvaranja aluminijeve soli odgovarajuće kiseline i plinovitog vodika:
a) 2Al + 3H 2 SO 4 (razb.) \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2
2Al 0 + 6H + = 2Al 3+ + 3H 2 0;
b) 2AI + 6HCl = 2AICl 3 + 3H 2
s oksidirajućim kiselinama
- koncentrirana sumporna kiselina
Interakcija aluminija s koncentriranom sumpornom kiselinom u normalnim uvjetima, kao i pri niskim temperaturama, ne dolazi zbog efekta koji se naziva pasivizacija. Kada se zagrije, reakcija je moguća i dovodi do stvaranja aluminijevog sulfata, vode i sumporovodika, koji nastaje kao rezultat redukcije sumpora, koji je dio sumporne kiseline:
Do takve duboke redukcije sumpora iz oksidacijskog stanja +6 (u H 2 SO 4) u oksidacijsko stanje -2 (u H 2 S) dolazi zbog vrlo visoke redukcijske sposobnosti aluminija.
- koncentrirana dušična kiselina
koncentriran Dušična kiselina u normalnim uvjetima također pasivizira aluminij, što ga omogućuje skladištenje u aluminijskim posudama. Baš kao i u slučaju koncentrirane sumporne kiseline, interakcija aluminija s koncentriranom dušičnom kiselinom postaje moguća snažnim zagrijavanjem, dok se reakcija odvija pretežno:
- razrijeđena dušična kiselina
Interakcija aluminija s razrijeđenim u usporedbi s koncentriranom dušičnom kiselinom dovodi do produkata dublje redukcije dušika. Umjesto NO, ovisno o stupnju razrijeđenosti, mogu nastati N 2 O i NH 4 NO 3:
8Al + 30HNO 3 (razb.) \u003d 8Al (NO 3) 3 + 3N 2 O + 15H 2 O
8Al + 30HNO 3 (jako razrijeđen) = 8Al (NO 3) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9H 2 O
s lužinama
Aluminij reagira i s vodenim otopinama lužina:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2
i s čistim lužinama tijekom fuzije:
U oba slučaja, reakcija počinje otapanjem zaštitnog filma aluminijevog oksida:
Al 2 O 3 + 2 NaOH + 3H 2 O = 2Na
Al 2 O 3 + 2NaOH \u003d 2NaAlO2 + H2O
U slučaju vodene otopine, aluminij, pročišćen od zaštitnog oksidnog filma, počinje reagirati s vodom prema jednadžbi:
2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2
Rezultirajući aluminijev hidroksid, koji je amfoteričan, reagira s Vodena otopina natrijev hidroksid da nastane topljivi natrijev tetrahidroksoaluminat:
Al(OH) 3 + NaOH = Na
