Лимонная кислота и алюминий реакция

Коррозия алюминия

Коррозия алюминия – разрушение металла под влиянием окружающей среды.

Для реакции Al 3+ +3e → Al стандартный электродный потенциал алюминия составляет -1,66 В.

Температура плавления алюминия – 660 °C.

Плотность алюминия – 2,6989 г/см 3 (при нормальных условиях).

Алюминий, хоть и является активным металлом, отличается достаточно хорошими коррозионными свойствами. Это можно объяснить способностью пассивироваться во многих агрессивных средах.

Коррозионная стойкость алюминия зависит от многих факторов: чистоты металла, коррозионной среды, концентрации агрессивных примесей в среде, температуры и т.д. Сильное влияние оказывает рН растворов. Оксид алюминия на поверхности металла образуется только в интервале рН от 3 до 9!

Очень сильно влияет на коррозионную стойкость Al его чистота. Для изготовления химических агрегатов, оборудования используют только металл высокой чистоты (без примесей), например алюминий марки АВ1 и АВ2.

Коррозия алюминия не наблюдается только в тех средах, где на поверхности металла образуется защитная оксидная пленка.

При нагревании алюминий может реагировать с некоторыми неметаллами:

2Al + N₂ → 2AlN – взаимодействие алюминия и азота с образованием нитрида алюминия;

4Al + 3С → Al₄С₃ – реакция взаимодействия алюминия с углеродом с образованием карбида алюминия;

2Al + 3S → Al₂S₃ – взаимодействие алюминия и серы с образованием сульфида алюминия.

Коррозия алюминия на воздухе (атмосферная коррозия алюминия)

Алюминий при взаимодействии с воздухом переходит в пассивное состояние. При соприкосновении чистого металла с воздухом на поверхности алюминия мгновенно появляется тонкая защитная пленка оксида алюминия. Далее рост пленки замедляется. Формула оксида алюминия – Al₂O₃ либо Al₂O₃•H₂O.

Реакция взаимодействия алюминия с кислородом:

Толщина этой оксидной пленки составляет от 5 до 100 нм (в зависимости от условий эксплуатации). Оксид алюминия обладает хорошим сцеплением с поверхностью, удовлетворяет условию сплошности оксидных пленок. При хранении на складе, толщина оксида алюминия на поверхности металла составляет около 0,01 – 0,02 мкм. При взаимодействии с сухим кислородом – 0,02 – 0,04 мкм. При термической обработке алюминия толщина оксидной пленки может достигать 0,1 мкм.

Алюминий достаточно стоек как на чистом сельском воздухе, так и находясь в промышленной атмосфере (содержащей пары серы, сероводород, газообразный аммиак, сухой хлороводород и т.п.). Т.к. на коррозию алюминия в газовых средах не оказывают никакого влияния сернистые соединения – его применяют для изготовления установок переработки сернистой нефти, аппаратов вулканизации каучука.

Коррозия алюминия в воде

Коррозия алюминия почти не наблюдается при взаимодействии с чистой пресной, дистиллированной водой. Повышение температуры до 180 °С особого воздействия не оказывает. Горячий водяной пар на коррозию алюминия влияния также не оказывает. Если в воду, даже при комнатной температуре, добавить немного щелочи – скорость коррозии алюминия в такой среде немного увеличится.

Взаимодействие чистого алюминия (не покрытого оксидной пленкой) с водой можно описать при помощи уравнения реакции:

При взаимодействии с морской водой чистый алюминий начинает корродировать, т.к. чувствителен к растворенным солям. Для эксплуатации алюминия в морской воде в его состав вводят небольшое количество магния и кремния. Коррозионная стойкость алюминия и его сплавов, при воздействии морской воды, значительно снижается, если в состав метала будет входить медь.

Коррозия алюминия в кислотах

С повышением чистоты алюминия его стойкость в кислотах увеличивается.

Коррозия алюминия в серной кислоте

Для алюминия и его сплавов очень опасна серная кислота (обладает окислительными свойствами) средних концентраций. Реакция с разбавленной серной кислотой описывается уравнением:

Концентрированная холодная серная кислота не оказывает никакого влияния. А при нагревании алюминий корродирует:

При этом образуется растворимая соль – сульфат алюминия.

Al стоек в олеуме (дымящая серная кислота) при температурах до 200 °С. Благодаря этому его используют для производства хлорсульфоновой кислоты (HSO₃Cl) и олеума.

