Какие продукты окисляют металл
Определение
Серная кислота $H_2SO_4$ — сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях концентрированная серная кислота — тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха.
Олеум — раствор серного ангидрида $SO_3$ в концентрированной серной кислоте. Формулы, отражающие состав олеума: $H_2SO_4·SO_3$ и $H_2SO_4·2SO_3$.
Особым свойством концентрированной серной кислоты является ее способность отнимать воду, поэтому ее используют как гигроскопическое средство во многих химических реакциях, особенно при получении органических веществ, для осушки или предотвращения поглощения веществами воды. Для этих целей в лабораториях используют эксикаторы – специальные герметические сосуды:
Кроме того, благодаря этой способности, концентрированная серная кислота обугливает органические вещества (сахар, древесину), вызывает сильные ожоги кожи. На фотографиях представлены “продукты” обугливания – “угольный пирог”, получающийся из сахарной пудры действием концентрированной серной кислоты, и обугленная лучина.
При работе с серной кислотой следует соблюдать особую осторожность, так как даже при попадании на одежду или кожу разбавленной кислоты, по мере испарения воды ее концентрация будет увеличиваться.
Свойства разбавленной серной кислоты
Разбавленная $H_2SO_4$ – вступает в реакции замещения, за счет окисления катионов $Н^+$:
$H_2SO_4textrm{(разб.)} + Mg = MgSO_4 + H_2uparrow$
$2H^+ + 2bar{e} = H_2^0$ |2 1 окислитель, восстановление
$Mg – 2bar{e} = Mg^{2+}$ |2 1 восстановитель, окисление
$H_2SO_4textrm{(разб.)} + Cu (Ag, Au, Hg) ne$
Поэтому с активными металлами, стоящими до H в ряду напряжений, реагирует как обычная кислота, вытесняя водород. С благородными металлами (Au, Pt) и металлами, стоящими после Н в ряду напряжений не реагирует. Другие окислительные свойства для разбавленной $H_2SO_4$ нехарактерны. Серная кислота реагирует с основными оксидами и основаниями (в том числе нерастворимыми) и образует два ряда солей: средние — сульфаты ($Na_2SO_4$) и кислые — гидросульфаты ($NaHSO_4$).
Качественной реакцией на серную кислоту и её растворимые соли является их взаимодействие с растворимыми солями бария, при котором образуется белый осадок сульфата бария, нерастворимый в воде и кислотах, например:
$H_2SO_4 + BaCl_2 = BaSO_4 downarrow + 2HCl$
Свойства концентрированной серной кислоты
Концентрированные растворы серной кислоты проявляют сильные окислительные свойства, обусловленные наличием в её молекулах атома серы в высшей степени окисления (+6).
1. Концентрированная $H_2SO_4$ взаимодействует с металлами, расположенными в электрохимическом ряду напряжений металлов правее водорода (медь, серебро, ртуть), с образованием сульфатов, воды и продуктов восстановления серы. Глубина восстановления серы зависит от восстановительных свойств металлов:
активные металлы (натрий, калий, литий) восстанавливают серную кислоту до сероводорода,
металлы, расположенные в ряду напряжений от алюминия до железа – до свободной серы,
металлы с меньшей активностью – до сернистого газа.
2. Концентрированные растворы серной кислоты не реагируют с золотом и платиной вследствие их малой активности.
3. Без нагревания не происходят реакции с алюминием, хромом, железом вследствие пассивирования этих металлов: на поверхности этих металлов образуется защитная оксидная плёнка.
Таким образом, продукт восстановления серной кислоты зависит от концентрации кислоты и активности металла:
| Металлы | активные | среднеактивные | неактивные |
|---|---|---|---|
| Li, K, Ba, Ca, Na, Mg | | Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb | | $H_2$, Cu, Ag, Hg, Au | |
| $H_2SO_4textrm{(разб.)}$ | соль + водород: $H_2SO_4textrm{(разб.)} + Zn = ZnSO_4 + H_2uparrow$ | не регаируют $ne$ | |
| $H_2SO_4textrm{(конц.)}$ | соль + вода + $H_2S$: | соль + вода + S: $4H_2SO_4textrm{(конц.)} + 3Zn = $ $3ZnSO_4 + 4H_2O + S$ или соль + вода + $SO_2$: $2Al + 6H_2SO_4textrm{(конц.)} = $ $Al_2(SO_4)_3 + 6H_2O + 3SO_2$ | соль + вода + $SO_2$: $2H_2SO_4textrm{(конц.)} + 2Ag = $ $Ag_2SO_4 + 2H_2O + SO_2$ кроме Au, Pt, Pd (не реагируют) |
Запомни! Концентрированная серная кислоты пассивирует металлические алюминий, хром и железо.
