Reakcija aluminija z razredčeno dušikovo kislino. Kemijske reakcije aluminija. Aluminij in halogeni

Aluminij je amfoterna kovina. Elektronska konfiguracija atom aluminija 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Tako ima na svoji zunanji elektronski plasti tri valenčne elektrone: 2 na podravni 3s in 1 na podravni 3p. Zaradi te strukture so zanj značilne reakcije, pri katerih atom aluminija izgubi tri elektrone iz zunanji nivo in pridobi oksidacijsko stanje +3. Aluminij je visoko aktivna kovina in kaže zelo močno obnovitvene lastnosti.

Interakcija aluminija s preprostimi snovmi

s kisikom

Ko absolutno čisti aluminij pride v stik z zrakom, atomi aluminija, ki se nahajajo v površinskem sloju, takoj interagirajo s kisikom v zraku in tvorijo tanek, več deset atomskih plasti debel, trpežen oksidni film sestave Al 2 O 3, ki ščiti aluminij pred nadaljnja oksidacija. Prav tako ni mogoče oksidirati velikih vzorcev aluminija niti pri zelo visoke temperature. Vendar pa fin aluminijev prah zlahka gori v plamenu gorilnika:

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3

s halogeni

Aluminij zelo burno reagira z vsemi halogeni. Tako pride do reakcije med mešanim prahom aluminija in joda že pri sobni temperaturi po dodatku kapljice vode kot katalizatorja. Enačba za interakcijo joda z aluminijem:

2Al + 3I 2 =2AlI 3

Aluminij brez segrevanja reagira tudi z bromom, ki je temno rjava tekočina. Dovolj je samo dodati vzorec aluminija v tekoči brom: takoj se začne burna reakcija s sproščanjem velika količina toplota in svetloba:

2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3

Do reakcije med aluminijem in klorom pride, ko v bučko, napolnjeno s klorom, dodamo segreto aluminijasto folijo ali fin aluminijev prah. Aluminij učinkovito gori v kloru po enačbi:

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3

z žveplom

Pri segrevanju na 150-200 o C ali po vžigu mešanice aluminija v prahu in žvepla se intenzivno eksotermna reakcija z lahkim sproščanjem:

— sulfid aluminij

z dušikom

Ko aluminij reagira z dušikom pri temperaturi približno 800 o C, nastane aluminijev nitrid:

z ogljikom

Pri temperaturi približno 2000 o C aluminij reagira z ogljikom in tvori aluminijev karbid (metanid), ki vsebuje ogljik v oksidacijskem stanju -4, tako kot v metanu.

Interakcija aluminija s kompleksnimi snovmi

z vodo

Kot je navedeno zgoraj, stabilen in trajen oksidni film Al 2 O 3 preprečuje oksidacijo aluminija na zraku. Isti zaščitni oksidni film naredi aluminij inerten proti vodi. Pri odstranjevanju zaščitne oksidne folije s površine z metodami, kot je obdelava z vodnimi raztopinami alkalij, amonijevega klorida ali živosrebrovih soli (amalgiacija), začne aluminij močno reagirati z vodo, da nastane aluminijev hidroksid in vodikov plin:

s kovinskimi oksidi

Po vžigu zmesi aluminija z oksidi manj aktivnih kovin (desno od aluminija v nizu aktivnosti) se začne izjemno burna, zelo eksotermna reakcija. Tako se v primeru interakcije aluminija z železovim (III) oksidom razvije temperatura 2500-3000 o C. Kot rezultat te reakcije nastane staljeno železo visoke čistosti:

2AI + Fe 2 O 3 = 2Fe + Al 2 O 3

Ta metoda pridobivanje kovin iz njihovih oksidov z redukcijo z aluminijem imenujemo aluminotermija oz aluminotermija.

z neoksidirajočimi kislinami

Interakcija aluminija z neoksidirajočimi kislinami, tj. skoraj vse kisline, razen koncentrirane žveplove in dušikove kisline, povzročijo nastanek aluminijeve soli ustrezne kisline in vodikovega plina:

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

2Al 0 + 6H + = 2Al 3+ + 3H 2 0;

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

z oksidacijskimi kislinami

- koncentrirana žveplova kislina

Interakcija aluminija s koncentrirano žveplovo kislino pri normalnih pogojih, kot tudi nizke temperature ne pride zaradi učinka, imenovanega pasivizacija. Pri segrevanju je reakcija možna in vodi do tvorbe aluminijevega sulfata, vode in vodikovega sulfida, ki nastane kot posledica redukcije žvepla, ki je del žveplove kisline:

Tako globoka redukcija žvepla od oksidacijskega stanja +6 (v H 2 SO 4) do oksidacijskega stanja -2 (v H 2 S) nastane zaradi zelo visoke redukcijske sposobnosti aluminija.

