واکنش آلومینیوم اکسید با آب چیست

مقدار آلومینیوم در آب دریا تقریباً بین ۰/۱۳۳ تا ۵ ppb متغیر است. آلومینیوم عمدتا به صورت Al۳ + (aq) در شرایط اسیدی و به عنوان Al (OH) ۴- (aq) در شرایط خنثی تا قلیایی ظاهر می شود. اشکال دیگر شامل AlOH۲ + (aq) en Al (OH) ۳ (aq) است.
نحوه واکنش آلومینیوم با آب
فلز آلومینیوم به سرعت یک لایه نازک از اکسید آلومینیوم چند میلی متری ایجاد و از واکنش فلز با آب جلوگیری می کند. با خوردگی این لایه، واکنشی ایجاد و گاز هیدروژن بسیار قابل اشتعالی آزاد میشود. کلرید آلومینیوم در آب هیدرولیز و در تماس با هوا باعث ایجاد غبار میشود، زیرا اسید کلریدریک هنگام واکنش با بخار آب تشکیل می دهد. یون های آلومینیوم موجود در سایر ترکیبات نیز هیدرولیز می شوند و این کار تا زمانی که بار کاتیونی تمام شود، ادامه می یابد و با تشکیل هیدروکسید، واکنش پایان می یابد.

حلالیت آلومینیوم و ترکیبات آن

فراوانترین ترکیبات آلومینیوم، اکسید آلومینیوم و هیدروکسید آلومینیوم هستند که محلول در آب نیستند. اکسید آلومینیوم ممکن است به صورت قلیایی و نیز اسیدی در آب وجود داشته باشد. یک نمونه از ترکیبات آلومینیوم محلول در آب، سولفات آلومینیوم با حلالیت آب ۳۷۰ گرم در لیتر است.
اکسید آلومینیوم در آب محلول نیست. فلز آلومینیوم سریعاً با لایه نازکی از اکسید آلومینیوم با ضخامت چند میلی متر پوشیده میشود که از واکنش مابقی فلز با آب جلوگیری میکند؛ با از بین رفتن این لایه، واکنشی آغاز که طی آن گاز هیدروژن قابل اشتعال آزاد میشود.
کلرید آلومینیوم در آب هیدرولیز میشود و در معرض هوا باعث ایجاد قطرات رطوبت میشود که علت آن تشکیل هیدرو کلریک اسید طی واکنش با بخار آب است. یون آلومینیوم در ترکیبات دیگر نیز هیدرولیز شده که باعث شکل گیری واکنش های پی در پی میشود. این واکنش ها با تشکیل هیدروکسید آلومینیوم به پایان میرسند.
آلومینیوم اکسید و آلومینیوم هیدروکسید بیشترین ترکیبات آلومینیوم را تشکیل می دهند که قابل انحلال در آب نیستند. آلومینیوم اکسید در آب هم دارای خصلت قلیایی و هم خصلت اسیدی است. از املاح محلول آلومینیوم میتوان آلومینیوم سولفات، برمات، برومور، کلرات، کلرور، یدور و نیترات را نام برد.
آلومینیوم در اسید حل شده باعث تشکیل نمک میشود؛ در اسید کلریدریک به آسانی حل و در اسید سولفوریک رقیق به آهستگی و در اسید سولفوریک گرم و غلیظ و هیدروکسید سدیم با سرعت حل میشود ولی در اسید نیتریک انحلال پذیر نیست.

اثرات زیست محیطی آلومینیوم در آب

آلومینیوم میتواند از طرق مختلف بر روی زندگی خشکی و آبزی تأثیر منفی بگذارد. غلظت معمول آلومینیوم در آب های زیرزمینی در حدود ۰.۴ ppm (تعداد ذرات در میلیون) است، زیرا در خاک ها به عنوان هیدروکسید نامحلول در آب یافت میشود. یونهای Al۳ + محلول برای گیاهان سمی هستند. اینها بر ریشه تأثیر گذاشته و میزان مصرف فسفات را کاهش می دهند. هنگامی که مقادیر pH افزایش می یابد، آلومینیوم حل می شود؛ این امر ارتباط بین باران های اسیدی و غلظت آلومینیوم خاک را توضیح می دهد. آلومینیوم برای گیاهان یک نیاز غذایی محسوب نمیشود، اما ممکن است روی رشد برخی از گونه ها تأثیر مثبت بگذارد. باران اسیدی مواد معدنی موجود در خاک را حل و این مواد را به منابع آبی منتقل می کند که خود ممکن است باعث افزایش غلظت آلومینیوم در رودخانه ها و دریاچه ها شود. آلومینیوم به طور طبیعی در آبها با غلظت بسیار کم وجود دارد. غلظت های بالاتر حاصل از فاضلابهای معدنی بر آبزیان تأثیر منفی میگذارد. آلومینیوم برای ماهیان در آبهای اسیدی و بدون بافر سمی است.

از کدام فناوری های تصفیه آب می توان برای حذف آلومینیوم از آب استفاده کرد؟

آلومینیوم ممکن است با استفاده از تبادل یونی یا انعقاد و یا لخته شدن از آب خارج شود. نمک های آلومینیوم در تصفیه آب برای واکنش های ته نشینی استفاده می شود. افزودن سولفات آلومینیوم و آهک به آب باعث تشکیل هیدروکسید آلومینیوم و در نتیجه منجر به نشست آلاینده ها می شود. هیدروکسید در آب محلول نیست، بنابراین تنها ۰.۰۵ ppm آلومینیوم محلول باقی می ماند.
تولید هیدروژن از واکنش آلومینیوم با آب و سدیم هیدروکسید
فلز آلومینیوم یک فلز بسیار فعال است. آلومینیوم به محض قرار گرفتن در معرض هوا و رطوبت به سرعت اکسید و باعث ایجاد یک لایه اکسید آلومینیوم بر روی سطح آن میشود. لایه اکسید آلومینیوم از واکنش و اکسید شدن مابقی آلومینیوم جلوگیری می کند. درصورت قرار گرفتن آلومینیوم درون محلول سدیم هیدروکسید (محلول سود پرک یا سود مایع) لایه اکسید تشکیل‌شده بر روی سطح آلومینیوم با سود مایع واکنش داده و از بین می رود. پس از این مرحله واکنش سدیم هیدروکسید (سود سوزآور) و آلومینیوم آغاز می شود. این واکنش بسیار گرماده بوده و باعث تشکیل گاز هیدروژن قابل اشتعال میشود.