Коррозия алюминия в соляной кислоте

В соляной кислоте алюминий или его сплавы быстро растворяются (особенно при повышении температуры). Уравнение коррозии:

Аналогично действуют растворы бромистоводородной (HBr), плавиковой (HF) кислот.

Коррозия алюминия в азотной кислоте

Концентрированный раствор азотной кислоты отличается высокими окислительными свойствами. Алюминий в азотной кислоте при нормальной температуре исключительно стоек (стойкость выше, чем у нержавеющей стали 12Х18Н9). Его даже используют для производства концентрированной азотной кислоты методом прямого синтеза

При нагревании коррозия алюминия в азотной кислоте проходит по реакции:

Коррозия алюминия в уксусной кислоте

Алюминий обладает достаточно высокой стойкостью к воздействию уксусной кислоты любых концентраций, но только если температура не превышает 65 °С. Его используют для производства формальдегида и уксусной к-ты. При более высоких температурах алюминий растворяется (исключение составляют концентрации кислоты 98 – 99,8%).

В бромовой, слабых растворах хромовой (до10%), фосфорной (до 1%) кислотах при комнатной температуре алюминий устойчив.

Слабое влияние на алюминий и его сплавы оказывают лимонная, масляная, яблочная, винная, пропионовая кислоты, вино, фруктовые соки.

Щавелевая, муравьиная, хлорорганические кислоты разрушают металл.

На коррозионную стойкость алюминия очень сильно влияет парообразная и капельножидкая ртуть. После недолгого контакта металл и его сплавы интенсивно корродируют, образуя амальгамы.

Коррозия алюминия в щелочах

Щелочи легко растворяют защитную оксидную пленку на поверхности алюминия, он начинает реагировать с водой, в результате чего металл растворяется с выделением водорода (коррозия алюминия с водородной деполяризацией).

Также оксидную пленку разрушают соли ртути, меди и ионы хлора.

Лимонная кислота и алюминий реакция

В дистиллированной воде алюминий проявляет очень хорошие показатели стойкости к коррозии при любой температуре.

Дождевая вода может разрушать алюминий, если в атмосфере содержится значительное количество промышленных газов. Растворяясь в воде, это газы (SO₂, NO₂, хлороводород и т.д.) образуют кислоты, разрушающие алюминий. Поэтому во избежание коррозии алюминиевые конструкции следует проектировать так, чтобы свести до минимума скапливание дождевой воды на поверхности металла.

Водопроводная вода действует на алюминий по-разному, в зависимости от содержащихся в ней примесей. В кислых или щелочных водах алюминий может подвергаться коррозии. Процесс коррозии ускоряют ионы хлора или тяжелых металлов, содержащиеся в водопроводной воде.

Промышленные сточные воды вызывают очень сильную коррозию, которую ускоряют ионы тяжелых металлов.

Водород, азот и благородные газы (гелий, аргон, неон, криптон, ксенон) не действуют на алюминий даже при повышенных температурах.

Галогены (хлор, бром, йод, фтор) в отсутствие влаги не действуют на алюминий. При взаимодействии с водой они образуют кислоты, агрессивные по отношению к алюминию.

Сухие хлороводород, бромоводород, йодоводород, фтороводород не действуют на алюминий. Но водные растворы этих газов — кислоты, активно разрушающие алюминий.

Сероводород не разрушает алюминий при температуре до 500°С.

Двуокись серы в отсутствие водяного пара не разрушает алюминий (до 400°С), хотя при наличии влаги вызывает коррозию. Аналогично действует и триокись серы.

Аммиак в газообразном состоянии не действует на алюминий даже при высоких температурах.

Оксид углерода СО разрушает алюминий только при температуре свыше 550°С.

Углекислый газ ведет себя аналогично СО. В воде углекислый газ образует угольную кислоту, не вызывающую значительных коррозионных разрушений.

Неорганические соединения

Алюминий не стоек к действию кислот. Исключение составляют концентрированные азотная и серная кислоты — их окислительные свойства настолько сильны, что при контакте с алюминием на его поверхности образуется прочный слой оксида алюминия, препятствующий дальнейшему разрушению металла (поэтому концентрированную азотную или серную кислоту перевозят в алюминиевых цистернах). Разбавленная азотная или серная кислота — более слабый окислитель — энергично реагирует с алюминием.

В кислотах алюминий растворяется тем хуже, чем меньше содержит дополнительных примесей. Следует помнить, что анодное окисление не защищает от воздействия кислот, поскольку они разрушают слой Al₂O₃. Химическая активность кислот увеличивается с ростом температуры. Например, с возрастанием температуры на 10°С скорость коррозии удваивается. Увеличение концентрации кислоты, как правило, увеличивает скорость коррозии (концентрированные серная и азотная кислоты — исключение).

