Die Reaktionen von Aluminium und Säuren
Aluminium wird in der Leichtmetallindustrie für Fahrzeuge genutzt und reagiert je nach Säure unterschiedlich. Salzsäure löst Aluminium auf, während Salpetersäure eine schützende Oxidschicht bildet. Erfahre mehr über diese Reaktionen und ihre Anwendungen. Neugierig geworden? Lest weiter im folgenden Text!
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Grundlagen zum Thema Die Reaktionen von Aluminium und Säuren
Aluminium im Alltag – Chemie
Du kennst Aluminium vor allem als Verpackungsmaterial, z. B. in Form von Alufolie. Es kommt aufgrund seiner geringen Masse in der Leichtmetallindustrie, insbesondere im Fahrzeugbau, oft zum Einsatz und zählt somit zu den wichtigsten Leichtmetallen. Aluminium gehört zu den unedlen Metallen, es ist also sehr reaktionsfreudig und geht schnell Verbindungen mit Sauerstoff ein, doch auch mit Säuren reagiert es sehr gern. Im folgenden Text erfährst du, um welche Säuren es sich dabei handelt und was dies für Auswirkungen auf den Gebrauch von Aluminium hat.
Aluminiumreaktionen mit Säuren – Beispiele
Bringt man Aluminium mit Salzsäure in Verbindung, löst sich das Metall sehr schnell unter Bildung von Gasblasen auf. Legt man hingegen ein Stück Alufolie in Schwefelsäure, ist keinerlei Reaktion erkennbar. Worin besteht also der Unterschied? Schauen wir uns dazu die ablaufenden Prozesse genauer an.
Aluminium und Salzsäure
Die Reaktion von Aluminium mit Salzsäure läuft nach folgender Gleichung ab:
$\ce{2 Al + 6 HCl -> 2 Al3+ + 6Cl- + 3 H2 ^ }$
Das Aluminium löst sich auf und Wasserstoffgas entweicht.
Aluminium und Salpetersäure
Bringen wir hingegen Aluminium und Salpetersäure zueinander, passiert von außen betrachtet nichts. Schaut man sich das Ganze jedoch von Nahem an, erkennt man, dass sich auf dem Aluminium eine schützende Oxidschicht gebildet hat. Die Dicke dieser Schicht wird durch den Kontakt mit der Säure sogar noch erhöht und führt so zu einem höheren Schutz. Man nennt diesen Vorgang auch Passivierung. Was ist also der Unterschied in der Reaktion zwischen Salzsäure und Salpetersäure mit Aluminium?
Reaktionen von Aluminium mit Säuren
Säuren können reduzierend und oxidierend sein. Reduzierende Säuren sind eher schwache Säuren, die nicht in der Lage sind, Sauerstoff abzuspalten. Oxidierende Säuren hingegen dissoziieren vollständig, wobei der entstehende Säurerest zusätzlich oxidierend wirkt. Dadurch sind diese Säuren in der Lage, auch edlere Metalle zu oxidieren.
Bei der Salzsäure $\ce{HCl}$ handelt es sich um eine reduzierende Säure. Diese reagiert sehr schnell mit Aluminium. Salpetersäure $\ce{HNO3}$ hingegen ist eine oxidierende Säure.
An der Luft bildet Aluminium eine dünne Oxidschicht an seiner Oberfläche, da es sofort mit der Luft reagiert. Diese wird durch den Kontakt mit Salpetersäure noch dicker und schützt das Metall so vor weiterer Korrosion durch die Säure.
Reaktion von Aluminium und Säure im Alltag
Aluminium wird sehr häufig als Verpackungsmaterial eingesetzt. Wie du gesehen hast, kann es aber bei Kontakt mit Säuren zu Reaktionen kommen. Du solltest also darauf achten, dass du stark säurehaltige Lebensmittel (z. B. Zitrone) nicht direkt mit Aluminium in Berührung kommen lässt, da beispielsweise Zitronensäure Aluminium aus der Folie löst, es dann durch die Nahrung aufgenommen wird und das Metall in großen Mengen schädigend auf biologische Prozesse im Körper wirken kann. Daher ist es ratsam, Salate und Früchte anderweitig zu verpacken.
Reaktion von Aluminium und Säure – Anwendung
Wie du bereits gesehen hast, bildet Aluminium bei Kontakt mit Salpetersäure eine schützende Oxidschicht. Dieser Prozess der Passivierung wird auch in der Technik eingesetzt, um das Metall vor Korrosion zu schützen.
Doch auch mit starken Basen reagiert Aluminium unter Entstehung von Wasserstoffgas. Dies macht man sich beispielsweise bei Rohrreinigern zunutze. Unter Zugabe von Wasser werden hartnäckige Verstopfungen durch das frei werdende Gas gelockert, die Natronlauge zersetzt die festsitzenden organischen Bestandteile in den Leitungen.
Folgende Reaktionen laufen dabei ab:
$\ce{Aluminiumoxid + Natronlauge -> Na+ + Aluminat- }$ (mit Aluminat: $\ce{[Al(OH)4]-}$)
Die Aluminiumoxidschicht wird von der Natronlauge aufgelöst.
$\ce{2 Al + 6 H2O -> 2 Al(OH)3 + 3 H2 ^ }$
Das Aluminium reagiert zu Aluminiumhydroxid unter Bildung von Wasserstoffgas. Da Wasserstoffgas entzündlich ist, ist die Verwendung von Natronlauge zur Rohrreinigung nicht ungefährlich.
