Химия и Химики № 5 2013. Реакция алюминия с воздухом и водой (при комнатной температуре)

Реакция алюминия с воздухом

Алюминий - один из самых активных металлов. При нагревании алюминий способен вытеснять из их соединений даже такие металлы как натрий, калий, рубидий и цезий. Однако на воздухе алюминий проявляет большую устойчивость, чем такие металлы как цинк, железо и медь - несмотря на то, что последние стоят в ряду напряжений значительно правее, чем алюминий. Дело в том, что на воздухе алюминий покрывается плотной пленкой оксида, которая препятствует дальнейшему окислению: и при комнатной температуре, и при нагревании. В случае же, например, железа пленка продуктов окисления (ржавчина) получается рыхлой и почти не защищает металл от дальнейшей коррозии.

Однако существует способ заставить алюминий проявить свою активность. Если погрузить алюминий в ртуть или раствор ее соли и поцарапать под поверхностью жидкости поверхность металла, образуется амальгама алюминия. Алюминий в виде амальгамы активно реагирует с кислородом и водой, но на поверхности амальгамы алюминия защитная пленка оксида не образуется - в результате реакция продолжается дальше.

Много лет назад в лаборатории, где я работал, разбился ртутный термометр. Я собрал ртуть в стаканчик и погрузил в нее два кусочка алюминиевой проволоки (электрический провод). Кусочки стал тереть друг о друга, чтобы повредить оксидную пленку на поверхности алюминия, после чего извлек их из ртути, один оставил на воздухе, а другой погрузил в стакан с водой.

Алюминий, помещенный в воду, начал выделять пузырьки водорода: медленно, но вполне заметно. Со временем раствор стал бело-мутным: образовывался гидроксид алюминия. Тем временем алюминий, оставленный на воздухе, стал покрываться "белой шерстью" оксида: Al₂O₃ выделялся в виде белых волокон, которые со временем достигли длины в несколько сантиметров.

Значительно позже я попытался повторить этот опыт, воспользовавшись раствором хлорида ртути (II) [сулема] и полосками алюминия, вырезанными из гофрированной трубы [1]. Реакция амальгамированного алюминия с водой шла хорошо: выделение газа было более активным, чем в моем первом опыте с проволокой (поскольку поверхность алюминиевых полосок была больше, чем поверхность куска проволоки).

С окислением на воздухе дело обстояло хуже: оксид алюминия образовывался, но не в виде волокнистой "бороды", а в виде рыхлых кусочков, которые выглядели не так эффектно. Чем объяснить наблюдаемую разницу - сказать трудно. Алюминий из электрических проводов довольно чистый (поскольку примеси сильно увеличивают его электрическое сопротивление, а, следовательно, - потери тока), но алюминий из гофрированной трубы вполне мог содержать много примесей.

Через несколько лет я решил повторить этот опыт, воспользовавшись алюминиевым проводом, найденным прямо на асфальте. Мелкой наждачкой счистил слой грязи с двух кусочков алюминиевой проволоки, погрузил их в раствор сулемы и активно потер друг о друга: чтобы снять оксидный слой.

Когда я вынул проволоку из раствора, местами она выглядела, как только что застывший оловянный припой (это была амальгама алюминия). Положил оба кусочка на бумагу. Через пару минут на поверхности алюминия появился рыхлый слой оксида, который легко отделялся. Оксид рос не по всей длине проволоки, а лишь там, где алюминий контактировал с хлоридом ртути.

Вскоре стало заметно, что оксид алюминия образуется не в виде пленки, а в форме длинных белых волокон - "бороды". Борода эта выросла за считанные минуты, а минут через двадцать достигла длины нескольких сантиметров. Одновременно стало заметно, что рядом с алюминиевой проволокой и волокнами "бороды" образовалось несколько маленьких шариков ртути.

В описанном опыте я делал только отдельные фотографии, поэтому решил повторить эксперимент - на этот раз со съемкой видео. Из примерно пятнадцати отснятых видео файлов смонтировал ролик, увеличив скорость показа в 10 раз - чтобы сократить время ролика и чтобы рост волокон оксида алюминия был лучше заметен. В этот раз во время роста "бороды" от алюминия также отделилось несколько маленьких шариков ртути.

_____________________________________________________
¹ См. статью Активный алюминий (реакция алюминия с водой и воздухом при комнатной температуре) [ссылка]

Смотреть Видео (38 Мб, .avi )