Соляная кислота вызывает сильную коррозию. Действие этой кислоты нельзя ослабить добавлением ингибиторов.

Фтороводородная кислота оказывает самое сильное влияние на алюминий. Даже непродолжительное взаимодействие разбавленной кислоты ведет к полному растворению алюминия.

Кислородсодержащие кислоты хлора (HClO₄, HClO₃, HClO) вызывают сильную коррозию алюминия.

Серная кислота вызывает равномерную коррозию алюминия, интенсивность которой зависит от концентрации. Разбавленная кислота средней концентрации при комнатной температуре отличается умеренной агрессивностью. Наиболее агрессивна кислота концентрации 80%. Некоторые вещества, входящие в состав алюминиевых сплавов, а также ионы, содержащиеся в воде (особенно фториды и хлориды), усиливают действие серной кислоты.

Сернистая кислота вызывает локальную коррозию алюминия.

Сера и халькогены (селен и теллур) на алюминий не действуют.

Фосфорная кислота разрушает алюминий умеренно или сильно (в зависимости от концентрации).

Мышьяк при комнатной температуре не действует на алюминий.

Мышьяковая кислота (H₃AsO₄) и окись мышьяка сильно разрушают алюминий, а мышьяковистая кислота (H₃AsO₃) без нагревания на него не влияет.

Азотистая кислота (HNO₂) при комнатной температуре не действует на алюминий.

Азотная кислота (HNO₃) воздействует на алюминий по-разному, в зависимости от концентрации. Разбавленные растворы интенсивно разрушают алюминий. В концентрированных растворах вследствие окислительных процессов поверхность алюминия пассивируется и коррозия замедляется. Наиболее сильную коррозию вызывает кислота концентрацией 10-60%. Действие азотной кислоты приводит к равномерной коррозии. С увеличением чистоты алюминия возрастает его стойкость к коррозии. Наличие в составе слава примесей меди, кремния, магния усиливает воздействие азотной кислоты.

Статьи

Коррозионная стойкость алюминия

Одним из самых важных качеств алюминия является его исключительно высокая стойкость к коррозии. Наибольшей коррозионной стойкостью обладает алюминий высокой чистоты, алюминий технической чистоты с малым количеством примесей, сплавы алюминий – магний (сплавы с относительно невысоким содержанием магния до 3-4%); сплавы систем алюминий – магний – кремний (при отсутствии меди или ограниченным ее содержанием до 0,1%). Наиболее подвержен коррозии среди всех алюминиевых сплавов – дюралюминий, в котором содержится до 6% меди.

Усиленная коррозия дюралюминия объясняется, тем, что при термической обработке из твердого раствора выделяются кристаллиты соединений алюминия с медью, которые с основным металлом образуют электрические микропары, являющиеся причиной межкристалитной коррозии. Для того чтобы повысить стойкость против коррозии продукции из дюралюминия, производят так называемое плакирование. Оно заключается в том, что на поверхность заготовки накладывают тонкий лист чистого алюминия или алюминиево-магниевого сплава, нагревают до 150-200° и прокатывают до получения гладкой поверхности.

Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью к морской воде, уксусной, лимонной, винной и другим органическим кислотам. Он практически не взаимодействует с концентрированной азотной и 100 %-ной серной кислотами, но быстро разрушается в разбавленной азотной кислоте, а также в разбавленной серной кислоте при концентрациях более 10 % (максимальная растворимость наблюдается в 80 %-ной серной кислоте). Быстро растворяется алюминий также в растворах щелочей, соляной, плавиковой и бромистоводородной кислотах; слабо взаимодействует с борной кислотой. Алюминий устойчив в нейтральных растворах солей магния и натрия, слабо влияют на алюминий сернистый газ, аммиак и сероводород.

Однако алюминий легко вступает в реакцию с кислородом. В кислородосодержащей среде, алюминий покрываетя твердой и плотной пленкой окисла алюминия Al2O3, которая не растворяется в воде. Эта пленка защищает алюминий во влажной среде от дальнейшей коррозии.

