Почему алюминий, который практически нерастворим в воде, может растворяться в растворах NH4Cl и Na2CO3?

Osen

57

Алюминий в основном действительно является практически нерастворимым в воде из-за его химической структуры и электрохимических свойств. Однако алюминий может растворяться в растворах NH4Cl и Na2CO3 из-за особого механизма, известного как комплексообразование.

Когда алюминий погружается в раствор NH4Cl или Na2CO3, происходят следующие реакции. Вспомни, аммоний хлорид (NH4Cl) и натрийкарбонат (Na2CO3) гидролизируют в воде и образуют соответственно аммоний (NH4+) и карбонат (CO3^2-) и гидроксид (OH^-) ионы:

NH4Cl -- гидролиз --> NH4+ + Cl^-
Na2CO3 -- гидролиз --> 2Na+ + CO3^2-

Алюминий (Al) реагирует с водой и гидроксидными (OH^-) ионами в следующей реакции:

2Al + 6H2O --> 2Al(OH)3 + 3H2

Образование гидроксида алюминия (Al(OH)3) является основной причиной, почему алюминий практически нерастворим в воде.

Однако, когда вводятся растворы NH4Cl или Na2CO3, аммиевые (NH4+) и карбонатные (CO3^2-) ионы, которые образуются при гидролизе этих растворов, вступают в конкуренцию за комплексацию с алюминием. Это означает, что они могут образовывать комплексы с алюминием, которые намного лучше растворяются в воде, чем сам алюминий.

Разберем каждый случай по отдельности:

1. Раствор NH4Cl:
Когда алюминий погружается в раствор NH4Cl, аммиевые ионы (NH4+) комплексируются с алюминием и образуют комплексы вида [Al(NH4)4(H2O)2]2+. Эти комплексы имеют повышенную растворимость в воде по сравнению с обычным алюминием, поэтому алюминий может растворяться в таком растворе.

2. Раствор Na2CO3:
Когда алюминий погружается в раствор Na2CO3, карбонатные (CO3^2-) и гидроксидные (OH^-) ионы конкурируют за комплексацию с алюминием. Образуется осадок, в котором алюминий образует комплексные ионы вида [Al(OH)4]^-. Эти комплексы имеют повышенную растворимость в воде по сравнению с алюминием, поэтому алюминий может растворяться в таком растворе.

Таким образом, комплексообразование аммиевых и карбонатных ионов с алюминием позволяет алюминию растворяться в растворах NH4Cl и Na2CO3, несмотря на его обычную практически нерастворимость в воде.

Примерный вид механизмов реакций:

\[Al + 3H2O -> Al(OH)3 + 3/2H2\]
\[Al + 3NH4+ -> [Al(NH4)3] + 3H^+\]
\[ [Al(NH4)3] +H2O -> [Al(NH4)4(H2O)2]2+\]
\[Al + 3OH^- -> [Al(OH)3]^3-\]
\[ [Al(OH)3]^3- + OH^- -> [Al(OH)4]^-\]