Данные металлы могут растворяться в $H_2SO_4textrm{(конц.)}$ при сильном нагревании, при этом образуются соль металла (III) и продукты восстановления кислоты:
$8Al+15H_2SO_4textrm{(конц.)} stackrel{t^circ}{=} 4Al_2(SO_4)_3+3H_2Suparrow + 12H_2O $
$2Cr + 6H_2SO_4textrm{(конц.)} stackrel{t^circ}{=} Cr_2(SO_4)_3 + 3SO_2 uparrow+ 6H_2O$
$2Fe + 6H_2SO_4textrm{(конц.)} stackrel{t^circ}{=} Fe_2(SO_4)_3 + 3SO_2uparrow + 6H_2O$
Взаимодействие серной кислоты с неметаллами
Взаимодействие серной кислоты с неметаллами происходит с выделением $SO_2$ и окислением неметаллов до высшей степени окисления:
$C + 2H_2SO_4textrm{(конц.,гор.)} = CO_2uparrow+ 2SO_2uparrow+ 2H_2O$
$S + 2H_2SO_4textrm{(конц.)} = 3SO_2 uparrow+ 2H_2O$
$2P + 5H_2SO_4 = 2H_3PO_4 + 5SO_2uparrow + 2H_2O $
$H_2SO_4textrm{(конц.)} + H_2S = SO_2uparrow + Sdownarrow + 2H_2O$
Источник
Кислотно-щелочной баланс организма влияет на состояние здоровья. Существует версия, что смещение Ph в кислотную сторону приводит к развитию различных заболеваний. Также есть мнение, что кислотная среда организма наиболее благоприятна для размножения патогенных бактерий, вирусов, грибков, паразитов и так далее. И напротив, в щелочной среде они погибают. Считается, что нормальный уровень кислотно-щелочного баланса находится на отметке 7,3—7,4. И чтобы его поддерживать, необходимо исключить из рациона пищу, которая в процессе переваривания и усвоения закисляет организм. Эмпирическим путём было выяснено, какие продукты ведут к закислению, а какие — к его ощелачиванию. Для улучшения здоровья рекомендуется максимально исключить закисляющую пищу и ввести в рацион продукты, обладающие ощелачивающим действием.
Продукты, которых следует избегать
| Мясо | Сильное окисляющее воздействие |
| Рыба | Сильное окисляющее воздействие |
| Сало | Среднее окисляющее воздействие |
| Яйца | Сильное окисляющее воздействие |
| Морепродукты (устрицы, ракообразные, мидии, креветки, др.) | Сильное окисляющее воздействие |
| Твёрдый сыр | Среднее окисляющее воздействие |
| Мягкий сыр | Слабое окисляющее воздействие |
| Сметана, сливки, сливочное масло | Среднее окисляющее воздействие |
| Мёд магазинный или несвежий | Среднее окисляющее воздействие |
| Пастеризованное молоко | Среднее окисляющее воздействие |
| Алкоголь | Сильное окисляющее воздействие |
| Кофе | Сильное окисляющее воздействие |
| Какао | Среднее окисляющее воздействие |
| Чёрный чай | Среднее окисляющее воздействие |
| Рафинированный сахар и сладости, его содержащие | Сильное окисляющее воздействие |
| Магазинные соки (чаще всего содержат консерванты и сахар) | Сильное окисляющее воздействие |
| Крупы (за исключением гречки и проса) | Среднее/слабое окисляющее воздействие |
| Дрожжевые мучные изделия | Среднее окисляющее воздействие |
| Арахис | Сильное окисляющее воздействие |
| Грецкий орех | Сильное окисляющее воздействие |
| Кешью | Среднее окисляющее воздействие |
| Семечки, подсолнечное масло | Слабое окисляющее воздействие |
| Овощи тушёные, варёные | Среднее/слабое окисляющее воздействие |
| Овощи жареные | Сильное окисляющее воздействие |
| Варенье | Сильное окисляющее воздействие |
| Фрукты неспелые | Среднее окисляющее воздействие |
| Бобовые сушёные (горох, нут, чечевица, фасоль, др.) | Среднее окисляющее воздействие |
Существует много спорной информации относительно того, какой продукт закисляет, а какой ощелачивает. Более-менее единое мнение есть только относительно мясной пищи, яиц, рыбы, алкоголя, кофе, сахара и рафинированных продуктов. Включая в рацион этот список, вы понижаете уровень Ph своего организма. Да и о вреде этих продуктов, помимо влияния на кислотно-щелочной баланс, достаточно много другой информации.