- koncentrirana dušikova kislina

V normalnih pogojih koncentrirana dušikova kislina tudi pasivizira aluminij, zaradi česar ga je mogoče skladiščiti v aluminijastih posodah. Tako kot v primeru koncentriranega žvepla, interakcija aluminija s koncentriranim dušikova kislina postane možno z močnim segrevanjem, reakcija pa poteka predvsem:

- razredčena dušikova kislina

Interakcija aluminija z razredčeno dušikovo kislino v primerjavi s koncentrirano dušikovo kislino vodi do produktov globlje redukcije dušika. Namesto NO, odvisno od stopnje razredčitve, lahko nastaneta N 2 O in NH 4 NO 3:

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

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

z alkalijami

Aluminij reagira z vodnimi raztopinami alkalij:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2

in s čistimi alkalijami med taljenjem:

V obeh primerih se reakcija začne z raztapljanjem zaščitne folije aluminijevega oksida:

Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na

Al 2 O 3 + 2NaOH = 2NaAlO 2 + H 2 O

V primeru vodne raztopine začne aluminij, očiščen zaščitnega oksidnega filma, reagirati z vodo po enačbi:

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2

Nastali aluminijev hidroksid, ki je amfoteren, reagira z vodno raztopino natrijevega hidroksida, da nastane topen natrijev tetrahidroksoaluminat:

Al(OH) 3 + NaOH = Na

1) Silicij je bil sežgan v atmosferi klora. Nastali klorid smo obdelali z vodo. Izpuščeno oborino smo kalcinirali. Nato so ga spojili s kalcijevim fosfatom in premogom. Zapišite enačbe za štiri opisane reakcije.

2) Plin, ki ga dobimo pri obdelavi kalcijevega nitrida z vodo, spustimo čez vroč prah bakrovega(II) oksida. Posledično trdna raztopimo v koncentrirani dušikovi kislini, raztopino uparimo in nastali trden ostanek kalciniramo. Zapišite enačbe za štiri opisane reakcije.

3) Določeno količino železovega(II) sulfida smo razdelili na dva dela. Eden od njih je bil obdelan s klorovodikovo kislino, drugi pa žgan v zraku. Ko so sproščeni plini medsebojno delovali, je nastala enostavna snov rumena. Nastalo snov smo segreli s koncentrirano dušikovo kislino in sprostil se je rjav plin. Napišite enačbe za štiri opisane reakcije.

4) Pri interakciji aluminijevega oksida z dušikovo kislino nastane sol. Sol je bila posušena in žgana. Trden ostanek, ki je nastal med žganjem, smo podvrgli elektrolizi v staljenem kriolitu. Z elektrolizo pridobljeno kovino smo segreli s koncentrirano raztopino kalijevega nitrata in kalijevega hidroksida, pri čemer se je sprostil plin z ostrim vonjem. Napišite enačbe za štiri opisane reakcije.

5) Kromov(VI) oksid reagira s kalijevim hidroksidom. Nastalo snov smo obdelali z žveplovo kislino in iz nastale raztopine izolirali sol oranžna barva. To sol smo obdelali z bromovodikovo kislino. Nastala enostavna snov je reagirala z vodikovim sulfidom. Napišite enačbe za štiri opisane reakcije.

6) Magnezijev prah smo segrevali v atmosferi dušika. Ko je nastala snov delovala z vodo, se je sprostil plin. Plin je bil prepuščen vodna raztopina kromov(III) sulfat, kar povzroči nastanek sive oborine. Oborino smo ločili in obdelali s segrevanjem z raztopino vodikovega peroksida in kalijevega hidroksida. Napišite enačbe za štiri opisane reakcije.

7) Amoniak smo spustili skozi bromovodikovo kislino. Nastali raztopini smo dodali raztopino srebrovega nitrata. Nastalo oborino smo ločili in segrevali s cinkovim prahom. Kovina, ki je nastala med reakcijo, je bila izpostavljena koncentrirani raztopini žveplove kisline, ki je sprostila plin z ostrim vonjem. Napišite enačbe za štiri opisane reakcije.

