Взаимодействия алюминия с солью ртути уравнение реакции

Взаимодействия алюминия с солью ртути уравнение реакции

Что же произошло? Алюминий – активный в химическом отношении металл. Обычно он защищен от атмосферного кислорода и влаги тонкой пленкой на его поверхности, содержащей оксидный и молекулярный кислород в сложном химическом сочетании; это не просто оксид алюминия Аl2O3, как это представляли раньше. Обрабатывая алюминий солью ртути, мы разрушаем защитную пленку. Вот как это происходит.

Находясь в растворе нитрата ртути(II), алюминий вытесняет (восстанавливает) из cоли металлическую ртуть:

2Аl + 3Нg(NO3)2 = 3Hg + 2Аl(NО3)3,

На очищенной поверхности ложки появляется тонкий слой амальгамы алюминия (сплава алюминия и ртути). Амальгама не защищает поверхность металла, и он превращается в пушистые хлопья метагидроксида алюминия:

4(Аl, Нg) + 2Н2O + 3O2 = 4АlО(ОН) + 4Нg.

Израсходованный в этой реакции алюминий пополняется новыми порциями растворенного в ртути металла, а выделившаяся ртуть снова «пожирает» алюминий. И вот вместо блестящей ложки на бумаге остаются АlO(ОН) и мельчайшие капельки ртути, потерявшиеся в белых хлопьях метагидроксида алюминия.

Если после раствора нитрата ртути(II) алюминиевую ложку сразу же погрузить в дистиллированную воду, то на поверхности металла появятся пузырьки газа и чешуйки белого вещества. Это водород и метагидроксид алюминия:

2Аl + 4Н2О = 2АlO(ОН) + 3Н2.

Подобным же образом ведет себя алюминий в водном растворе хлорида меди(II) СuCl2. Попробуйте опустить в этот раствор обезжиренную алюминиевую пластинку. Вы увидите образование коричневых хлопьев меди и выделение пузырьков газа. Выделение меди вполне объяснимо: более активный в химическом отношении металл алюминий восстанавливает медь из ее солей:

2Аl + 3СuCl2 = 3Сu + 2АlСl3.

А как объяснить выделение газа? Оказывается, в этом случае тоже разрушается защитная пленка на поверхности алюминия.

Небольшое количество ртути наносится на двутавровую алюминиевую балку. Ртуть заполняет собой крошечные микротрещины на поверхности балки и, вступая в реакцию с алюминием, начинает разрушать ее изнутри.

Механика этого процесса проста, в ходе химической реакции между ртутью и алюминием образуется амальгама (сплав ртути и алюминия в данном случае), которая разрушает оксидную пленку и выталкивает ее с поверхности металла, в результате этого алюминий превращается в белые хлопья метагидроксида алюминия.

Відео YouTube

Воздействие ртути на алюминий

Ртуть и алюминий

Существует много причин, по которым не нужно иметь дело с ртутью ни при каких обстоятельствах. Мало того, что она токсична и может привести к эмоциональным и умственным расстройствам человека, так она еще может привести к разрушению алюминиевой конструкции самолета и авиакатастрофе! Как такое может быть?

Оксид алюминия и железная ржавчина

Алюминий в наше время применяют везде: от пивных банок до самолетов. Дело в том, что алюминий является хорошим выбором между другими материалами для многих ситуаций. Он легкий, прочный и имеет покрытие, сравниться с которым по твердости может только алмаз. Железо – точнее сталь – обладает большой прочностью и пока не заменимо, например, в строительстве. Однако, если заставить это железо-сталь летать на морем каждый день, то оно быстро заржавеет. Когда железо ржавеет, это оно соединяется с кислородом. При этом железо превращается в легкие, красные хлопья, которые легко счищаются с поверхности железа. В отличие от железа алюминий при взаимодействии с кислородом образует оксид алюминия – невероятно твердое вещество, которое очень трудно поцарапать.

То резкое различие поведения железа и алюминия при взаимодействии с кислородом только подтверждает эту мысль, что «химия – это колдовство». Оксид алюминия не отслаивается от алюминия, как ржавчина от железа. Наоборот, пленка из оксида алюминия герметизирует оставшийся алюминий и предотвращает дальнейшее его «ржавление». Это – то, что надо для алюминиевой конструкции, которая летает в воздухе и, часто, над морями-океанами.

Ртуть и свежий алюминий

Ртуть разбивает всю это прекрасное совершенство алюминия. Или, по крайней мере, может разбить, если попадет на алюминиевую деталь со свежей царапиной. Если это случается, то ртуть активно соединяется с алюминием, вырывая для этого его из алюминиевой конструкции. Конечно, когда алюминий и ртутная амальгама попадают на воздух, то алюминий тут же соединяется с кислородом с образованием того же сверхпрочного оксида алюминия. Просто это все происходит не в том месте в виде растущих перьев и столбов, которые поднимаются их жидкой ртути.