Продукты, повышающие уровень Ph
| Фрукты свежие, спелые | Сильное ощелачивающее воздействие |
| Ягоды свежие, спелые | Сильное ощелачивающее воздействие |
| Овощи свежие | Сильное ощелачивающее воздействие |
| Чернослив | Сильное ощелачивающее воздействие |
| Финики | Сильное ощелачивающее воздействие |
| Изюм | Сильное ощелачивающее воздействие |
| Инжир | Сильное ощелачивающее воздействие |
| Бобовые свежие (горох, нут, чечевица, фасоль, др.) | Среднее ощелачивающее воздействие |
| Некоторые зерновые (амарант, дикий рис, киноа, просо, гречка) | Среднее ощелачивающее воздействие |
| Мёд свежий | Слабое ощелачивающее воздействие |
| Лимон, лимонная вода (без сахара) | Сильное ощелачивающее воздействие |
| Зелёный или имбирный чай | Слабое ощелачивающее воздействие |
| Оливковое масло, оливки | Среднее ощелачивающее воздействие |
| Льняное масло, лён | Среднее ощелачивающее воздействие |
Это список наиболее популярных продуктов питания, которые оказывают ощелачивающее воздействие на организм. Но, не смотря на противоречивую информацию, в отношении щелочной реакции единое мнение сходится только на свежих и спелых фруктах, ягодах и овощах. Одним из наиболее ощелачивающих продуктов считается лимон, но только при условии употребления без сахара. Приём лимонного сока или лимонной воды — это один из самых быстрых способов повысить Ph организма с помощью питания.
Данные о щелочном и кислотном воздействии различных продуктов на организм весьма условны. Они могут быть ошибочными или неточными. Поэтому эту информацию следует проверять на своём опыте. Употребляя регулярно определённый продукт, отслеживайте своё состояние. Смещение баланса Ph в сторону щелочной среды можно определить в домашних условиях по длительность задержки дыхания на выдохе. Выдохните воздух из лёгких и задержите дыхание. Если при выбранной диете вы можете постепенно увеличивать задержку дыхания, то это значит, что рацион ощелачивает организм. Считается, что длительность задержки дыхания на выдохе свыше одной минуты говорит о преобладании в организме щелочной среды. Хотя это тоже не самый точный метод.
Источник
ОТНОШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ К КИСЛОТАМ
Чаще всего в химической практике используются такие
сильные кислоты как серная H2SO4, соляная
HCl и азотная HNO3. Далее рассмотрим отношение различных металлов к
перечисленным кислотам.
Соляная кислота (HCl)
Соляная кислота – это техническое название
хлороводородной кислоты. Получают ее путем растворения в воде газообразного
хлороводорода – HCl. Ввиду невысокой его растворимости в воде,
концентрация соляной кислоты при обычных условиях не превышает 38%. Поэтому
независимо от концентрации соляной кислоты процесс диссоциации ее молекул в
водном растворе протекает активно:
HCl H+ + Cl-
Образующиеся в этом процессе ионы водорода H+ выполняют роль окислителя, окисляя металлы,
расположенные в ряду активности левее водорода. Взаимодействие
протекает по схеме:
Me + HCl соль + H2↑
При этом соль представляет собой хлорид металла (NiCl2, CaCl2, AlCl3), в
котором число хлорид-ионов соответствует степени окисления металла.
Соляная кислота является слабым окислителем, поэтому
металлы с переменной валентностью окисляются ей до низших положительных
степеней окисления:
Fe0→Fe2+
Co0→Co2+
Ni0→Ni2+
Cr0→ Cr2+
Mn0→Mn2+идр.
Пример:
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2↑
2│Al0 – 3e– → Al3+ – окисление
3│2H+ + 2e– → H2 – восстановление
Соляная кислота пассивирует свинец (Pb). Пассивация
свинца обусловлена образованием на его поверхности трудно растворимого в воде
хлорида свинца (II), который защищает металл от дальнейшего воздействия
кислоты:
Pb +
2 HCl → PbCl2↓ + H2↑
Серная кислота (H2SO4)
В промышленности получают
серную кислоту очень высокой концентрации (до 98%). Следует учитывать различие
окислительных свойств разбавленного раствора и концентрированной серной кислоты
по отношению к металлам.
