Алюмінія – руйнування металу під впливом довкілля.
Для реакції Al 3+ +3e → Al стандартний електродний потенціал алюмінію становить -1,66.
Температура плавлення алюмінію – 660 °C.
Щільність алюмінію – 2,6989 г/см 3 (за нормальних умов).
Алюміній, хоч і є активним металом, відрізняється досить добрими корозійними властивостями. Це можна пояснити здатністю пасивуватися у багатьох агресивних середовищах.
Корозійна стійкість алюмінію залежить від багатьох факторів: чистоти металу, корозійного середовища, концентрації агресивних домішок у середовищі, температури тощо. Сильне впливає рН розчинів. Оксид алюмінію на поверхні металу утворюється лише в інтервалі рН від 3 до 9!
Дуже сильно впливає корозійну стійкість Al його чистота. Для виготовлення хімічних агрегатів обладнання використовують тільки метал високої чистоти (без домішок), наприклад алюміній марки АВ1 і АВ2.
Корозія алюмінію немає тільки в тих середовищах, де на поверхні металу утворюється захисна оксидна плівка.
При нагріванні алюміній може реагувати з деякими неметалами:
2Al + N 2 → 2AlN – взаємодія алюмінію та азоту з утворенням нітриду алюмінію;
4Al + 3С → Al 4 З 3 – реакція взаємодії алюмінію з вуглецем з утворенням карбіду алюмінію;
2Al + 3S → Al 2 S 3 – взаємодія алюмінію та сірки з утворенням сульфіду алюмінію.
Корозія алюмінію на повітрі (атмосферна корозія алюмінію)
Алюміній при взаємодії з повітрям перетворюється на пасивний стан. При дотику чистого металу з повітрям поверхні алюмінію миттєво з'являється тонка захисна плівка оксиду алюмінію. Далі зростання плівки сповільнюється. Формула оксиду алюмінію – Al 2 O 3 чи Al 2 O 3 H 2 O.
Реакція взаємодії алюмінію з киснем:
4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3 .
Товщина цієї оксидної плівки становить від 5 до 100 нм (залежно від умов експлуатації). Оксид алюмінію має гарне зчеплення з поверхнею, задовольняє умову суцільності оксидних плівок. При зберіганні складі, товщина оксиду алюмінію лежить на поверхні металу становить близько 0,01 – 0,02 мкм. При взаємодії із сухим киснем – 0,02 – 0,04 мкм. При термічній обробці алюмінію товщина оксидної плівки може досягати 0,1 мкм.
Алюміній досить стійкий як на чистому сільському повітрі, так і перебуваючи в промисловій атмосфері (що містить пари сірки, сірководень, газоподібний аміак, сухий хлороводень тощо). Т.к. на корозію алюмінію в газових середовищах не впливають сірчисті з'єднання – його застосовують виготовлення установок переробки сірчистої нафти, апаратів вулканізації каучуку.
Корозія алюмінію у воді
Корозія алюмінію майже не спостерігається при взаємодії із чистою прісною, дистильованою водою. Підвищення температури до 180 ° С особливого впливу не має. Гаряча водяна пара на корозію алюмінію впливу також не надає. Якщо у воду, навіть за кімнатної температури, додати трохи лугу – швидкість корозії алюмінію в такому середовищі трохи збільшиться.
Взаємодія чистого алюмінію (не покритого оксидною плівкою) з водою можна описати за допомогою рівняння реакції:
2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 .
При взаємодії із морською водою чистий алюміній починає корродировать, т.к. чутливий до розчинених солей. Для експлуатації алюмінію в морській воді до його складу вводять невелику кількість магнію та кремнію. Корозійна стійкість алюмінію та його сплавів, при впливі морської води, значно знижується, якщо до складу металу входитиме мідь.
Корозія алюмінію в кислотах
З підвищенням чистоти алюмінію його стійкість у кислотах збільшується.
Корозія алюмінію у сірчаній кислоті
Для алюмінію та його сплавів дуже небезпечна сірчана кислота (має окисними властивостями) середніх концентрацій. Реакція з розведеною сірчаною кислотою описується рівнянням:
2Al + 3H 2 SO 4 (розб) → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 .
