鐵與硝酸的化學(xué)反應(yīng)
化學(xué)先生 / 2019-05-23
鐵在稀硝酸中能很快反應(yīng)溶解，而在濃硝酸中卻不但不發(fā)生什么反應(yīng)，甚至能作為容器和管道，盛放和輸送濃硝酸。這種現(xiàn)象人們把它叫做鈍化(或鐵的鈍態(tài))。那么，鐵為什么會(huì)呈鈍態(tài)，又是誰最先仔細(xì)地研究了這鈍化現(xiàn)象的呢?
最先研究這種現(xiàn)象的是邁克爾?法拉第。1820年前后，法拉第剛剛進(jìn)入而立之年，在一位慷概出資的企業(yè)家的贊助下，法拉第開始了對鋼鐵腐蝕和防護(hù)問題的研究工作。當(dāng)他把一個(gè)較純的鐵塊放在濃硝酸(70％)里面時(shí)，注意到鐵與濃硝酸并不反應(yīng);而把這鐵塊放入稀硝酸中，則很容易發(fā)生反應(yīng)，而且反應(yīng)激烈。
法拉第想，稀硝酸總是可以用濃硝酸稀釋得到的，濃硝酸稀釋到怎樣的濃度就反應(yīng)了呢?他做了如下實(shí)驗(yàn):先把一小塊純鐵浸入盛有70％的濃硝酸的小燒杯中(室溫條件)，鐵與濃硝酸不發(fā)生反應(yīng):再用滴管緩慢地向這燒杯中加入蒸餾水，(濃硝酸溶解時(shí)不放大量熱，可以這樣做。用濃硫酸就不行)直加到溶液體積是原來酸液的2倍，濃度約35％，鐵與這稀釋后的硝酸還是沒什么變化。他想:35％的濃度該不算濃了，上次用35％的稀硝酸與鐵反應(yīng)，反應(yīng)還很劇烈，怎么現(xiàn)在還沒有動(dòng)靜呢?
他査了一下實(shí)驗(yàn)記錄，記錄上分明記著上次用鐵與35％硝酸實(shí)驗(yàn)時(shí)是限快反應(yīng)的。為什么從70％慢慢降為35％就不反應(yīng)了呢?這是怎么回事?他看著這小小的燒杯，納悶了。
他拿起玻璃棒，想翻動(dòng)一下鐵塊，看看它是否出了什么毛病。當(dāng)他剛用玻璃棒的尖端觸到鐵塊時(shí)，燒懷里發(fā)生了異?，F(xiàn)象一一那鐵塊像從睡夢中突然覺醒了似的，急速地反應(yīng)起來，與他記錄的用鐵與稀硝酸反應(yīng)的現(xiàn)象沒有多大差別。就這樣，這種奇異的鈍態(tài)和酸液變稀后經(jīng)觸動(dòng)又會(huì)解除鈍態(tài)的現(xiàn)象被法拉第發(fā)現(xiàn)了。人們稱這個(gè)實(shí)驗(yàn)為法法拉第(1791-1867)拉第鈍化實(shí)驗(yàn)。
鈍化現(xiàn)象自發(fā)現(xiàn)至今雖然已很多年了，但對鈍化現(xiàn)象的解釋卻至今還不完全，今天人們對此有幾種說法:一是氧化膜理論，即強(qiáng)氧化性酸將鐵(或鋁)氧化生成一層雖薄卻很致密的氧化膜，阻止了鐵塊內(nèi)部繼續(xù)與酸反應(yīng)，這膜一經(jīng)尖物刺破，便與稀硝酸反應(yīng)了;另一種則是吸附理論，認(rèn)為鐵等金屬可吸附氧氣，形成單分子氧氣層，從而才形成鈍態(tài)。鈍化現(xiàn)象究竟是怎么一回事呢?還有待進(jìn)一步探索。
眾所周知，金屬的腐蝕是極其可怕的，它直接地從我們身邊奪去很多金屬，使大件大件的機(jī)器設(shè)備報(bào)廢;它造成的跑、冒，滴、漏更不知會(huì)造成多少爆炸、火災(zāi)、沉船、污染事故。能否使更多金屬(現(xiàn)在還包括非金屬、合成材料等)自己或人為地飩化起來，避免上述這些損失呢?這正成為世界反腐蝕化學(xué)家們的主攻方向。
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