Разбавленная серная кислота
В разбавленном водном
растворе серной кислоты большинство ее молекул диссоциируют:
H2SO4 H+
+ HSO4-
HSO4- H+ + SO42-
Образующиеся ионы Н+
выполняют функцию окислителя.
Как и соляная кислота, разбавленный
раствор серной кислоты взаимодействует только с металлами активнымии средней активности
(расположенными в ряду активности до водорода).
Химическая реакция
протекает по схеме:
Ме + H2SO4(разб.)→ соль + H2↑
Пример:
2 Al
+ 3 H2SO4(разб.) → Al2(SO4)3 + 3 H2↑
1│2Al0
– 6e– → 2Al3+ – окисление
3│2H+ + 2e– → H2 – восстановление
Металлы с переменной
валентностью окисляются разбавленным раствором серной кислоты до низших
положительных степеней окисления:
Fe0→ Fe2+
Co0→ Co2+
Ni0→
Ni2+
Cr0→
Cr2+
Mn0→
Mn2+идр.
Свинец (Pb) не растворяется в серной кислоте
(если ее концентрация ниже 80%), так как образующаяся соль PbSO4 нерастворима и создает на поверхности металла защитную
пленку.
Концентрированная серная кислота
В концентрированном
растворе серной кислоты (выше 68%) большинство молекул находятся в недиссоциированном
состоянии, поэтому функцию окислителя выполняет сера, находящаяся
в высшей степени окисления (S+6). Концентрированная H2SO4 окисляет все металлы, стандартный электродный потенциал которых меньше
потенциала окислителя – сульфат-иона SO42- (0,36 В). В связи с этим, с концентрированной
серной кислотой реагируют и некоторые малоактивные металлы.
Процесс взаимодействия
металлов с концентрированной серной кислотой в большинстве случаев протекает по
схеме:
Me + H2SO4 (конц.) соль
+ вода + продукт восстановления H2SO4
Продуктами
восстановления
серной кислоты могут быть следующие соединения серы:
Практика показала, что при
взаимодействии металла с концентрированной серной кислотой выделяется смесь
продуктов восстановления, состоящая из H2S, S и SO2. Однако, один из этих продуктов образуется в преобладающем
количестве. Природа основного продукта определяется активностью металла:
чем выше активность, тем глубже процесс восстановления серы в серной кислоте.
Взаимодействие металлов
различной активности с концентрированной серной кислотой можно представить
схемой:
Алюминий (Al) и железо (Fe) не реагируют с холодной концентрированной H2SO4, покрываясь плотными оксидными пленками, однако при нагревании реакция
протекает.
Ag, Au, Ru, Os, Rh, Ir, Ptне реагируют с серной кислотой.
Концентрированная серная кислота является сильным
окислителем, поэтому при взаимодействии с ней металлов, обладающих
переменной валентностью, последние окисляются до более высоких степеней
окисления, чем в случае с разбавленным раствором кислоты:
Fe0
→Fe3+,
Cr0→Cr3+,
Mn0→
Mn4+,
Sn0→Sn4+
Свинец (Pb) окисляется до двухвалентного
состояния с образованием растворимого гидросульфата свинца Pb(HSO4)2.
Примеры:
Активный металл
8 A1 + 15 H2SO4(конц.)→4A12(SO4)3
+ 12H2O + 3H2S
4│2Al0 – 6e– →
2Al3+ –
окисление
3│ S6+ + 8e → S2-– восстановление
Металл средней
активности
2Cr + 4 H2SO4(конц.)→
Cr2(SO4)3
+ 4 H2O + S
1│ 2Cr0 – 6e →2Cr3+-
окисление
1│ S6+ + 6e → S0 – восстановление
Металл малоактивный
2Bi + 6H2SO4(конц.)→
Bi2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2
1│ 2Bi0 – 6e → 2Bi3+
– окисление
3│ S6+ + 2e →S4+ –
восстановление
Азотная кислота (HNO3)
Особенностью азотной кислоты является то, что азот,
входящий в состав NO3- имеет высшую степень окисления +5 и поэтому обладает
сильными окислительными свойствами. Максимальное значение электродного
потенциала для нитрат-иона равно 0,96 В, поэтому азотная кислота – более
сильный окислитель, чем серная. Роль окислителя в реакциях взаимодействия
металлов с азотной кислотой выполняет N5+. Следовательно, водород H2 никогда не выделяется
при взаимодействии металлов с азотной кислотой (независимо от
концентрации). Процесс протекает по схеме:
Me + HNO3 соль + вода +
продукт восстановления HNO3
Продукты восстановления HNO3:
Обычно при взаимодействии азотной кислоты с металлом образуется
смесь продуктов восстановления, но как правило, один из них является
преобладающим. Какой из продуктов будет основным, зависит от концентрации
кислоты и активности металла.