Das Video Die Reaktionen von Aluminium und Säuren
In diesem Video lernst du, dass Aluminium mit einigen Säuren stark und mit anderen wiederum nicht reagiert. Du erfährst, warum dies so ist und wie man sich die Reaktion von Aluminium mit Säuren zunutze macht oder wo diese an anderer Stelle eher nicht erwünscht ist. Im Anschluss an das Video kannst du nun dein neu erworbenes Wissen anhand von Übungen weiter festigen. Viel Spaß!
Transkript Die Reaktionen von Aluminium und Säuren
Wir füllen einige Schnipsel Aluminiumfolie in ein Reagenzglas und geben etwas Salzsäure dazu. Schon bald entwickeln sich kleine Gasbläschen an der Aluminiumoberfläche. Nach einer Weile löst sich das Aluminium vollständig in der Säure. Untersuchen wir die entstehenden Produkte. Hierzu fangen wir das aus der Flüssigkeit sprudelnde Gas auf. Um welches Gas könnte es sich handeln? Wir führen eine Knallgasprobe durch. Am charakteristischen Pfeifen erkennen wir, dass es sich um Wasserstoff handelt. Die übrig gebliebene Flüssigkeit wird eingedampft. In der Abdampfschale bleibt ein kristalliner Stoff zurück, Aluminiumchlorid. Aluminium und Salzsäure reagieren also zu Aluminiumchlorid und Wasserstoff. Wir wiederholen denselben Versuch mit hochkonzentrierter Salpetersäure und Schwefelsäure. Obwohl Salpetersäure und Schwefelsäure sehr starke Säuren sind, passiert scheinbar nichts. Wie kommt das? Schwefelsäure und Salpetersäure enthalten Sauerstoff und haben eine oxidierende Wirkung. Aluminium wiederum ist ein starkes Reduktionsmittel, und so kommt es zu einer Redoxreaktion, in dessen Verlauf die Oxidschicht des Aluminiums dicker wird. Da die Oxidschicht, wie wir bereits wissen, sehr kompakt und sehr stark haftend ist, verhindert sie nach einer Weile ein weiteres Vordringen der Säure zum Metall. Die Reaktion kommt zum Erliegen. Man nennt diesen Vorgang auch die Passivierung von Aluminium, weil die schützende Oxidschicht des Metalls verstärkt wird und damit weitere chemische Reaktionen deutlich erschwert werden. Welche Bedeutung hat das Verhalten von Aluminium gegenüber Säuren für unser tägliches Leben? Nun, wir verwenden Aluminium als Verpackungsmaterial z.B. in Form der bekannten Alufolie. Konkrete Gesundheitsgefährdungen durch Aluminium sind nicht bekannt, dennoch sollten wir für säurehaltige Produkte wie z.B. Früchte und Salate Klarsichtfolie vorziehen. Aufgrund der Reaktion von Aluminiumfolie auf säurehaltige Lebensmittel sollten jedoch angeschnittene Früchte nicht in Aluminiumfolie gewickelt werden. Wir geben diesmal anstelle einer Säure Natronlauge zu unseren Folienschnipseln. Zunächst langsam, aber später heftiger reagiert das Aluminium auch mit der Natronlauge. Wiederum entsteht ein Gas. Wir fangen es wie vorhin auf und untersuchen es mit der Knallgasprobe. Und wieder handelt es sich um Wasserstoff. Was ist passiert? Zunächst wird in einem ersten Schritt die Aluminiumoxidschicht von der Natronlauge gelöst. Es entstehen Natriumionen und sogenanntes Aluminat, die beide in Lösung gehen. Danach kann das Wasser der Natronlauge das blanke Aluminium angreifen. Es reagiert in diesem Fall als Säure, und es entsteht Aluminiumhydroxid und Wasserstoff. Das Aluminiumhydroxid wiederum reagiert mit Natronlauge zu Natriumionen und, wie schon das Aluminiumoxid, zu Aluminat. Die Reaktion von Natronlauge mit Aluminium hat ebenfalls praktische Bedeutung. Häufig mischt man Rohrreinigern Aluminium bei. Solange kein Kontakt mit Wasser erfolgt ist, reagieren Natriumhydroxid und Aluminium nicht miteinander. Gibt man aber ein Gemisch der beiden Stoffe in Wasser, setzt heftiges Sprudeln ein. Aus Natriumhydroxid und Wasser bildet sich Natronlauge, die wiederum das Aluminium unter Abgabe von Wasserstoff löst. Das Sprudeln soll für eine Lockerung der im Rohr festsitzenden Verunreinigungen sorgen, während die Natronlauge die organischen Bestandteile der Verstopfung löst. Derartige Rohrreiniger sind nicht ungefährlich, da der entstehende Wasserstoff leicht entzündlich ist. Mitunter findet man Aluminium übrigens auch in Laugengebäck. Das kommt daher, weil das Gebäck in der Bäckerei auf Aluminiumblechen gebacken wird. Laugenbrezeln werden, wie der Name andeutet, vor dem Backen mit verdünnter Natronlauge, Kochsalzlösung, bestrichen, die schon mal auf das Blech tropfen und ein wenig von dessen Aluminium auflösen kann. Dieses gelangt dann über die Brezel in nur sehr geringer Menge in unsere Nahrung.
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