Aluminijev oksid dušična kiselina. Kemijske reakcije aluminija. Međudjelovanje aluminija sa složenim tvarima

Aluminij – uništavanje metala pod utjecajem okoliša.

Za reakciju Al 3+ +3e → Al, standardni elektrodni potencijal aluminija je -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 korozijska svojstva. To se može objasniti sposobnošću pasivizacije u mnogim agresivnim okruženjima.

Otpornost aluminija na koroziju ovisi o mnogim čimbenicima: čistoći metala, korozivnoj okolini, koncentraciji agresivnih nečistoća u okolini, temperaturi itd. pH otopina ima snažan utjecaj. Aluminijev oksid se stvara na površini metala samo u pH rasponu od 3 do 9!

Na otpornost aluminija na koroziju uvelike utječe njegova čistoća. Za proizvodnju kemijskih jedinica i opreme koristi se samo metal visoke čistoće (bez nečistoća), na primjer, aluminij AB1 i AB2.

Korozija aluminija ne opaža se samo u onim sredinama gdje se na površini metala stvara zaštitni oksidni film.

Kada se zagrijava, aluminij može reagirati s nekim nemetalima:

2Al + N 2 → 2AlN – međudjelovanje aluminija i dušika uz nastajanje aluminijevog nitrida;

4Al + 3C → Al 4 C 3 – reakcija aluminija s ugljikom pri čemu nastaje aluminijev karbid;

2Al + 3S → Al 2 S 3 – interakcija aluminija i sumpora uz nastanak aluminijevog sulfida.

Korozija aluminija na zraku (atmosferska korozija aluminija)

Aluminij, u interakciji sa zrakom, postaje pasivan. Kada čisti metal dođe u dodir sa zrakom, na površini aluminija trenutno se pojavljuje tanki zaštitni film od aluminijevog oksida. Nadalje, rast filma se usporava. Formula aluminijevog oksida je Al 2 O 3 ili Al 2 O 3 H 2 O.

Reakcija aluminija s kisikom:

4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3.

Debljina ovog oksidnog filma kreće se od 5 do 100 nm (ovisno o uvjetima rada). Aluminijev oksid ima dobro prianjanje na površinu i zadovoljava uvjet kontinuiteta oksidnih filmova. Kada se skladišti u skladištu, debljina aluminijevog oksida na površini metala je oko 0,01 - 0,02 mikrona. U interakciji sa suhim kisikom - 0,02 - 0,04 mikrona. Kod toplinske obrade aluminija, debljina oksidnog filma može doseći 0,1 mikrona.

Aluminij je prilično otporan i na čistom ruralnom zraku iu industrijskoj atmosferi (sadrži sumporne pare, sumporovodik, plin amonijak, suhi klorovodik, itd.). Jer spojevi sumpora ne utječu na koroziju aluminija u plinskim sredinama - koristi se za proizvodnju postrojenja za preradu kisele sirove nafte i uređaja za vulkanizaciju gume.

Korozija aluminija u vodi

Korozija aluminija gotovo da se ne opaža u interakciji s čistom, svježom, destiliranom vodom. Povećanje temperature na 180 °C nema neki poseban učinak. Vruća vodena para također nema utjecaja na koroziju aluminija. Ako u vodu dodate malo lužine, čak i na sobnoj temperaturi, stopa korozije aluminija u takvom okruženju malo će se povećati.

Interakcija čistog aluminija (neprekrivenog oksidnim filmom) s vodom može se opisati pomoću jednadžbe reakcije:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2.

U interakciji s morskom vodom, čisti aluminij počinje korodirati, jer... osjetljiv na otopljene soli. Za korištenje aluminija u morskoj vodi, u njegov sastav se dodaje mala količina magnezija i silicija. Otpornost aluminija i njegovih legura na koroziju kada su izloženi morska voda, značajno se smanjuje ako metal sadrži bakar.

