Proef 07   Kan aluminium roesten?
april 2012

Benodigde chemicaliën en spullen:


 Proef07a.jpg
Alumiumfolie en -plaatje waar vlokken oxide afkomen.
Gedemineraliseerd water (H2O):ca 10 mL
Salpeterzuur 53% (HNO3): 1,1 gram
Kwik(II)oxide (HgO):1 gram
Aluminium plaatje (Al):ca. 5 x 4 cm2
Reageerbuis:2
Flesje met druppelpipet:20 mL

Gebruik handschoenen want kwikverbindingen zijn giftig! Salpeterzuur is erg agressief!

Voorbereiding:
Doe 1,1 gram 53% salpeterzuur (bij andere concentraties de hoeveelheid omrekenen) in een reageer­buis. Leng met gedemineraliseerd water aan tot ca 10 mL. Doe 1 gram kwik(II)oxide in de andere reageerbuis. Voeg het verdunde salpeterzuur daarbij. Doe een rubberstop op de buis en schud stevig. Laat een tijdje staan en schud opnieuw. Filtreer als de oplossing niet helder is.
Schenk het heldere filtraat in een klein flesje met druppelpipet. Zulke flesjes zijn bij een goede drogist verkrijgbaar. Er zit nu een oplossing van 10 à 15% kwik(II)nitraat (Hg(NO3)2) in het flesje. Doe er een etiketje op.
Zaag of snijd een stukje aluminiumplaat af. De afmetingen komen niet nauw. Je kunt ook aluminium­folie enige malen stevig opvouwen. Het beste is gietaluminium, maar dat is zelden verkrijgbaar; platen en folie zijn doorgaans gewalst. Schuur het alumiumium even met fijn schuurpapier zodat vloeistof niet zo'n grote druppels vormt.

Uitvoering van de proef:

Houd het aluminium vast en doe er een paar druppels van de oplossing op. Verspreid de vloeistof enigszins. Zodra die is opgedroogd, beginnen er grijze vlokken van het aluminium af te komen. Dat is aluminiumoxide (Al2O3). En het aluminium wordt gloeiend heet. Het "roest" in hoog tempo.

Verklaring:

Aluminium is een zeer onedel metaal en reageert daarom erg gemakkelijk met zuurstof. Echter, net als bij ijzer en andere onedele metalen, vormt zich daardoor een flinterdun laagje oxide op het oppervlak. Dat laagje laat, in tegenstelling tot andere metaaloxiden, geen zuurstof door, dus het roesten gaat niet verder. Het lijkt dus of aluminium niet kan roesten.
Maar het kwiknitraat reageert met het aluminiumoxide dat daardoor zijn beschermende kracht verliest. Er vormt zich ogenblikkelijk nieuw oxide, maar ook dat wordt door het kwiknitraat verwijderd. Zo gaat het roesten in hoog tempo verder. Grote wolken aluminiumoxide ontstaan door deze verbranding die natuurlijk ook veel warmte produceert.

Na afloop van de proef:

Het restant kwik(II)nitraat kun je goed opgeborgen (pas op, giftig!) bewaren om de proef te herhalen. Anders, net als de rest van het afval, in plastic wikkelen, "kwikhoudend" opschrijven, en bij de milieu­straat inleveren.

Nadere beschouwingen van de M.S.

  • Bij het maken van het kwik(II)nitraat is het van belang dat de hoeveelheden overeenstemmen voor de reactie
    HgO + 2 HNO3 → Hg(NO3)2 + H2O
    De aangegeven hoeveelheden zijn juist binnen de foutenmarges van het afwegen. Als de vloeistof niet helder wordt, komt dat doordat er een overmaat(je) HgO is gebruikt, of doordat de reactie nog niet voltooid is. Om dat laatste uit te sluiten, laat je de reageerbuis met de stoffen een nacht staan met een dopje erop. Filtreren verwijdert vervolgens een eventuele overmaat HgO.
    Om zeker te weten dat er geen overmaat salpeterzuur gebruikt is, neem je dus liever wat teveel HgO.

  • De berekenening van de juiste hoeveelheden gaat/ging als volgt. In de juiste massaverhouding is dit (Binas, tabel 98) als 216,6 : (2 x 63,01) = 216,6 : 126,02. Bij 1 gram HgO is dus 216,6 keer zo weinig als 126,02 gram HNO3 nodig: 0,576 gram HNO3. Je hebt 1,1 gram 53% HNO3 toegevoegd; dat is 0,53 x 1,1 = 0,583 gram. Dat is dus 0,583 - 0,576 = 0,007 gram = 7 mg HNO3 teveel: een zeer geringe overmaat. Dat kan niet echt kwaad in het druppelflesje. Tenzij de reactie niet volledig was, dan zit er meer HNO3 in het filtraat en HgO in het filter. Beter een nachtje over laten staan dus.
    De massaverhouding (Binas, tabel 98) HgO : Hg(NO3)2 = 216,6 : 324,6. Dus 1 gram HgO levert 1,48 gram Hg(NO3)2. Dit zit in ca 10 mL water. Het massapercentage Hg(NO3)2 hierin is derhalve: (1,48/(1,48+10,0)=0,129 ofwel 12,9%.

  • Vasthouden van het aluminium is uit de tijd dat deze proef als grap werd uitgehaald met nieuwe laboranten die dan tot hun schrik bemerkten dat het aluminium dat zij in hun handen hielden, gloeiend heet werd!! In deze proef kan het ook veilig in een bakje liggen.

  • Het beschermend laagje Al2O3 is zó dun dat het metaal er doorheen schijnt. Daardoor lijkt het dus dat aluminium niet kan "roesten".

  • Uit een encyclopedie kan de volgende verklaring worden gehaald:
    Aluminium is een zeer reactief metaal dat echter beschermd wordt door een huidje van zijn eigen oxide aan de lucht. Wanneer kwik in contact komt met aluminium vormt zich echter aluminiumamalgaam. Vanuit het amalgaam kan aluminium ook oxideren, en er vormt zich aluminiumoxide aan de buitenkant. Dit oxide laat los waardoor meer amalgaam blootgesteld wordt en meer oxide gevormd wordt. Het kwik blijft achter en tast meer aluminium aan, net zolang tot het aluminium op is. Zo kan een kwikdruppel zich door een stuk aluminium heen "vreten". Contact met het oxidelaagje kan op zich geen kwaad, maar een klein krasje dat zuiver aluminium blootlegt is al genoeg om bovengenoemd proces te doen beginnen.
    Zie Binas, tabel 48. Het Hg2+ kan met het aluminium overgaan in Hg, vrij kwik, dat amalgaam kan vormen etc.