Концентрована холодна сірчана кислота не впливає. А при нагріванні алюміній корродує:
2Al + 6H 2 SO 4 (конц) → Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.
При цьому утворюється розчинна сіль – сульфат алюмінію.
Al стійок в олеумі (димна сірчана кислота) при температурах до 200 °С. Завдяки цьому його використовують для виробництва хлорсульфонової кислоти (HSO 3 Cl) та олеуму.
Корозія алюмінію в соляній кислоті
У соляній кислоті алюміній або його метали швидко розчиняються (особливо при підвищенні температури). Рівняння корозії:
2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2 .
Аналогічно діють розчини бромистоводневої (HBr), плавикової (HF) кислот.
Корозія алюмінію в азотній кислоті
Концентрований розчин азотної кислоти відрізняється високими окисними властивостями. Алюміній в азотній кислоті за нормальної температури виключно стійкий (стійкість вища, ніж у нержавіючої сталі 12Х18Н9). Його навіть використовують для виробництва концентрованої азотної кислоти методом прямого синтезу
При нагріванні корозію алюмінію в азотній кислоті проходить реакції:
Al + 6HNO 3 (конц) → Al (NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O.
Корозія алюмінію в оцтовій кислоті
Алюміній має досить високу стійкість до впливу оцтової кислоти будь-яких концентрацій, але якщо температура не перевищує 65 °С. Його використовують для виробництва формальдегіду та оцтової к-ти. За більш високих температур алюміній розчиняється (виняток становлять концентрації кислоти 98 – 99,8%).
У бромової, слабких розчинах хромової (до 10%), фосфорної (до 1%) кислот при кімнатній температурі алюміній стійкий.
Слабкий вплив на алюміній та його сплави мають лимонна, масляна, яблучна, винна, пропіонова кислоти, вино, фруктові соки.
Щавлева, мурашина, хлорорганічні кислоти руйнують метал.
На корозійну стійкість алюмінію дуже сильно впливає пароподібна та крапельнорідка ртуть. Після недовгого контакту метал та його сплави інтенсивно корродирують, утворюючи амальгами.
Корозія алюмінію в лугах
Луги легко розчиняють захисну оксидну плівку на поверхні алюмінію, він починає реагувати з водою, внаслідок чого метал розчиняється із виділенням водню (корозія алюмінію з водневою деполяризацією).
2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2;
2(NaOH H 2 O) + 2Al → 2NaAlO 2 + 3H 2 .
Утворюються алюмінати.
Також оксидну плівку руйнують солі ртуті, міді та іони хлору.
1) Кремній спалили у атмосфері хлору. Отриманий хлорид обробили водою. Осад, що виділився при цьому, прожарили. Потім сплавили з фосфатом кальцію та вугіллям. Складіть рівняння чотирьох описаних реакцій.
2) Газ, отриманий під час обробки нітриду кальцію водою, пропустили над розпеченим порошком оксиду міді(II). Отримане при цьому тверда речовинарозчинили в концентрованій азотній кислоті, розчин випарили, а отриманий твердий залишок прожарили. Складіть рівняння чотирьох описаних реакцій.
3) Деяку кількість сульфіду заліза (II) поділили на дві частини. Одну з них обробили соляною кислотою, а іншу випалили на повітрі. При взаємодії газів, що виділилися, утворилася проста речовина жовтого кольору. Отриману речовину нагріли з концентрованою азотною кислотою, виділився при цьому бурий газ. Напишіть рівняння чотирьох описаних реакцій.
4) При взаємодії оксиду алюмінію з азотною кислотою утворилася сіль. Сіль висушили та прожарили. Твердий залишок, що утворився при прожарюванні, піддали електролізу в розплавленому кріоліті. Отриманий при електролізі метал нагріли з концентрованим розчином, що містить нітрат калію та гідроксид калію, при цьому виділився газ із різким запахом. Напишіть рівняння чотирьох описаних реакцій.
5) Оксид хрому (VI) прореагував з гідроксидом калію. Отриману речовину обробили сірчаною кислотою, з розчину, що утворився, виділили сіль оранжевого кольору. Цю сіль обробили бромоводневою кислотою. Отримана проста речовина вступила в реакцію із сірководнем. Напишіть рівняння чотирьох описаних реакцій.