Korozija aluminija u kiselinama

Kako se povećava čistoća aluminija, povećava se njegova otpornost na kiseline.

Korozija aluminija u sumpornoj kiselini

Sumporna kiselina (ima oksidirajuća svojstva) u srednjim je koncentracijama vrlo opasna za aluminij i njegove legure. Reakcija s razrijeđenom sumpornom kiselinom opisana je jednadžbom:

2Al + 3H 2 SO 4 (razdijeljen) → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2.

Koncentrirana hladna sumporna kiselina nema učinka. A kad se zagrije, aluminij korodira:

2Al + 6H 2 SO 4 (konc) → Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

U tom slučaju nastaje topljiva sol - aluminijev sulfat.

Al je stabilan u oleumu (dimeći 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

Aluminij ili njegove legure brzo se otapaju u klorovodičnoj kiselini (osobito kada temperatura poraste). Jednadžba korozije:

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2.

Slično djeluju otopine bromovodične (HBr) i fluorovodične (HF) kiseline.

Korozija aluminija u dušičnoj kiselini

Koncentrirana otopina dušične kiseline ima visoka oksidacijska svojstva. Aluminij u dušičnoj kiselini na normalnim temperaturama izuzetno je otporan (otpornost je veća nego kod nehrđajućeg čelika 12H18N9). Čak se koristi za proizvodnju koncentrirane dušične kiseline izravnom sintezom.

Kada se zagrijava, 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 je prilično otporan na octenu kiselinu bilo koje koncentracije, ali samo ako temperatura ne prelazi 65 °C. Koristi se za proizvodnju formaldehida i octene kiseline. Pri višim temperaturama aluminij se otapa (osim koncentracije kiseline od 98 - 99,8%).

Aluminij je stabilan u bromnim i slabim otopinama kromne (do 10%), fosforne (do 1%) kiseline na sobnoj temperaturi.

Limunska, maslačna, jabučna, vinska, propionska kiselina, vino i voćni sokovi slabo djeluju na aluminij i njegove legure.

Oksalna, mravlja i organoklorna kiselina razaraju metal.

Na otpornost aluminija na koroziju uvelike utječu pare i tekuća živa. Nakon kratkotrajnog kontakta metal i njegove legure intenzivno korodiraju stvarajući amalgame.

Korozija aluminija u alkalijama

Alkalije lako otapaju zaštitni oksidni film na površini aluminija, počinje reagirati s vodom, uslijed čega se metal otapa uz oslobađanje vodika (korozija aluminija s depolarizacijom vodika).

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2;

2(NaOHH 2 O) + 2Al → 2NaAlO 2 + 3H 2.

Nastaju aluminati.

Također, oksidni film uništavaju ioni žive, bakra i klora.

1) Silicij je spaljen u atmosferi klora. Dobiveni klorid je tretiran s vodom. Oslobođeni talog je kalciniran. Zatim je stopljen s kalcijevim fosfatom i ugljenom. Napiši jednadžbe za četiri opisane reakcije.

2) Plin dobiven tretiranjem kalcijevog nitrida vodom prošao je preko vrućeg praha bakrova(II) oksida. Dobivena čvrsta Otopljen u koncentriranoj dušičnoj kiselini, otopina je uparena, a dobiveni čvrsti ostatak je kalciniran. Napiši jednadžbe za četiri opisane reakcije.

3) Određena količina željezovog(II) sulfida podijeljena je na dva dijela. Jedan od njih tretiran je klorovodičnom kiselinom, a drugi je ispaljen u zraku. Kada su otpušteni plinovi međudjelovali, nastala je jednostavna žuta tvar. Dobivena tvar je zagrijavana s koncentriranom dušičnom kiselinom, pri čemu je oslobođen smeđi plin. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.

4) Kada aluminijev oksid stupa u interakciju s dušičnom kiselinom, nastaje 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 kalijevog nitrata i kalijevog hidroksida, pri čemu se oslobađao plin oštrog mirisa. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.

