Алюминий широко используется в промышленности благодаря таким свойствам, как легкость, пластичность, высокая тепло- и электропроводность. Однако при определенных условиях алюминий может активно вступать в химические реакции с другими веществами. Рассмотрим подробнее реакцию алюминия с серной кислотой.
Условия протекания реакции
Как известно, алюминий покрыт оксидной пленкой, которая препятствует дальнейшему окислению металла. Поэтому при обычных условиях алюминий не взаимодействует ни с кислородом воздуха, ни с водой. Однако в присутствии кислот оксидная пленка разрушается и алюминий начинает активно реагировать.
В частности, алюминий вступает в реакцию с разбавленной серной кислотой с образованием соли - сульфата алюминия Al2(SO4)3 - и выделением водорода:
2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2↑
Обратите внимание, что реакция идет только с разбавленной H2SO4. Концентрированная серная кислота не взаимодействует с алюминием при комнатной температуре из-за образования на поверхности алюминия оксидов серы, которые пассивируют металл.
Признаки протекания реакции
Признаками реакции алюминия с серной кислотой являются:
- образование белого кристаллического осадка сульфата алюминия;
- выделение пузырьков газа (водорода), которые собираются на поверхности алюминия или выделяются в раствор;
- разогревание раствора;
Интенсивность этих признаков зависит от концентрации кислоты и соотношения реагирующих веществ.
Факторы, влияющие на скорость реакции
Скорость реакции алюминия с серной кислотой, как и большинства химических реакций, зависит от ряда факторов:
- Концентрация кислоты. С увеличением концентрации H2SO4 скорость реакции возрастает.
- Температура. Повышение температуры приводит к ускорению реакции.
- Площадь поверхности алюминия. Измельчение алюминия в порошок значительно ускоряет его взаимодействие с кислотой.
- Наличие примесей. Некоторые примеси в алюминии могут катализировать или ингибировать реакцию.
Для наглядности приведем количественные данные о влиянии некоторых факторов на скорость реакции в таблице:
| Фактор | Значение фактора | Скорость реакции (отн.) |
| Концентрация H2SO4 | 10% | 1 |
| 20% | 1,5 | |
| Температура (°C) | 20 | 1 |
| 40 | 1,7 | |
| Размер частиц Al (мм) | 2-3 | 1 |
| 0,1-0,2 | 1,8 |
Как видно из таблицы, наибольшее влияние на скорость оказывает измельчение алюминия. Поэтому в промышленности часто используют именно алюминиевую пудру для ускорения реакций с его участием.
Применение реакции на практике
Рассмотренная химическая реакция широко используется на практике.
Во-первых, она применяется для получения водорода в лабораториях и промышленности. Реакция протекает быстро и легко поддается регулированию за счет изменения концентрации кислоты, температуры, дисперсности алюминия.
Во-вторых, на основе реакции разработан способ очистки воды от примесей тяжелых металлов. При этом используют добавки порошкообразного алюминия, который выводит ионы тяжелых металлов в виде труднорастворимых соединений.
В-третьих, сульфат алюминия, получаемый в результате реакции, широко используется в текстильной промышленности как мордант - вещество, усиливающее способность тканей к окраске.