6) Порошок магнію нагріли у атмосфері азоту. При взаємодії одержаної речовини з водою виділився газ. Газ пропустили через водний розчин сульфату хрому(III), у результаті утворився сірий осад. Осад відділили та обробили при нагріванні розчином, що містить пероксид водню та гідроксид калію. Напишіть рівняння чотирьох описаних реакцій.
7) Аміак пропустили через бромоводневу кислоту. До отриманого розчину додали розчин нітрату срібла. Осад, що випав, відділили і нагріли з порошком цинку. На метал, що утворився в ході реакції, подіяли концентрованим розчином сірчаної кислоти, при цьому виділився газ з різким запахом. Напишіть рівняння чотирьох описаних реакцій.
8) Хлорат калію нагріли у присутності каталізатора, у своїй виділився безбарвний газ. Спалюванням заліза в атмосфері цього газу було отримано залізну окалину. Її розчинили у надлишку соляної кислоти. До отриманого розчину додали розчин, що містить дихромат натрію і соляну кислоту. Напишіть рівняння чотирьох описаних реакцій.
9) Натрій нагріли у атмосфері водню. При додаванні до отриманої речовини води спостерігали виділення газу та утворення прозорого розчину. Через цей розчин пропустили бурий газ, отриманий в результаті взаємодії міді з концентрованим розчином азотної кислоти. Напишіть рівняння чотирьох описаних реакцій.
10) Алюміній прореагував із розчином гідроксиду натрію. Газ, що виділився, пропустили над нагрітим порошком оксиду міді(II). Просту речовину, що утворилася, розчинили при нагріванні в концентрованій сірчаній кислоті. Отриману сіль виділили та додали до розчину йодиду калію. Напишіть рівняння чотирьох описаних реакцій.
11) Провели електроліз розчину натрію хлориду. До одержаного розчину додали хлорид заліза(III). Осад, що випав, відфільтрували і прожарили. Твердий залишок розчинили у йодоводородній кислоті. Напишіть рівняння чотирьох описаних реакцій.
12) До розчину натрію гідроксиду додали порошок алюмінію. Через розчин одержаної речовини пропустили надлишок вуглекислого газу. Осад, що випав, відділили і прожарили. Отриманий продукт сплавили з натрію карбонатом. Напишіть рівняння чотирьох описаних реакцій.
Алюміній – амфотерний метал. Електронна конфігурація атома алюмінію 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Таким чином, на зовнішньому електронному шарі у нього знаходяться три валентні електрони: 2 — на 3s- і 1 — на 3p-підрівні. У зв'язку з такою будовою для нього характерні реакції, внаслідок яких атом алюмінію втрачає три електрони. зовнішнього рівняі набуває ступеня окиснення +3. Алюміній є високоактивним металом та виявляє дуже сильні відновлювальні властивості.
Взаємодія алюмінію із простими речовинами
з киснем
При контакті абсолютно чистого алюмінію з повітрям атоми алюмінію, що знаходяться в поверхневому шарі, миттєво взаємодіють з киснем повітря і утворюють найтоншу, товщиною кілька десятків атомарних шарів, міцну оксидну плівку складу Al 2 O 3 , яка захищає алюміній від подальшого окислення. Неможливе й окислення великих зразків алюмінію навіть за дуже високих температур. Тим не менш, дрібнодисперсний порошок алюмінію досить легко згорає в полум'ї пальника.
4Аl + 3О 2 = 2Аl 2 Про 3
з галогенами
Алюміній дуже активно реагує з усіма галогенами. Так, реакція між перемішаними порошками алюмінію та йоду протікає вже при кімнатній температурі після додавання краплі води як каталізатор. Рівняння взаємодії йоду з алюмінієм:
2Al + 3I 2 =2AlI 3
З бромом, що є темно-бурою рідиною, алюміній також реагує без нагрівання. Зразок алюмінію досить просто внести в рідкий бром: відразу починається бурхлива реакція з виділенням великої кількості тепла і світла:
2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
Реакція між алюмінієм і хлором протікає при внесенні нагрітої алюмінієвої фольги або порошку дрібнодисперсного алюмінію в заповнену хлором колбу. Алюміній ефектно згорає в хлорі відповідно до рівняння:
2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3
із сірою
При нагріванні до 150-200 о С або після запалення суміші порошкоподібних алюмінію та сірки між ними починається інтенсивна екзотермічна реакція з виділенням світла:
— сульфід алюмінію
з азотом
При взаємодії алюмінію з азотом при температурі близько 800 o C утворюється нітрид алюмінію:
з вуглецем
При температурі близько 2000 o C алюміній взаємодіє з вуглецем і утворює карбід (метанід) алюмінію, що містить вуглець у ступені окислення -4, як у метані.