Этот выход оксида алюминия из первичной царапины дает ртути возможность прорываться сквозь алюминий до тех пор пока вся ртуть не испарится в воздух. Поэтому даже небольшое количество ртути может причинить большие разрушения.

Как ртуть съедает алюминий

Ну, не на самом деле! Что ртуть действительно делает, так это проникает через защитный оксидный слой алюминия, дает возможность алюминию окисляться с очень большой скоростью. Ртуть дает возможность поверхности алюминия быть в постоянном контакте с воздухом и обеспечивает непрерывный процесс образования оксида алюминия. Это выглядит так, как будто, действительно, ртуть ест алюминий.

Конечно, в нормальных условиях этого не случается, так на открытой поверхности алюминия мгновенно образуется пленка оксида алюминия, которая защищает алюминий от дальнейшего окисления. Ртуть ингибирует процесс образования оксидной пленки и дает эту жутковатую картину поедания алюминия ртутью, которая показана здесь.

Механизм реакции

Механизм реакции алюминия с ртутью весьма сложен. Происходит спонтанная реакция между пленкой ртути, алюминием, влагой и кислородом из воздуха (рисунок). В то время как ртуть не растворяется в алюминии, алюминий незначительно растворяется в ртути (0,002 % при комнатной температуре). Когда ртуть смачивает поверхность алюминия, она поддерживает эту поверхность в активированном состоянии, так на ней не может образовываться оксидный слой. Алюминий будет растворяться в ртути и окисляться в контакте с воздухом [2].

В ходе этой реакции не происходит расхода ртути, поэтому один раз начавшись, она, в принципе, никогда не остановится [2].

Рисунок – Воздействие ртути на алюминий [2]

Химия взаимодействия алюминия и ртути

Если на алюминии отсутствует оксидный слой, то ртуть образует с ним амальгаму – сплав алюминия со ртутью. Свежий алюминий с амальгамой на его поверхности бурно реагирует с влагой в воздухе – реагирует очень активно, особенно в дни с высокой влажностью [3]:

В результате этой реакции алюминия с водой образуется гидроксид алюминия, который растет в виде перьев. До тех пор, пока не закончится весь алюминий или вся ртуть в амальгаме не уйдет с продуктами реакции.

Как и большинство спонтанных процессов, образование гидроксида алюминия является экзотермической реакцией и идет с повышением температуры. Температура быстро достигает максимума, а затем реакция может еще продолжаться несколько часов.

Ртуть на алюминии – оружие диверсантов

Говорят, что во Вторую Мировую войну диверсанты пытались повреждать вражеские самолеты, размазывая по ним ртуть. Более достоверными выглядят истории о том, как кто-то разламывал ртутный термометр на чем-то алюминиевом, например, на алюминиевой скамейке в парке. На следующий день, говорят, можно было видеть огромные дыры, которые ртуть проедала в этой скамейке.

Так или иначе, например, на американских авиалиниях запрещено провозить больше одного бытового ртутного градусника, а другие приборы с ртутью перевозятся с большой осторожностью.

Алюминий. Химия алюминия и его соединений

Бинарные соединения алюминия

Алюминий

Положение в периодической системе химических элементов

Алюминий расположен в главной подгруппе III группы (или в 13 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение алюминия и свойства

Электронная конфигурация алюминия в основном состоянии :

+13Al 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 1s 2s 2p 3s 3p

Электронная конфигурация алюминия в возбужденном состоянии :

+13Al * 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2 1s 2s 2p 3s 3p

Алюминий проявляет парамагнитные свойства. Алюминий на воздухе быстро образует прочные оксидные плёнки, защищающие поверхность от дальнейшего взаимодействия, поэтому устойчив к коррозии.

Физические свойства

Алюминий – лёгкий металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.

Температура плавления 660 о С, температура кипения 1450 о С, плотность алюминия 2,7 г/см 3 .

Алюминий — один из наиболее ценных цветных металлов для вторичной переработки. На протяжении последних лет, цена на лом алюминия в пунктах приема непреклонно растет. По ссылке можно узнать о том, как сдать лом алюминия.

Нахождение в природе

Алюминий — самый распространенный металл в природе, и 3-й по распространенности среди всех элементов (после кислорода и кремния). Содержание в земной коре — около 8%.

В природе алюминий встречается в виде соединений:

Корунд Al₂O₃. Красный корунд называют рубином, синий корунд называют сапфиром.

Способы получения

Алюминий образует прочную химическую связь с кислородом. Поэтому традиционные способы получения алюминия восстановлением из оксида протекают требуют больших затрат энергии. Для промышленного получения алюминия используют процесс Холла-Эру. Для понижения температуры плавления оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите (при температуре 960-970 о С) Na₃AlF₆, а затем подвергают электролизу с углеродными электродами. При растворении в расплаве криолита оксид алюминия распадается на ионы:

На катоде происходит восстановление ионов алюминия:

Катод: Al 3+ +3e → Al 0

На аноде происходит окисление алюминат-ионов:

Суммарное уравнение электролиза расплава оксида алюминия:

Лабораторный способ получения алюминия заключается в восстановлении алюминия из безводного хлорида алюминия металлическим калием:

AlCl₃ + 3K → Al + 3KCl

Качественные реакции

Качественная реакция на ионы алюминия — взаимодействие избытка солей алюминия с щелочами . При этом образуется белый аморфный осадок гидроксида алюминия.