Окружающая нас атмосфера всегда имеет определенный уровень влажности, а также определенный уровень загрязнений и отходов. Учитывая, что свойства атмосферы отличаются в зависимости от региона и степени индустриализации, можно выделить: атмосфера сельская – средняя влажность и малая степень загрязнений; атмосфера приморских регионов – высокая влажность, большое количество производных хлора, йода, средняя степень загрязнений; атмосфера городская – средняя влажность, среднее содержание окислов углерода и серы, серной кислоты и продуктов сжигания жидкого топлива; атмосфера промышленная – средняя влажность, большое количество окислов углерода и серы, кислот (серной, соляной, азотной, фтористой).

Одним из самых эффективных методов является анодирование. Анодирование состоит из ряда электрохимических процессов по подготовке поверхности и по созданию на ней более твердой и устойчивой против коррозии пленки окислов алюминия, чем пленка, полученная при естественном окислении. Сразу же после анодирования искусственная бесцветная пленка, обладающая большой адсорбционной способностью, может быть окрашена неорганическими пигментами в любые цвета путем погружения деталей в подогретую ванну с красителем.

Другим распространенным способом защиты от коррозии является нанесение на металлопрокат лакокрасочных покрытий, препятствующее проникновению к поверхности металла влаги, агрессивных газов и жидкостей. Лакокрасочные покрытия, как правило, состоят из слоя грунтовки и одного или нескольких нескольких слоев полимерного покрытия, адгезионно связанных с защищаемой поверхностью. Покрытие получается нанесением жидких лакокрасочных материалов валками на окрашиваемую поверхность с преследующей полимеризацией пленки в проходном тоннеле при температуре 220-280С. Такое покрытие выдерживает высокую степень деформации вместе с металлом и является надежной защитой от коррозии.

Влияние лимонной кислоты на металлы 👍 – Главное хаки Декабрь 2019)

Главное хаки: (Декабрь 2019)

Лимонная кислота получила свое название, потому что она впервые была обнаружена в цитрусовых, таких как лимоны, апельсины и липы. Эта кислота придает этим плодам свой терпкий вкус. Лимонная кислота используется несколькими способами для очистки металлов.

Металлическая коррозия

Сильные кислоты быстро разъедают металлы. Сильные кислоты реагируют окислением металла, превращая чистый элементный металл в оксид металла. Добавление сильной кислоты к элементарному железу будет реагировать на образование оксидов железа или ржавчины. Добавление сильной кислоты к никелю создает оксид никеля, зеленовато-синюю корочку, которая появляется на монетах, выходивших снаружи под дождем. Драгоценные металлы, такие как золото и серебро, противостоят реакциям окисления и требуют сильной кислоты, чтобы превратить их в их оксидные формы.

Удаление ржавчины

Удаление ржавчины – одно применение лимонной кислоты. Поскольку лимонная кислота является более слабой органической кислотой, она не вызывает коррозии железа быстро. Внебиржевые растворы лимонной кислоты обычно предлагаются при низких концентрациях, поэтому они более безопасны. Реакция начинается с погружения кусочка ржавого железа в раствор лимонной кислоты. Лимонная кислота хелатирует оксид железа, оставляя чистый кусок железа и твердый хелат, который можно легко удалить.

Влияние жесткой воды

Очистка стоков, раковин и туалетов также возможна с лимонной кислотой. Жесткая вода содержит другие металлы, такие как кальций и магний. Эти металлы могут быть введены нефильтрованной водопроводной водой, а также другими бытовыми продуктами. Загрязнение металла создает оксидные корки, пятна и обесцвечивания.

Буферизация кислоты

Сандра Заслоу из Службы кооперативного расширения Северной Каролины объясняет использование кислот для удаления нежелательных металлов: лимонный сок содержит лимонную кислоту и может использоваться для очистки металлических отложений на стекле, коры на трубах и пятен ржавчины на фарфоре и металле. Изготовление пасты с лимонным соком и буры буфером кислоты, поэтому смесь можно оставить на металле в течение нескольких минут без травления, а затем пасту можно промыть.

Медь и сплавы

Лимонная кислота может очищать медь.

Лимонная кислота также очищает медь. Коррозия также подрывает медные сплавы, в том числе бронзу и латунь. Исследовательская лаборатория Texas A & M в Калифорнии объясняет, как очищать медь. Медная коррозия образует несколько сине-зеленых соединений с кислородом и хлором, придавая зеленоватый оттенок древним статуям и отливкам. Например, Статуя Свободы подвергается распылению из морской воды, придавая ей зеленую патину. Сульфид меди также образуется, создавая гораздо менее привлекательную черную кору. Медные соединения удаляют путем впитывания окрашенного изделия в лимонную кислоту с низкой концентрацией, смешанной с тиомочевиной низкой концентрации, которая предотвращает металлическое травление.