8) Kalijev klorat smo segrevali v prisotnosti katalizatorja in se ločil brezbarven plin. Železov oksid je nastal s sežiganjem železa v atmosferi tega plina. Raztopili so ga v presežku klorovodikove kisline. Nastali raztopini dodamo raztopino, ki vsebuje natrijev dikromat in klorovodikovo kislino. Napišite enačbe za štiri opisane reakcije.

9) Natrij smo segrevali v atmosferi vodika. Ko smo nastali snovi dodali vodo, smo opazili razvijanje plina in nastanek bistre raztopine. Skozi to raztopino smo spustili rjavi plin, ki je nastal kot posledica interakcije bakra s koncentrirano raztopino dušikove kisline. Napišite enačbe za štiri opisane reakcije.

10) Aluminij je reagiral z raztopino natrijevega hidroksida. Sproščeni plin smo spustili čez segret prah bakrovega(II) oksida. Nastalo preprosto snov smo raztopili s segrevanjem v koncentrirani žveplovi kislini. Nastalo sol smo izolirali in dodali raztopini kalijevega jodida. Napišite enačbe za štiri opisane reakcije.

11) Izvedena elektroliza raztopine natrijevega klorida. Nastali raztopini dodamo železov(III) klorid. Nastalo oborino smo filtrirali in kalcinirali. Trdni ostanek smo raztopili v jodovodikovi kislini. Napišite enačbe za štiri opisane reakcije.

12) Raztopini natrijevega hidroksida smo dodali aluminijev prah. Skozi raztopino smo spustili presežek nastale snovi ogljikov dioksid. Nastalo oborino smo ločili in kalcinirali. Nastali produkt smo spojili z natrijevim karbonatom. Napišite enačbe za štiri opisane reakcije.

Aluminij – uničenje kovine pod vplivom okolja.

Za reakcijo Al 3+ +3e → Al je standardni elektrodni potencial aluminija -1,66 V.

Tališče aluminija je 660 °C.

Gostota aluminija je 2,6989 g/cm 3 (pri normalnih pogojih).

Čeprav je aluminij aktivna kovina, ima dokaj dobre korozijske lastnosti. To je mogoče pojasniti s sposobnostjo pasiviranja v številnih agresivnih okoljih.

Odpornost aluminija proti koroziji je odvisna od številnih dejavnikov: čistosti kovine, korozivnega okolja, koncentracije agresivnih nečistoč v okolju, temperature itd. pH raztopin ima močan vpliv. Aluminijev oksid se tvori na kovinski površini le v območju pH od 3 do 9!

Na korozijsko odpornost Al močno vpliva njegova čistost. Za izdelavo kemičnih enot in opreme se uporablja samo kovina visoke čistosti (brez nečistoč), na primer aluminij AB1 in AB2.

Korozije aluminija ne opazimo le v tistih okoljih, kjer se na površini kovine tvori zaščitni oksidni film.

Pri segrevanju lahko aluminij reagira z nekaterimi nekovinami:

2Al + N 2 → 2AlN – interakcija aluminija in dušika s tvorbo aluminijevega nitrida;

4Al + 3C → Al 4 C 3 – reakcija aluminija z ogljikom, da nastane aluminijev karbid;

2Al + 3S → Al 2 S 3 – interakcija aluminija in žvepla s tvorbo aluminijevega sulfida.

Korozija aluminija na zraku (atmosferska korozija aluminija)

Aluminij pri interakciji z zrakom postane pasiven. Ko čista kovina pride v stik z zrakom, se na površini aluminija takoj pojavi tanek zaščitni film iz aluminijevega oksida. Nadalje se rast filma upočasni. Formula aluminijevega oksida je Al 2 O 3 ali Al 2 O 3 H 2 O.

Reakcija aluminija s kisikom:

4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3.

Debelina tega oksidnega filma je od 5 do 100 nm (odvisno od delovnih pogojev). Aluminijev oksid ima dober oprijem na površino in izpolnjuje pogoj kontinuitete oksidnih filmov. Ko je shranjen v skladišču, je debelina aluminijevega oksida na kovinski površini približno 0,01 - 0,02 mikrona. Pri interakciji s suhim kisikom - 0,02 - 0,04 mikronov. Pri toplotni obdelavi aluminija lahko debelina oksidnega filma doseže 0,1 mikrona.

