Frage von Kokoroso, 783

Wie reagieren Metalle auf Natronlauge?

Ich habe einen Versuch durchgeführt, in dem ich die Metalle Mg, Cu, Zn und Pt mit NaOH (15%) vermischt habe. Dabei hat keiner der Stoffe reagiert und es entstand bei jedem ein homogenes Gemisch. Bei Cu und Pt hat mich das auch nicht überrascht aber bei den anderen schon. Nun denke ich mir, dass die Reaktionen stark endotherm sind. Meine Vermutung wäre, dass die Reaktion von Zink beispielsweise mit NaOH so aussieht: Zn + 2NaOH + 2H2O ---> Na2[Zn(OH)4] + H2

Meine Fragen wären nun: Stimmt diese Reaktionsgleichung? Und wie sieht sie bei den anderen Metallen aus? Reagieren Kupfer und Magnesium (Platin eher nicht) bei höheren Temperaturen überhaupt?

Expertenantwort
von indiachinacook, Community-Experte für Chemie, 600

Eigenartig, bei Zink hätte ich erwaret, daß es sich löst, und zwar genau nach der von Dir vorgeschlagenen Gleichung

Zn + 2 OH⁻ + 2 H₂O ⟶  [Zn(OH)₄]²⁻ + H₂

Das kann man in zwei Halbreaktionen aufdröseln. Das Zinkat-Zink-Potential ist lt. Wikipedia −1.199 V, und das H₂O/H₂-Potential (in alkalischer Lösung) −0.8277 V. Die Reaktion sollte also klappen. Wie schnell die Reaktion abläuft, hängt aber von der Ober­­fläche des Zinks ab; wenn da eine Oxid­schicht dran­klebt, dann könnte die Reaktion lang brauchen. Hast Du erhitzt?

Pt und Cu sind natürlich völlig unreaktiv. Bei Cu könnte es mit Luft­sauer­stoff zu einer (sehr langsamen) Reaktion kommen, aber mehr als eine an­haftende Oxid- oder Hydroxid­schicht kommt sicher nicht raus (ich bin zu faul, um die Potentiale nach­zurech­nen).

Magnesium ist unedel (−2.70 V) und reagiert also, aber das das Oxid nicht lös­lich und daher kommt die Reaktion zum Erliegen, sobald das Mg mit einer Oxid­schicht geschützt ist.

Dabei hat keiner der Stoffe reagiert und es entstand bei jedem ein homogenes Gemisch.

Das verstehe ich nicht. Wenn es nicht reagiert, dann sollten Metallstücke in der Lauge liegen. Sowas ist doch nicht homogen.

Kommentar von Kokoroso ,

Danke für die schnelle Antwort :)

Ich habe kein Mal erhitzt. Und warum sollte es bei Zink zu einer Reaktion kommen aber bei Mg nicht? Liegt es daran, dass Mg mit grösserer Wahrscheinlichkeit eine Oxidschicht hat, da es unedler ist?

Und ich meinte selbstverständlich heterogen, tut mir leid...

Kommentar von indiachinacook ,

Der Hauptgrund ist, daß Zinkhydroxid/oxid in Lauge löslich ist. Deshalb kann sich oberflächlich gebildetes Zn(OH)₂/ZnO in der Lauge auflösen und das darunterliegende Zn-Metall dem weitem Angriff der Lauge aussetzen. Leider kann man nicht voraussagen, wie schnell das geht; es kann immer noch so langsam sein, daß man praktisch nichts davon bemerkt. In der Hitze sollteschneller gehen als in der Kälte.

Mg(OH)₂/MgO löst sich dagegen nicht, daher hat es eine gute Chance, einen fest anliegenden Schutz­panzer zu bilden, der das Mg-Metall vor der an­greifen­den Lauge schützt. Von seinem Standard­reduktions­potential sollte Mg-Metall mit reinem Wasser reagieren (genauso wie Na und Ca), aber die Oxidschicht verhindert das.

Kommentar von Kokoroso ,

Findet bei Magnesium also keine Reaktion statt? Ach ja und bei deiner Antwort hast du eine andere Reaktionsgleichung, ist diese: 
Zn + 2NaOH + 2H2O ---> Na2[Zn(OH)4] + H2
 nun falch oder richtig?

Kommentar von indiachinacook ,

Wir haben doch genau dieselbe Reaktions­gleichung geschrieben (ich habe das Na⁺ weggelassen, weil die Ionen in Lösung getrennt sind, Du hast es als Salz an­geschrieben, aber das ist kein wesent­licher Unter­schied).

Mg-Stücke, die an der Luft herumliegen, überziehen sich mit einer Oxid­schicht, daher werden sie mit Wasser oder Lauge nicht reagieren (sehr wohl mit Säure, weil sich das MgO darin auflöst). Wenn Du Deine Mg-Stücke vor dem Experiment anfeilst, so daß sie blank sind, dann reagieren ein paar Atome an der Oberfläche, bis wieder genug Oxid da ist, dann hört die Reaktion auf.

Antwort
von Iamiam, 458

richtiger Befund. Von den genannten Metallen bildet keines lösliche Hydroide, die Reaktion stoppt unmittelbar nach Bildung einer dünnen Oberflächenschicht.

Versuch das gleiche mal mit Al-Grieß. Al bildet nämlich bei hohen pH-Werten lösliches Aluminat und reagiert deshalb "durch".

Da diese Reaktion gleichmäßiger verläuft als andere Metalle mit Säure, hat man so zumindest früher H2-Gas für Groß-Ballone hergestellt.

Kommentar von indiachinacook ,

Überzeugt mich nicht wirklich, weil Zinkhydroxid amphoter ist.

Kommentar von Iamiam ,

vllt geht Zink sogar, aber recht langsam? Hab solche Einzelheiten nicht mehr im Kopf! Weiß nur noch, dass Zink mit NH3 komplexiert wird und so in Lösung geht (Zink-Kohle-Batterie), was wiederum Al nicht macht.

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