Номер 6, страница 235 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

6. На рисунке 124 приведена микрофотография нитевидных кристаллов никеля, выращенных в пористом оксиде алюминия. Такие металлические нити обладают высокой прочностью — они не гнутся и не ломаются. Предложите химический способ очистки этих кристаллов от оксида алюминия.

Рис. 124. Нитевидные кристаллы никеля, полученные в МГУ в 2008 г.

Решение

Задача состоит в том, чтобы найти химический способ удаления матрицы из оксида алюминия ($Al_2O_3$), не повредив при этом нитевидные кристаллы металлического никеля ($Ni$). Для этого необходимо использовать реагент, который избирательно реагирует с одним веществом, но не реагирует с другим.

Ключевым для решения является различие в химических свойствах оксида алюминия и никеля.

1. Оксид алюминия ($Al_2O_3$) — амфотерный оксид. Это значит, что он способен реагировать как с кислотами, так и с сильными основаниями (щелочами).

2. Никель ($Ni$) — металл средней активности. Он не реагирует с растворами щелочей. С кислотами (особенно с кислотами-окислителями, такими как азотная кислота) никель может вступать в реакцию.

Исходя из этих свойств, наиболее подходящим методом очистки является обработка смеси раствором сильной щёлочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$) или гидроксида калия ($KOH$).

При обработке щёлочью оксид алюминия растворится, так как он вступает в реакцию с образованием растворимого в воде комплексного соединения — тетрагидроксоалюмината натрия:

$Al_2O_3 + 2NaOH + 3H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4]$

Металлический никель при этом не будет взаимодействовать со щёлочью и останется в неизменном виде:

$Ni + NaOH(р-р) \rightarrow \text{реакция не идёт}$

Таким образом, после проведения реакции матрица из оксида алюминия будет полностью растворена, а освобождённые нитевидные кристаллы никеля можно будет отделить от раствора (например, фильтрованием или декантацией), промыть дистиллированной водой для удаления остатков щёлочи и продуктов реакции, а затем высушить.

Использование сильных кислот не является оптимальным решением, так как они могут частично или полностью растворить и сами никелевые кристаллы.

Ответ: Для очистки нитевидных кристаллов никеля от оксида алюминия необходимо обработать образец концентрированным раствором щёлочи (например, гидроксида натрия $NaOH$). В результате реакции оксид алюминия растворится, а кристаллы никеля останутся в неизменном виде.