10 kg Al in 10% HCl lösen. Wieviel Wasserstoff entsteht?

[Teufelskomet]

Hallo Leute,
es ist schon ein paar Tage her, das ich stöchiometrische Gleichungen mit gasförmigen Reaktanten gelöst habe. Daher meine Bitte, schaut mal drüber, ob ich mich nicht verrechnet habe. Mir erscheint die Wasserstoffbildung sehr hoch.

Aufgabe
10 kg Al sollen in einer 10% igen HCl gelöst werden.Wieviel 37% ige HCl ist erforerlich und wieviel Wasserstoff entsteht

Reaktionsgleichung
2 Al + 6 HCl + 6H2O = 2 AlCl3*6 H2O + 3 H2

Molmassen g/mol
Al = 27
AlCl3= 133,3
HCl = 36,5
H2 = 2, das molare Volumen = 22,4 m³/mol
37% ige HCl = 12mol/l

Für mich ergibt das:
370 Al + 1.111 HCl = 370 AlCl3 + 555 H2

Daraus resultiert ein benötigtes Volumen von 92,59 l 37%ige HCl. Das erscheint mir noch ganz richtig.
Aber ich komme auf 12.444 m³ Wasserstoff. Das ist doch wahnsinnig viel.

Ich vermute einen Fehler.

[Chemik-Al]

Schau dir nochmal genau die Einheit des molaren Volumens an.Wenn als Kubikmeter pro mol,dann passen die "22,4 " nicht,die passen für L/mol .
Damit wärst du dann bei gut 12500 l H2 .
Im realen Fall wäre noch zu beachten,daß die Reaktion üblicherweise nicht bei 0°C durchgeführt würde,damit wäre auch ein anderes molares Volumen zu verwenden.

Chemik-Al.

[Teufelskomet]

Hallo Chemik-Al
vielen Dank mti 12 m³ klingt das schon besser.

Die Reaktion würde bei 45-50 °C durchgeführt. Gast du einen Tipp wo ich das passende molare Volumen finden könnte?

Teufelskomet

[Chemik-Al]

Du könntest das Gasvolumen V für 0°C berechnen und dann einfach über die allgmeine Gasgleichung berechnen oder über Gay-Lussac.
Aber wenn es hier um eine reale Reaktion geht,solltest du beachten,daß du die Menge an HCl rein stöchiometrisch berechnet hast.
Da kann es zum Ende der Reaktion sehr langsam dauern,bis das Al vollständig umgesetzt wird.Üblicherweise wird da die Säure im deutlichen Überschuß eingesetzt.
Kannst du da mehr Infos zu geben?

Chemik-Al.

[Teufelskomet]

Hallo Chemik-Al,
ja es geht um eine sehr reale Reaktion. Bedauerlicherweise wurde der Prozess nicht von Chemikern entwickelt sondern von Materialwissenschaftler. Daher sind HCl-Konzentrationen überhaupt nicht erfasst worden.
Über die Stöchiometrie versuche ich zumindest die Größenordnung der Betriebsmittel zu ermitteln. Beisielsweise was es bedeutet, wenn pro Stunde 12 m³ Wasserstoff frei gesetzt wird.

Das Ziel ist es auf der Oberfläche des Aluteils eine definierte geometrische Struktur zu erzeugen, die später eine flüssigkeits- und gasdichte Verbindung mit einem Kunststoff erlaubt.

Ich mache jetzt für mich eine Machbarkeitsbetrachtung, ob es sich lohnt da mehr Arbeit rein zustecken.

In dem Prozess wird das Aluteil zuerst in eine 10%ige HCl, danach in eine 6%ige HCl und schließlich in eine 3%ige HCl getaucht. Alle Bäder werden bei 45-50 °C geführt.

[Nobby]

Sehr zweifelhaft alles. Wie ist die Ätzrate von HCl auf Aluminium und wie (un)gleichmässig ist das? Das alles temperaturabhängig. Ob in 1 h 12 m^3 H2 erzeugt werden? Oberfläche des Werkstückes?
10 kG wie oben nachgerechnet geben 12,5 m^3 H2 stöchiometrisch, aber entspricht das später der Abtragsschichtdicke.
Das gilt wenn man einen Block so auflöst. Um eine Struktur zu ätzen macht man das mit Chloridfreien Säure Mischungen.

Siehe hier

https://www.microchemicals.com/technisc ... aetzen.pdf

[Teufelskomet]

Hallo Nobby,
es handelt sich um ein innovatives Verfahren um Metalle mit Kunststoff flüssigkeits- und gasdicht zu verbinden von der Uni Kiel https://www.uni-kiel.de/de/universitaet ... getechnik#

Durch einen anisotropen Ätzprozess werden Metalloberflächen so veredelt, dass sie eine erheblich vergrößerte Oberfläche aufweisen, begleitet von einzigartigen Hinterschnittstrukturen. Es bilden sich 1 nm große Würfelstrukturen. Die hier aufgeführten 10 kg Al /h ergeben sich aus einem ermittelten Mindestabtrag um die gewünschte Nano, der in einer Master- und einer Doktorarbeit im Bereich Materialwissenschaften anhand von Laborversuchsreihen gefunden wurde.

Es wird von den Prozessentwicklern versichert, dass nur mit Salzsäure die Nanostruktur entsteht.
Um die Realisierbarkeit einer großtechnischen Anlage zu prüfen habe ich die stöchiometrische Gleichung zugrunde gelegt, um den Säureverbrauch und die Wasserstoffentwicklung abzuschätzen. Anhand der Wasserstoffexpositionmöchte ich prüfen, ob die Anlage unter Ex-Schutz fallen würde.

[Nobby]

Beim sogenannten „nanoscale sculpturing“-Verfahren wird die Oberfläche eines Metalls mit einem elektrochemischen Ätzverfahren präzise aufgeraut, s

Entnommen aus dem Link geht es um ein elektrochemisches Verfahren und nicht um ein rein chemisches, wo die Werkstücke in Säure getaucht werden.
Jedoch aus den Bacherlor oder Doktorarbeiten an der Uni Kiel sollte man herausfinden, wie das genau gemacht wird.

Exschutz ja, da Wasserstoff emittiert wird. Ich hatte in meinem Wirkungskreis bei einer Palladiumreduktion in einer Beschichtungsmaschine auch eine Wasserstoff Explosion durch statische Entladung. Das war nicht ohne.
Guter Abzug und Belüftung unter der Explosionsgrenze ist not wendig.