5) Krom(VI) oksid reagira s kalijevim hidroksidom. Dobivena tvar obrađena je sumpornom kiselinom, a iz dobivene otopine izolirana je narančasta sol. Ova sol je obrađena bromovodičnom kiselinom. Dobivena jednostavna tvar reagirala je s vodikovim sulfidom. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.

6) Magnezijev prah zagrijavan je u atmosferi dušika. Kada je nastala tvar stupila u interakciju s vodom, oslobodio se plin. Plin je propušten kroz vodenu otopinu krom(III) sulfata, pri čemu je nastao sivi talog. Talog je odvojen i tretiran zagrijavanjem s otopinom vodikovog peroksida i kalijevog hidroksida. 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 nastao tijekom reakcije bio je izložen koncentriranoj otopini sumporne kiseline, koja je oslobodila plin oštrog mirisa. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.

8) Kalijev klorat je zagrijavan u prisutnosti katalizatora i oslobođen je bezbojni plin. Spaljivanjem željeza u atmosferi ovog plina dobivao se željezni oksid. Otopljen je u suvišku klorovodične kiseline. U dobivenu otopinu dodana je otopina koja sadrži natrijev dikromat i klorovodična kiselina. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.

9) Natrij je zagrijavan u atmosferi vodika. Kada je dobivenoj tvari dodana voda, uočeno je razvijanje plina i stvaranje bistre otopine. Kroz ovu otopinu je propušten smeđi plin koji je dobiven kao rezultat interakcije bakra s koncentriranom otopinom dušične kiseline. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.

10) Aluminij je reagirao s otopinom natrijevog hidroksida. Oslobođeni plin prošao je preko zagrijanog praha bakrova(II) oksida. Dobivena jednostavna tvar je otopljena zagrijavanjem u koncentriranoj sumpornoj kiselini. Dobivena sol je izolirana i dodana u otopinu kalijevog jodida. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.

11) Provedena elektroliza otopine natrijeva klorida. U dobivenu otopinu dodan je željezov(III) klorid. Nastali talog je filtriran i kalciniran. Kruti ostatak je otopljen u jodovodičnoj kiselini. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.

12) Aluminijev prah dodan je u otopinu natrijevog hidroksida. Kroz otopinu dobivene tvari propušten je višak ugljičnog dioksida. Nastali talog je odvojen i kalciniran. Dobiveni produkt je stopljen s natrijevim karbonatom. Napišite jednadžbe za četiri opisane reakcije.

Aluminij je amfoteran metal. Elektronska konfiguracija atoma aluminija je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. Dakle, ima tri valentna elektrona na svom vanjskom elektronskom sloju: 2 na 3s i 1 na 3p podrazini. Zbog te strukture karakteriziraju ga reakcije u kojima atom aluminija gubi tri elektrona iz vanjska razina te poprima oksidacijsko stanje +3. Aluminij je vrlo reaktivan metal i pokazuje vrlo jaka redukcijska svojstva.

Međudjelovanje aluminija s jednostavnim tvarima

s kisikom

Kada apsolutno čisti aluminij dođe u dodir sa zrakom, atomi aluminija koji se nalaze u površinskom sloju trenutno stupaju u interakciju s kisikom u zraku i tvore tanki, nekoliko desetaka atomskih slojeva debeo, izdržljivi oksidni film sastava Al 2 O 3, koji štiti aluminij od daljnja oksidacija. 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 = 2Al 2 O 3

s halogenima

Aluminij vrlo burno reagira sa svim halogenima. Tako se reakcija između miješanog praha aluminija i joda događa već na sobnoj temperaturi nakon dodavanja kapi vode kao katalizatora. Jednadžba za interakciju joda s aluminijem:

