氨水对金属的腐蚀原理

我国工业液氨质量标准为NH3%，H2O%，小议氨水对金属的腐蚀作用江敏南京金陵中学化学教研组组长2006年人民教育出版社出版发行的《全日制普通高级中学教科书(必修加选修)化学》第二册第一章第二节“氨铵盐”中对“氨的化学性质”有这样的描述：“氨水对许多金属有腐蚀作用，所以不能用金属容器盛装”。学生对这句话无法理解，甚至很多教师也深感迷惑：第一，氨水不是较强的氧化剂，不能与金厲发生化学反应而腐蚀金属；第二，根据电化腐蚀的基本条件，一些金属在酸性环境中可发生析氢腐蚀，一些金属在中性或弱酸性环境中可发生吸氧腐蚀。氨水是弱碱，金属是怎样被腐蚀的呢这得从氨水的组成成分、氨分子的结构特点说起。氨的水溶液叫做氨水。氨溶于水时，大部分NH3与H2O通过氢键结合，形成一水合氨，一水合氨可以部分电离成NH4＋和OH－，所以氨水显弱碱性。氨溶于水的过程中存在着下列可逆反应：NH3＋H2ONH3•H2ONH4＋＋OH－，所以，氨水是由H2O、NH3•H2O、NH3、NH4＋、OH－和极少量H＋组成的混合物。在氨分子中，氮原子是以不等性sp3杂化成键的。在四个杂化轨道中有三个轨道和三个氢原子结合形成三个σ共价键，另一个轨道为不成键的孤电子对所占有。由于孤对电子的排斥作用，使键角为106.75°，氨分子的几何构型呈三角锥形。其中氮原子有孤电子对，可以和具有空轨道的分子或离子形成配位键，得到各种形式的氨合物，比如二氨合银络离子、四氨合铜(Ⅱ)络离子等。氨水能腐蚀金属有三个原因：一是金属与金属离子存在双电平衡；二是氨分子可以与许多金属离子形成稳定的配离子；三是大气中含有大量的氧分子。具体地说，是由于氨可以与许多金属离子形成比较稳定的配离子，所以会使金属离子与金属单质之间的标准电极电势降低，从而使金属更容易被氧化而发生腐蚀现象。例如，氨水腐蚀金属铜的过程可表示为：2Cu＋8NH3•H2O＋O2=2[Cu(NH3)4](OH)2＋6H2O值得注意的是，液氨溶解活泼金属的反应与氨水对金属的腐蚀在反应机理上是不相同的。液态氨有微弱的电离作用：2NH3(液)NH4＋＋NH2－这个平衡的离子积常数是：[NH4＋][NH2－]=×10-30(在223K时)液氨能溶解碱金属和钙、锶、钡，生成含有高度流动电子的蓝色溶液，这个溶液能传导电流。一般认为在这个溶液中生成了电子的氨合物和金属离子。Na＋xNH3(液氨)=Na＋＋e-•xNH3e-•xNH3不稳定，会逐渐褪色放出氢气，生成金属氨合物：e-•xNH3→1/2H2＋NH2－液氨只能与活泼的金属反应，在此过程中，NH3表现出弱的氧化性。而氨水对金属的腐蚀作用中，氨分子本身没有发生氧化还原反应，真正腐蚀金属的是大气中的氧分子，NH3只是介质，其作用是使得腐蚀更容易进行。总之，氨水对许多金属如铝、铁、铜等都有腐蚀作用，所以不能用金属容器盛装氨水，一般情况下，氨水盛装在橡皮袋、陶瓷坛或内涂沥青的铁桶里。