Концентрированная азотная кислота
Концентрированным считают раствор кислоты плотностью ρ > 1,25 кг/м3, что соответствует
концентрации > 40%. Независимо от активности металла реакция взаимодействия
с HNO3 (конц.) протекает
по схеме:
Me + HNO3(конц.)
→ соль + вода + NO2
С концентрированной азотной кислотой не взаимодействуют
благородные металлы (Au, Ru,
Os, Rh,
Ir, Pt), а
ряд металлов (Al, Ti,
Cr, Fe,
Co, Ni) при низкой
температуре пассивируются концентрированной азотной кислотой. Реакция
возможна при повышении температуры, она протекает по схеме, представленной
выше.
Примеры
Активный металл
Al + 6HNO3(конц.) → Al(NO3)3
+ 3H2O + 3NO2↑
1│ Al0 – 3e → Al3+ – окисление
3│
N5+ + e
→ N4+ –
восстановление
Металл средней активности
Fe +
6HNO3(конц.) → Fe(NO3)3 + 3H2O
+ 3NO↑
1│ Fe0 – 3e → Fe3+
– окисление
3│
N5+ + e
→ N4+ – восстановление
Металл
малоактивный
Ag + 2HNO3(конц.)
→ AgNO3 + H2O + NO2↑
1│ Ag0 – e →Ag+ –
окисление
1│ N5+ + e → N4+ – восстановление
Разбавленная азотная
кислота
Продукт восстановления азотной кислоты в разбавленном растворе зависит от активности
металла, участвующего в реакции:
Примеры:
Активный металл
8Al +
30HNO3(разб.) → 8Al(NO3)3 + 9H2O
+ 3NH4NO3
8│ Al0 – 3e → Al3+
– окисление
3│
N5+ + 8e
→ N3- –
восстановление
Выделяющийся в
процессе восстановления азотной кислоты аммиак сразу взаимодействует с избытком
азотной кислоты, образуя соль – нитрат аммония NH4NO3:
NH3 + HNO3 → NH4NO3.
Металл средней
активности
10Cr + 36HNO3(разб.)
→ 10Cr(NO3)3 + 18H2O + 3N2
10│ Cr0 – 3e → Cr3+ – окисление
3│ 2N5+ + 10e
→ N20 – восстановление
Кроме
молекулярного азота (N2) при взаимодействии металлов средней активности с
разбавленной азотной кислотой образуется в равном количестве оксид азота
(I) – N2O. В уравнении реакции нужно писать одно из этих
веществ.
Металл малоактивный
3Ag + 4HNO3(разб.) → 3AgNO3 + 2H2O + NO
3│ Ag0 – e →Ag+ –
окисление
1│
N5+ + 3e
→ N2+ –
восстановление
«Царская водка»
«Царская водка» (ранее кислоты называли водками)
представляет собой смесь одного объема азотной кислоты и трех-четырех объемов
концентрированной соляной кислоты, обладающую очень высокой окислительной
активностью. Такая смесь способна растворять некоторые малоактивные металлы, не
взаимодействующие с азотной кислотой. Среди них и «царь металлов» – золото.
Такое действие «царской водки» объясняется тем, что азотная кислота окисляет
соляную с выделением свободного хлора и образованием хлороксида азота (III),
или хлорида нитрозила – NOCl:
HNO3 + 3 HCl →
Cl2 + 2 H2O + NOCl
Хлорид нитрозила далее разлагается по схеме:
2 NOCl →
2 NO + Cl2
Хлор в момент выделения состоит из атомов. Атомарный
хлор является сильнейшим окислителем, что и позволяет «царской водке»
воздействовать даже на самые инертные «благородные металлы».
Реакции окисления золота и платины протекают согласно
следующим уравнениям:
Au + HNO3 + 4 HCl → H[AuCl4] + NO + 2H2O
3Pt + 4HNO3 + 18HCl → 3H2[PtCl6] + 4NO + 8H2O
На Ru, Os, Rh и Ir «царская водка» не действует.
© Е.А. Нуднoва, М.В. Андрюxова
К оглавлению
Источник