Предыстория

Идея провести такой эксперимент возникла неожиданно (от слова "совсем") - в результате проведения совсем других опытов. Сначала я растворил образец сплава никель-фосфор в азотной кислоте. Образовался раствор, который содержал продукты реакции: нитрат никеля и фосфорную кислоту. Дальше возникла идея провести качественные реакции на никель и анион фосфата в растворе - ничего необычного. Реакция на никель (с диметилглиокисмом и аммиаком) получилась и прошла штатно. Как провести качественную реакцию на фосфат? Есть разные варианты, но, исходя из имеющихся под рукой реактивов, я выбрал реакцию фосфата с молибдатом аммония в присутствии азотной кислоты - должен был выпасть желтый осадок или появиться желтый цвет раствора (если фосфата мало). Но реакция не удалась: осадок не образовался, а различить желтый цвет раствора визуально не удалось, т.к. раствор был окрашен в зеленый цвет катионами никеля.

Раз так, решил провести эту реакцию просто с фосфорной кислотой, взятой из бутылки - тоже не получилось. Такой результат меня сильно озадачил. Возникло подозрение, что в бутылочке с молибдатом аммония совсем не молибдат. Это было бы не страшно (можно попросить реактив у коллег или купить), но с этим молибдатом именно из этой бутылки с этикеткой "Реахим'а" я уже проводил эксперименты, в частности заснял и выложил опыт по восстановлению молибдата цинком в среде соляной кислоты (Восстановление молибдата аммония с помощью цинка и соляной кислоты. Reduction of ammonium molybdate by zinc and hydrochloric acid [ссылка]). И тут подозрение, что это был не молибдат аммония, а неизвестно, что... Изрядно порывшись в запасах, нашел еще два образца: молибдат натрия и другой молибдат аммония - с ними реакция на фосфат тоже не получилась. Это уже лучше, т.к. теперь подозрение пало не на подлинность молибдата, а на подлинность фосфорной кислоты. С кислотой из этой бутылки я экспериментов не снимал - это уже лучше. А причем здесь алюминий? Для большей уверенности я решил повторить реакцию молибдата с цинком в среде соляной кислоты, прочем взял молибдат из другой партии - молибдат натрия. Что это именно натриевая соль я убедился, обнаружив, что она не хочет растворяться в концентрированной соляной кислоте. Дело в том, что в реакции образуется хлорид натрия, который плохо растворим именно в концентрированной соляной кислоте - по-видимому, кристаллы NaCl отлагаются на поверхности кристаллов молибдата натрия, мешая их контакту с растворителем. Добавил немного воды, измельчил стеклянной палочкой - кристаллы растворились. Добавил гранулы цинка - восстановление прошло так же, как и в упомянутых опытах с молибдатом аммония: раствор стал желтоватым, потом - зеленым, потом - желто-коричневым. Если добавить много цинка и достаточно подождать, раствор должен был стать серо-зеленым. Но вместо этого я поместил в стакан два комочка алюминиевой фольги, поскольку алюминий - более активный металл, чем цинк.

Произошло неожиданное: остатки гранул цинка бурлили, с их поверхности выделялись пузырьки водорода, раствор сильно нагрелся. А алюминий спокойно плавал на поверхности без каких-либо изменений. Лишь со временем стало что-то происходить... Но не буду забегать наперед.

Эксперимент

Получил интересный результат, я решил повторить опыт с алюминиевой фольгой и соляной кислотой в отсутствии посторонних веществ. В стаканчик налил соляную кислоту (в первом случае - разбавленную водой 1 к 1, во втором случае - концентрированную). Сверху поместил скомканную алюминиевую фольгу от шоколадки. Часть фольги погрузилась в кислоту, большая часть - осталась над поверхностью. Накрыл стакан чашкой Петри.

Сначала ничего не происходило. В случае разведенной кислоты пузырьки водорода появились примерно через минуту, концентрированной - секунд на 20-30 раньше. В остальном разбавленная и концентрированная кислота вели себя аналогично.

Реакция шла медленно, но постепенно ускорялась. Более-менее пристойное выделение водорода началось, примерно через полторы минуты после начала опыта. Через три минуты (от начала) верхняя часть раствора стала мутнеть, а погруженная в кислоту часть фольги - активно разрушаться. Бурное выделение газа сопровождалась шипением и сильным разогревом раствора. Вскоре раствор стал светло-серым и непрозрачным, потом - темно-серым. По-видимому, это результат того, что компактный алюминий диспергируется в кислоте перед полным его растворением.

Находящаяся в кислоте часть фольги стала быстро "таять", на ее место опускалась фольга, расположенная над жидкостью. Вскоре все фольга погрузилась в кислоту и растворилась.

На мгновение я увидел искры. Как? Откуда? - Их быть не должно. Но потом понял, что это блестят в свете лампы капельки воды, которые падают с чашки Петри: из-за разогрева и активного выделения газа вода из раствора испаряется и конденсируется сверху на стекле.

Вскоре выделение газа ослабло, темно-серая окраска раствора исчезла, жидкость стала прозрачной. Фольга почти исчезла, оставив небольшое количество нерастворимого остатка на поверхности жидкости. Но раствор не стал полностью бесцветным - появился коричневый оттенок, по-видимому, из-за приставших к фольге частичек шоколада (т.е., мы заварили какао).

Объяснение

Если алюминий так бурно реагирует с соляной кислотой, то почему сначала видимой реакции не происходило вообще, а потом еще пару минут реакция была медленной?

Дело в том, что на воздухе алюминий покрыт прочной оксидной пленкой, которая защищает его от действия многих веществ: воды, воздуха, кислот... Чтобы началась реакция с алюминием, необходимо время для разрушения оксидной пленки или для диффузии реагентов сквозь нее. Один из известных способов лишить алюминий защиты оксидной пленки - действие солей ртути или металлической ртути. Ртуть образует с поверхностью алюминия амальгаму (сплав алюминия и ртути) благодаря чему сплошная защитная пленка оксида на поверхности металла не образуется (не держится) - в результате алюминий начинает быстро реагировать с воздухом и водой даже при комнатной температуре (см. статьи из подборки Ртуть, Амальгамы, Соединения Ртути. Mercury, Amalgam, Mercury compounds [ссылка]). Например, при реакции амальгамированного алюминия с воздухом оксид алюминия получается в виде игл и пушистой корки, которая не мешает дальнейшей реакции.

Аналогично ртути на алюминий действует и галлий (который, в отличие от ртути, нетоксичен, кроме того, галлий можно купить без ограничений).

<Бор, алюминий, галлий, индий, таллий / Boron, aluminum, gallium, indium, thallium>

<Алюминий, его соединения и сплавы (Обсудить на форуме)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]