Взаємодія алюмінію зі складними речовинами
з водою
Як було зазначено вище, стійка і міцна оксидна плівка з Al 2 O 3 дає алюмінію окислятися повітря. Ця захисна оксидна плівка робить алюміній інертним і по відношенню до води. При знятті захисної плівки з поверхні такими методами, як обробка водними розчинами лугу, хлориду амонію або солей ртуті (амальгування), алюміній починає енергійно реагувати з водою з утворенням гідроксиду алюмінію та газоподібного водню:
з оксидами металів
Після запалювання суміші алюмінію з оксидами менш активних металів (правіше алюмінію в ряду активності) починається дуже бурхлива сильно-екзотермічна реакція. Так, у разі взаємодії алюмінію з оксидом заліза (III) розвивається температура 2500-3000 о С. В результаті цієї реакції утворюється високочисте розплавлене залізо:
2AI + Fe 2 O 3 = 2Fe + Аl 2 Про 3
Даний метод отримання металів з їх оксидів шляхом відновлення алюмінієм називається алюмотермієюабо алюмінотермією.
з кислотами-неокислювачами
Взаємодія алюмінію із кислотами-неокислювачами, тобто. практично всіма кислотами, крім концентрованої сірчаної та азотної кислот, призводить до утворення солі алюмінію відповідної кислоти та газоподібного водню:
а) 2Аl + 3Н 2 SO 4(розб.) = Аl 2 (SO 4) 3 + 3H 2
2Аl 0 + 6Н + = 2Аl 3+ + 3H 2 0;
б) 2AI + 6HCl = 2AICl 3 + 3H 2
з кислотами-окислювачами
-концентрованою сірчаною кислотою
Взаємодія алюмінію з концентрованою сірчаною кислотою у звичайних умовах, а також низьких температурах не відбувається через ефект, званий пасивацією. При нагріванні реакція можлива і призводить до утворення сульфату алюмінію, води та сірководню, що утворюється внаслідок відновлення сірки, що входить до складу сірчаної кислоти:
Таке глибоке відновлення сірки зі ступеня окиснення +6 (H 2 SO 4) до ступеня окиснення -2 (H 2 S) відбувається завдяки дуже високої відновлювальної здатності алюмінію.
- Концентрованою азотною кислотою
Концентрована азотна кислотау звичайних умовах також пасивує алюміній, що уможливлює її зберігання в алюмінієвих ємностях. Так само, як і у випадку з концентрованою сірчаною, взаємодія алюмінію з концентрованою азотною кислотою стає можливою при сильному нагріванні, при цьому переважно протікає реакція:
- розведеною азотною кислотою
Взаємодія алюмінію з розведеною порівняно з концентрованою азотною кислотою призводить до продуктів глибшого відновлення азоту. Замість NO залежно від ступеня розведення можуть утворюватися N 2 O та NH 4 NO 3:
8Al + 30HNO 3(розб.) = 8Al(NO 3) 3 +3N 2 O + 15H 2 O
8Al + 30HNO 3(оч. розб) = 8Al(NO 3) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9H 2 O
зі лугами
Алюміній реагує як з водними розчинами лугів:
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2
так і з чистими лугами при сплавленні:
В обох випадках реакція починається із розчинення захисної плівки оксиду алюмінію:
Аl 2 Про 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na
Аl 2 Про 3 + 2NaOH = 2NaAlO 2 + Н 2 О
У разі водного розчину алюміній, очищений від захисної плівки, починає реагувати з водою за рівнянням:
2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2
гідроксид алюмінію, що утворюється, будучи амфотерним, реагує з водним розчиномгідроксиду натрію з утворенням розчинного тетрагідроксоалюмінату натрію:
Al(OH) 3 + NaOH = Na