Aluminij je precej odporen tako v čistem podeželskem zraku kot v industrijski atmosferi (ki vsebuje žveplove hlape, vodikov sulfid, plin amoniak, suh vodikov klorid itd.). Ker za korozijo aluminija plinska okoljažveplove spojine nimajo nobenega učinka - uporablja se za proizvodnjo obratov za predelavo kisle surove nafte in naprav za vulkanizacijo gume.

Korozija aluminija v vodi

Pri interakciji s čisto, svežo, destilirano vodo skoraj ni opaziti korozije aluminija. Zvišanje temperature na 180 °C nima posebnega učinka. Vroča vodna para tudi ne vpliva na korozijo aluminija. Če vodi dodate malo alkalije, tudi pri sobni temperaturi, se bo stopnja korozije aluminija v takem okolju nekoliko povečala.

Interakcija čistega aluminija (brez oksidnega filma) z vodo je mogoče opisati z reakcijsko enačbo:

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2.

Pri interakciji z morska vodačisti aluminij začne korodirati, ker... občutljiv na raztopljene soli. Za uporabo aluminija v morski vodi se njegovi sestavi doda majhna količina magnezija in silicija. Korozijska odpornost aluminija in njegovih zlitin, ko so izpostavljeni morska voda, se znatno zmanjša, če kovina vsebuje baker.

Korozija aluminija v kislinah

Z večanjem čistosti aluminija se povečuje njegova odpornost na kisline.

Korozija aluminija v žveplovi kislini

Zelo nevarno za aluminij in njegove zlitine žveplova kislina(ima oksidativne lastnosti) srednjih koncentracij. Reakcija z razredčeno žveplovo kislino je opisana z enačbo:

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

Koncentrirana hladna žveplova kislina nima učinka. In pri segrevanju aluminij korodira:

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

To ustvarja topna sol- aluminijev sulfat.

Al je stabilen v oleumu (kapeča žveplova kislina) pri temperaturah do 200 °C. Zaradi tega se uporablja za proizvodnjo klorosulfonske kisline (HSO 3 Cl) in oleuma.

Korozija aluminija v klorovodikovi kislini

IN klorovodikova kislina aluminij ali njegove zlitine se hitro raztopijo (zlasti pri povišani temperaturi). Enačba korozije:

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2.

Podobno delujejo raztopine bromovodikove (HBr) in fluorovodikove (HF) kisline.

Korozija aluminija v dušikovi kislini

Koncentrirana raztopina dušikove kisline ima visoke oksidacijske lastnosti. Aluminij v dušikovi kislini pri normalnih temperaturah je izjemno odporen (odpornost je višja kot pri nerjavnem jeklu 12Х18Н9). Uporablja se celo za proizvodnjo koncentrirane dušikove kisline z neposredno sintezo.

Pri segrevanju korozija aluminija v dušikovi kislini poteka po reakciji:

Al + 6HNO 3 (konc) → Al(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O.

Korozija aluminija v ocetni kislini

Aluminij je precej odporen na ocetno kislino vseh koncentracij, vendar le, če temperatura ne presega 65 °C. Uporablja se za proizvodnjo formaldehida in ocetne kisline. Pri višjih temperaturah se aluminij raztopi (z izjemo kislinskih koncentracij 98 - 99,8 %).

Aluminij je stabilen v bromovih in šibkih raztopinah kromove (do 10%), fosforjeve (do 1%) kisline pri sobni temperaturi.

Citronska, maslena, jabolčna, vinska, propionska kislina, vino in sadni sokovi slabo vplivajo na aluminij in njegove zlitine.

Oksalna, mravljinčna in organoklorna kislina uničujejo kovino.

Na korozijsko odpornost aluminija močno vplivata para in tekoče živo srebro. Po kratkem stiku kovina in njene zlitine intenzivno korodirajo in tvorijo amalgame.

Korozija aluminija v alkalijah

Alkalije zlahka raztopijo zaščitni oksidni film na površini aluminija, začne reagirati z vodo, zaradi česar se kovina raztopi s sproščanjem vodika (korozija aluminija z depolarizacijo vodika).

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2;

2(NaOHH 2 O) + 2Al → 2NaAlO 2 + 3H 2.

Nastanejo aluminati.

Poleg tega oksidni film uničijo ioni živega srebra, bakra in klora.