2Al + 3I 2 =2AlI 3

Aluminij također reagira s bromom, koji je tamnosmeđa tekućina, bez zagrijavanja. Dovoljno je samo dodati uzorak aluminija u tekući brom: odmah počinje burna reakcija s oslobađanjem velika količina toplina i svjetlost:

2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3

Reakcija između aluminija i klora događa se kada se u tikvicu napunjenu klorom doda zagrijana aluminijska folija ili fini aluminijski prah. Aluminij učinkovito gori u kloru prema jednadžbi:

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3

sa sumporom

Zagrijavanjem na 150-200 o C ili nakon paljenja smjese aluminija u prahu i sumpora između njih počinje intenzivna egzotermna reakcija uz oslobađanje svjetlosti:

— sulfid aluminij

s dušikom

Kada aluminij reagira s dušikom na temperaturi od oko 800 o C, nastaje aluminijev nitrid:

s ugljikom

Na temperaturi od oko 2000 o C, aluminij reagira s ugljikom i stvara aluminijev karbid (metanid), koji sadrži ugljik u oksidacijskom stanju -4, kao u metanu.

Međudjelovanje aluminija sa složenim tvarima

sa vodom

Kao što je gore spomenuto, stabilan i izdržljiv oksidni film Al 2 O 3 sprječava oksidaciju aluminija na zraku. Isti zaštitni oksidni film čini aluminij inertnim prema vodi. Prilikom uklanjanja zaštitnog oksidnog filma s površine metodama kao što je obrada vodenim otopinama lužina, amonijevog klorida ili živinih soli (amalgija), aluminij počinje snažno reagirati s vodom stvarajući aluminijev hidroksid i vodikov plin:

s metalnim oksidima

Nakon paljenja smjese aluminija s oksidima manje aktivnih metala (desno od aluminija u nizu aktivnosti), počinje izrazito burna, izrazito egzotermna reakcija. Tako se u slučaju interakcije aluminija s željeznim (III) oksidom razvija temperatura od 2500-3000 o C. Kao rezultat ove reakcije nastaje rastaljeno željezo visoke čistoće:

2AI + Fe 2 O 3 = 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, tj. s gotovo svim kiselinama, osim koncentrirane sumporne i dušične kiseline, dovodi do stvaranja aluminijeve soli odgovarajuće kiseline i plinovitog vodika:

a) 2Al + 3H 2 SO 4 (razrijeđeno) = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2

2AlO + 6H+ = 2Al3+ + 3H2O;

b) 2AI + 6HCl = 2AICl3 + 3H2

s oksidirajućim kiselinama

-koncentrirana sumporna kiselina

Međudjelovanje aluminija s koncentriranom sumpornom kiselinom u normalnim uvjetima i pri niskim temperaturama ne događa se zbog efekta koji se naziva pasivizacija. Kada se zagrijava, 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 od oksidacijskog stanja +6 (u H 2 SO 4) do oksidacijskog stanja -2 (u H 2 S) dolazi zbog vrlo visoke redukcijske sposobnosti aluminija.

- koncentrirana dušična kiselina

Koncentrirano Dušična kiselina u normalnim uvjetima također pasivizira aluminij, što omogućuje njegovo skladištenje u aluminijskim spremnicima. Kao i u slučaju koncentrirane sumporne kiseline, interakcija aluminija s koncentriranom dušičnom kiselinom postaje moguća jakim zagrijavanjem, a pretežno se odvija reakcija:

- razrijeđena dušična kiselina

Interakcija aluminija s razrijeđenom dušičnom kiselinom u usporedbi s koncentriranom dušičnom kiselinom dovodi do produkata dublje redukcije dušika. Umjesto NO, ovisno o stupnju razrjeđenja, mogu nastati N 2 O i NH 4 NO 3:

8Al + 30HNO 3(razrijeđen.) = 8Al(NO 3) 3 +3N 2 O + 15H 2 O

8Al + 30HNO 3 (čisti razrijeđeni) = 8Al (NO 3) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9H 2 O