Например , хлорид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия:

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃ + 3NaCl

При дальнейшем добавлении щелочи амфотерный гидроксид алюминия растворяется с образованием тетрагидроксоалюмината:

Обратите внимание , если мы поместим соль алюминия в избыток раствора щелочи, то белый осадок гидроксида алюминия не образуется, т.к. в избытке щелочи соединения алюминия сразу переходят в комплекс:

AlCl₃ + 4NaOH = Na[Al(OH)₄] + 3NaCl

Соли алюминия можно обнаружить с помощью водного раствора аммиака. При взаимодействии растворимых солей алюминия с водным раствором аммиака также в ыпадает полупрозрачный студенистый осадок гидроксида алюминия.

AlCl₃ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3NH₄Cl

Al 3+ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3NH₄ +

Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида алюминия с раствором аммиака можно посмотреть здесь.

Химические свойства

1. Алюминий – сильный восстановитель . Поэтому он реагирует со многими неметаллами .

1.1. Алюминий реагируют с галогенами с образованием галогенидов:

1.2. Алюминий реагирует с серой с образованием сульфидов:

1.3. Алюминий реагируют с фосфором . При этом образуются бинарные соединения — фосфиды:

Al + P → AlP

1.4. С азотом алюминий реагирует при нагревании до 1000 о С с образованием нитрида:

2Al + N₂ → 2AlN

1.5. Алюминий реагирует с углеродом с образованием карбида алюминия:

1.6. Алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

Видеоопыт взаимодействия алюминия с кислородом воздуха (горение алюминия на воздухе) можно посмотреть здесь.

2. Алюминий взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Реагирует ли алюминий с водой? Ответ на этот вопрос вы без труда найдете, если покопаетесь немного в своей памяти. Наверняка хотя бы раз в жизни вы встречались с алюминиевыми кастрюлями или алюминиевыми столовыми приборами. Такой вопрос я любил задавать студентам на экзаменах. Что самое удивительное, ответы я получал разные — у кого-то алюминий таки реагировал с водой. И очень, очень многие сдавались после вопроса: «Может быть, алюминий реагирует с водой при нагревании?» При нагревании алюминий реагировал с водой уже у половины респондентов))

Тем не менее, несложно понять, что алюминий все-таки с водой в обычных условиях (да и при нагревании) не взаимодействует. И мы уже упоминали, почему: из-за образования оксидной пленки . А вот если алюминий очистить от оксидной пленки (например, амальгамировать), то он будет взаимодействовать с водой очень активно с образованием гидроксида алюминия и водорода:

2Al 0 + 6 H₂ + O → 2 Al +3 ( OH)₃ + 3 H₂ 0

Амальгаму алюминия можно получить, выдержав кусочки алюминия в растворе хлорида ртути ( II ):

3HgCl₂ + 2Al → 2AlCl₃ + 3Hg

Видеоопыт взаимодействия амальгамы алюминия с водой можно посмотреть здесь.

2.2. Алюминий взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой). При этом образуются соль и водород.

Например , алюминий бурно реагирует с соляной кислотой :

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑

2.3. При обычных условиях алюминий не реагирует с концентрированной серной кислотой из-за пассивации – образования плотной оксидной пленки. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат алюминия и вода:

2.4. Алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации.

С разбавленной азотной кислотой алюминий реагирует с образованием молекулярного азота:

При взаимодействии алюминия в виде порошка с очень разбавленной азотной кислотой может образоваться нитрат аммония:

2.5. Алюминий – амфотерный металл, поэтому он взаимодействует с щелочами . При взаимодействии алюминия с раствором щелочи образуется тетрагидроксоалюминат и водород:

2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂ ↑

Видеоопыт взаимодействия алюминия со щелочью и водой можно посмотреть здесь.

Алюминий реагирует с расплавом щелочи с образованием алюмината и водорода:

2Al + 6NaOH → 2Na₃AlO₃ + 3H₂ ↑

Эту же реакцию можно записать в другом виде (в ЕГЭ рекомендую записывать реакцию именно в таком виде):

2Al + 6NaOH → 2NaAlO₂ + 3H₂↑ + 2Na₂O

2.6. Алюминий восстанавливает менее активные металлы из оксидов . Процесс восстановления металлов из оксидов называется алюмотермия .

Например , алюминий вытесняет медь из оксида меди (II). Реакция очень экзотермическая:

2Al + 3CuO → 3Cu + Al₂O₃

Еще пример : алюминий восстанавливает железо из железной окалины, оксида железа (II, III):

Восстановительные свойства алюминия также проявляются при взаимодействии его с сильными окислителями: пероксидом натрия, нитратами и нитритами в щелочной среде, перманганатами, соединениями хрома (VI):