前段时间跟师妹讨论一个问题,什么是「钝化」?
首先我们来看一下,我们的教材是如何「一句话带过」的。
甲种本是这么说的:
在常温下,浓H2SO4跟某些金属如铁、铝接触能够使金属表面生成一波层致密的氧化物保护膜,阻止内部金属继续跟浓H2SO4反应。(注释:这种现象叫做金属的钝化)。
甲种本高中化学(第一册),P64以下是注释:
高中化学(人教旧版)是这么说的:
值得注意的是,有些金属如铁、铝等虽然能够溶于稀硫酸或稀硝酸,但在常温下却可以用铁、铝制容器来盛装浓硫酸或浓硝酸。这是因为它们的表面被氧化为致密的氧化物薄膜,这层薄膜阻止了酸与内部金属的进一步反应。
高中化学人教旧版(必修),P02高中化学(人教新版)是这么说的:
值得注意的是,有些金属如铁、铝等虽然能够与稀硝酸或稀硫酸反应,但在常温下却可以用铁或铝制容器来盛装浓硝酸或浓硫酸。这是因为常温下,铁、铝的表面被浓硝酸或浓硫酸氧化,生成了一层致密的氧化物薄膜,这层薄膜阻止了酸与内层金属的进一步反应。当加热时,铁、铝会与浓硝酸或浓硫酸发生反应。
高中化学人教新版(必修2),P5然后又查了《无机化学丛书》:
当铁与浓硝酸短时间接触后,便表现有抗御与硝酸进一步反应的作用,称为表面钝化,它不再能溶于稀HNO3,也不再能从铜(II)盐中置换铜,但它能溶于还原性酸,如稀盐酸,这种钝化作用是由于铁在表面上生成了一层氧化物保护膜。用其他氧化剂,如铬(VI)酸也可以使铁表面钝化。
《无机化学丛书》第9卷P52还有孟长功老师的《无机化学》:
有些金属(如铁、铝、铬)等可溶于稀硝酸而不溶于冷的浓硝酸,这是由于浓硝酸将金属表面氧化成一层薄而致密的氧化物保护膜(有时叫钝化膜)致使金属不能再与浓硝酸继续作用。
孟长功老师的《无机化学》P通过搜索更多信息,我们大致知道了可以钝化的金属:铬、铝、钼、镍、铁。有文献指出:如果在是温室实验铁片在硝酸中的反应速率以及和硝酸浓度的关系,我们将会发现铁的反应速率,最初是随硝酸浓度增大而增大的。当硝酸浓度增加到30%~40%时,溶解度达到最大值,若继续增大硝酸的浓度(>40%),铁的溶解度却突然成万倍下降,并使表面处于一种特殊的状态。
那么,钝化膜的结构是什么样呢?以铝在浓硫酸酸中钝化为例:
发生的反应为:2Al+4H2SO4(浓)=Al2(SO4)3+S+4H2O,这个过程由于生成了固体硫可能产生丁达尔效应。这个阻挡层一般厚度在50?(?=0-0m)左右,成分是β-Al2O3,而铁表面的钝化膜一般为30?左右的γ-Fe2O3。
那么,这个钝化层在什么情况下会被破坏呢?
以上数据表明:Cl-对钝化膜有较强的破坏作用,特别是CuCl2溶液破坏力较强。
综上所述,我们对于钝化,大致可以有以下认识:
()通常情况下,铝和铁可以在冷、浓的硝酸和硫酸中形成0.5nm左右的以β-Al2O3或γ-Fe2O3为主要成分的双孔多层钝化膜;
(2)这种钝化膜可以被Cl-、OH-或者加热破坏,用热水处理的Al2O3钝化膜由于形成了勃姆石[AlO(OH)]会更稳定;
(3)铝表面的钝化膜比铁表面的钝化膜更致密,所以工业上更多用铝罐而非铁罐储存浓硫酸;
(4)浓硫酸在40℃以下可以钝化,而铁在0℃以下才能在浓硝酸中钝化。一般来说,Al比Fe更容易被钝化。
那么,问题结束了么?显然没有,本以为是个比较简单的问题,可在翻阅文献的时候,我陷入了无比的恐慌与绝望,钝化膜的形成机制、电流密度、钝化膜的活化等等。
学,然后知不足。
参考文献:
(甲种本)化学第一册,年第一版,人民教育出版社;
高中化学课本(必修),年第3版,人民教育出版社;
高中化学课本(必修2),年第版,人民教育出版社;
张青莲,《无机化学丛书》第9卷,年第一版,科学出版社;
孟长功《无机化学》,年第6版,高等教育出版社;
李俊生,铝箔钝化机理以及钝化膜性质的研究,化学教育年第4期;
王继璋,探究铁和铝在浓硫酸和浓硝酸中的电化学行为,化学教育20;年第7期
尹春晖,金属钝化现象探究,辽宁教育行政学院学报年第2期;
老规矩,合影啦。
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