化学:钝化问题
活动性适中的某些金属在常温下与浓HNO3为何产生“钝化”?
参考答案:例如,常温时铁、铝等金属在浓硝酸里可产生钝化现象。此问题通常有两种理论来解释:一种是吸附理论。认为金属的钝化是由于金属在硝酸中表面形成了由氧气分子以及OH-、O2-离子等组成的氧吸附层,氧吸附层导致金属钝化有四种可能:(1)氧吸附层增加了金属氧化的超电势,从而使金属氧化的难度增大;(2)认为金属表面原子的未饱和键在吸附了氧以后达到饱和,因此金属表面失去了活性;(3)认为氧吸附层排挤了金属表面本来接触的其他化学介质;(4)认为吸附在金属表面的氧原子被金属表面的电子诱导成氧偶极子,正的一端在金属表面,负的一端向着溶液,从而形成了一个双电层,阻滞了金属的氧化。
另一种是薄膜理论。认为金属在浓HNO3中当金属离子的浓度超过了金属氢氧化物的溶度积时,金属表面就形成了一层氢氧化物的膜状沉淀,它中止了金属与浓硝酸的进一步反应。而偏光分析的结果表明,铁在浓硝酸中钝化的原因是由于铁的表面形成了一层2.5~3.0 nm的γ-Fe2O3薄膜,这层薄膜中止了铁与浓HNO3的进一步反应。铝在浓HNO3中也同样发生钝化,经分析铝的钝化膜是一层无孔的γ-Al2O3,上面还覆盖着一层多孔的Al2O3·3H2O,所以在浓HNO3中铝的稳定性优于铁(在储运浓HNO3时,人们常采用铝制容器而不采用铁制容器)。
值得多说的是:钝化了的铁、铝等金属具有较高的稳定性,例如铁在浓硝酸中钝化后,改放到稀HNO3里就不再被硝酸氧化;将钝化了的铁投入到CuSO4溶液中也置换不出铜。