Отношение металлов к растворам щелочей

Для растворения металла в водных растворах щелочей необходимо три условия:

1. чтобы естественная оксидная пленка металла растворялась в щелочи;

2. чтобы потенциал процесса окисления металла был меньше –0,826 В;

3. чтобы продукт взаимодействия металла с водой, т.е. гидрооксид металла, обладал амфотерными свойствами.

В щелочной среде металлы, образующие амфотерные гидрооксиды, оксиды, образуют гидроокиси соли, например:

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

Электронные процессы

2. A l – 3e = Al⁺³ E^o = -1,6633

3 2H⁺ +2e = H₂ E^o = -0,8263

_____________________

2Al + 6H⁺ = 2Al⁺³ + 2H₂

Из уравнения видно, что восстановителем является атом алюминия, а окислителем – ионы водорода воды.

Обычно процесс растворения алюминия в водных растворах щелочей протекает по следующим стадиям:

1. реакция снятия с металла естественной оксидной пленки щелочью:

Al₂O₃ + 2NaOH = 2NaAlO₂ + H₂O (1)

Образовавшийся алюминат натрия, вступая во взаимодействие с водой, образует комплексную гидроокись по уравнению:

NaAlO₂ + 2H₂O = Na[Al(OH)₄] ₍₂₎

Складывая уравнения (1) и (2), получаем уравнение реакции растворения оксидной пленки алюминия щелочью:

Al₂O₃ + 2NaOH +3H₂O = 2Na[Al(OH)₄] (3)

2. Реакция взаимодействия алюминия с водой:

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂ (4)

Как уже было сказано, алюминий, освобожденный от оксидной пленки, практически не взаимодействует с водой вследствие очень плотного слоя трудно растворимой в воде гидроокиси алюминия, препятствующей дальнейшему течению реакции взаимодействия алюминия с водой. Но поскольку этот процесс, в присутствии щелочи, то слой гидроокиси на поверхности металла разрушается, так как гидроокись алюминия имеет амфотерный характер и, следовательно, она растворяется в щелочи. Поэтому в растворах щелочи непрерывно протекает и реакция взаимодействия алюминия с водой, и реакция взаимодействия образующейся гидроокиси алюминия со щелочью. Вследствие этого алюминий в соответствии со своим значением электродного потенциала начинает вытеснять водород из воды. Таким образом, выделение водорода при действии растворов щелочи на алюминий является следствием взаимодействия алюминия с водой, а не с гидроксильными ионами щелочи. Роль же последних заключается в том, что они растворяют образующуюся гидроокись. Реакция растворения образующейся амфотерной гидроокиси Al(OH)₃ в щелочи идет по уравнению:

Al(OH)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄] (5)

Протекающий при этих условиях процесс взаимодействия гидроокиси алюминия со щелочью в основном связан не с замещением ионов водорода в амфотерном соединении H₃AlO₃ (тождественно с Al(OH)₃) на положительный ион металла, а присоединение к молекуле гидроокиси ионов ОН^-; при этом образуется комплексный ион [Al(OH)₃]^-3 или [Al(OH)₄].

Складывая уравнения (4) и (5), получаем окончательное уравнение реакции растворения алюминия в растворах щелочи, идущей с образованием гидроокиси соли и выделением водорода:

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

Аналогичным путем протекает процесс растворения остальных амфотерных металлов в растворах щелочей.

Интересно рассмотреть отношение других активных металлов, например, магния к растворам щелочей. Из-за малой алгебраической величины Е^о магний обладает большой восстановительной способностью, но в растворах щелочей не растворяется. Это объясняется тем, что при его медленном взаимодействии с водой на поверхности магния образуется плотный слой труднорастворимой в воде гидроокиси, который и препятствует дальнейшему течению реакции. Кроме того, гидроокись магния Mg(OH)₂, обладая основными свойствами, не растворяется в щелочах. Поэтому металлический магний не взаимодействует со щелочами.

Таблица 2