¿Por qué el NaCl actúa como catalizador en la reacción de CuSO4 + H2O + Al?

Question

Estoy analizando una reacción entre cobre sulfato de agua y aluminio. Un trozo de $\ce{Al}$ por ejemplo, papel de aluminio. Me doy cuenta de que una capa de $\ce{Al2O3}$ se forma en la superficie del $\ce{Al}$ pasivarlo, y me doy cuenta de que el $\ce{NaCl}$ (o más bien sólo el $\ce{Cl^-}$ ) limpia el óxido de aluminio de la superficie del trozo de aluminio, pero no entiendo por qué. Agradecería enormemente si alguien pudiera ofrecerme una explicación.

Además, (no lo incluí exactamente en el tema de mi pregunta,) ¿por qué la reacción tiene este aspecto?

$$\ce{6H2O + 3CuSO4 + 5Al \rightarrow 3H2 + Al2(SO4)3 + 3Al(OH)2 + 3Cu}$$

(o algo parecido) en lugar de:

$$\ce{3CuSO4 + 2Al -> Al2(SO4)3 + 3Cu}$$ ?

Algo en esta línea tiene que ser el caso, porque la reacción produce gas ..

Answer 1

El aluminio resiste a la corrosión en agua neutra o ligeramente neutra debido a la película de Al2O3 muy insoluble sobre el metal. Si se rompe esta película, corroerá el metal desnudo y se reformará.

Pero si se raya el Al y se coloca un cátodo (un metal menos activo), se tiene una célula galvánica, y el H2 puede evolucionar desde este cátodo a medida que el Al se disuelve. El ejemplo más sencillo de esto es cuando pones Al en H2O en contacto con una gota de mercurio. Si se rasca el Al a través del Hg, el Hg se amalgama con el Al (adhiriéndose como cátodo), permitiendo que el H2 evolucione a medida que el Al se disuelve en otra parte.

El experimento con CuSO4 es similar: raya el Al; algo de Cu se depositará y actuará como cátodo y el resto del Al acabará disolviéndose en el H2O. Si eres demasiado vago para rayar el Al (¡estoy bromeando!), puedes añadir un poco de ión Cl- al H2O, lo que iniciará la corrosión del Al, la deposición de Cu, la producción de células galvánicas y la disolución de todo el Al.

Hay un ejemplo electroquímico planteado como pregunta de prueba: ¿sería mejor hacer un barco de aluminio con remaches de cobre o de cobre con remaches de aluminio? ¿Un barco de aluminio? No. Se corroería con el agua de mar. El cobre sobreviviría más tiempo. Pero ¡NO! El barco de cobre tendría un cátodo enorme y ánodos de aluminio diminutos (los remaches), que se corroerían rápidamente y las placas de cobre se desharían. Por otro lado, un barco de aluminio no duraría para siempre en agua de mar, pero los diminutos cátodos limitarían la corriente de corrosión, y los grandes ánodos de aluminio tendrían la corrosión distribuida por todo el barco, por lo que sobreviviría más tiempo que de la otra forma. Por supuesto, cualquier persona inteligente utilizaría remaches de cobre en las planchas de cobre, y remaches de aluminio en las de aluminio, pero es sólo para hacer una observación.

Answer 2

Se sabe que los cloruros son un ion agresivo para la corrosión de los metales, lo que se cree que se debe a la capacidad de los cloruros de desestabilizar la película de pasivación de los metales que los protege de la corrosión. Puede producirse lo que se conoce como corrosión por picaduras, en la que una ruptura de la capa de pasivación en puntos específicos de la superficie metálica conduce a la corrosión allí por otros agentes oxidantes en el medio acuoso, lo que lleva a la formación de picaduras de corrosión. Las superficies metálicas expuestas debido a la ruptura de la capa de pasivación liberan iones metálicos, que forman complejos con los aniones cloruro; el complejo metal-cloruro reacciona con el agua para formar ácido clorhídrico y un complejo metal-hidróxido, reduciendo el pH del medio próximo a la superficie metálica, lo que acelera aún más la corrosión. (Se puede encontrar una referencia aquí: http://sassda.co.za/stainless- acero-y-corrosión/).

El aluminio es un metal "anfótero" que reacciona con los álcalis; el agua primero oxida el Al a Al (III), produciendo gas hidrógeno (probablemente la efervescencia que se observa) debido a la reducción del agua. A continuación, los iones de Al (III) forman un complejo con los iones de hidróxido para formar un complejo soluble en solución. De hecho, cuando se introduce una aleación de Cu y Al en NaOH, se observa que el Al se disuelve, dejando el cobre en una estructura nanoporosa, un material con potencial para aplicaciones catalíticas.

En cuanto a tu pregunta de si el Al puede reaccionar tan vigorosamente con el agua como la solución de sulfato de cobre (II), creo que sí. Pero si tu Al no está tan "limpio" como crees y aún tiene una capa de pasivación en la superficie, se sabe que los iones sulfato también desestabilizan las capas de pasivación de los metales, por lo que eso podría potenciar la corrosión (de hecho, algunas fuentes afirman que el sulfato es un agente corrosivo mejor que el cloruro).

Siento no tener referencias, la mayor parte de esto se basa en literatura que he leído hace bastante tiempo. Además, soy principiante en química y corrosión, ¡así que por favor ayúdenme a mejorar mi respuesta y a corregir cualquier error!