Comment l’acide chlorhydrique réagit avec l’aluminium. Formules et description du processus
Caractéristiques de l’interaction entre l’acide chlorhydrique et l’aluminium
L’aluminium est un métal malléable, léger, blanc argenté. C’est un bon conducteur électrique. Il est également amphotère, c'est-à-dire qu’il peut réagir tant avec les acides (article en anglais) que les bases. La combinaison de l’aluminium avec un acide entraîne une réaction typique à déplacement unique, qui forme un sel d’aluminium et du dihydrogène. Ce phénomène peut être observé par un exemple simple : la manière dont l’acide chlorhydrique réagit avec l’aluminium.
Avec les alcalis, la réaction se déroule différemment : en plus d’un dégagement de dihydrogène, la réaction forme dans la solution un aluminate de MeAlO₂ (où Me est le cation d’un métal de l’alcali) ainsi qu’un composé complexe dont la formule est Me[Al(OH)₄].
Comment l’aluminium réagit-il avec l’acide chlorhydrique ?
L’aluminium réagit avec l’acide chlorhydrique dilué à la température ambiante. Le métal se dissout dans l’acide chlorhydrique, ce qui produit du chlorure d’aluminium et du dihydrogène incolore. Cette réaction est irréversible, car les produits résultant ne réagiront pas les uns avec les autres. La réaction entre l’aluminium métallique et l’acide chlorhydrique est ce qu’on appelle une réaction d’oxydoréduction. L’aluminium agit en tant qu’agent réducteur, cédant certains de ses électrons :
Al⁰ - 3e = Al³⁺
Les cations de l’acide chlorhydrique prennent ces électrons et sont réduits en dihydrogène :
2H⁺ + 2e = H₂↑
L’équation complète de la réaction ionique se lit comme suit :
2Al⁰ + 6H⁺ + 6Cl⁻ = 2Al³⁺ + 6Cl⁻ + 3H₂↑
Forme ionique nette :
2Al⁰ + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂↑
Sous forme moléculaire, la réaction se présente de la façon suivante :
2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑
L’aluminium métallique n’est pas la seule substance capable de réagir avec l’acide chlorhydrique : de nombreux composés métalliques possèdent également cette propriété. Une réaction d’échange se produit avec les sels, lorsque les ions ou les groupes réactifs des deux agents réactifs « changent de place ». Pour que la réaction avec l’aluminium ou ses composés soit irréversible, les réactifs doivent former un gaz, un précipité ou une substance. Pour ce faire, les quantités de réactifs nécessaires doivent être calculées avec précision.
Réactions des hydroxydes et des oxydes d’aluminium avec l’acide chlorhydrique
L’Al(OH)₃ est une base amphotère. C’est un précipité semblable à de la gelée blanche, qui se dissout difficilement dans l’eau.
L’hydroxyde d’aluminium entre dans une réaction de neutralisation avec l’acide chlorhydrique (l’hydroxyde doit être fraîchement précipité pour que la réaction se déroule de manière fiable) :
Al(OH)₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O
On peut observer la dissolution du précipité blanc d’hydroxyde d’aluminium (le chlorure d’aluminium AlCl₃ se dissout bien dans l’eau). Avec l’oxyde d’aluminium, la réaction produit du sel et de l’eau selon l’équation suivante :
Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O
Réactions de sels, d’hydrures et de complexes d’aluminium avec l’acide chlorhydrique
L’acide chlorhydrique réagit également avec de nombreux autres composés d’aluminium.
Avec du carbure d’aluminium
Al₄C₃ + 12HCl = 4AlCl₃ + 3CH₄↑
(le carbure d’aluminium se dissout lorsqu’il est traité avec une grande quantité d’acide chlorhydrique)
Avec de l’acétate d’aluminium
(CH₃COO)₃Al + 3HCl = AlCl₃ + 3CH₃COOH
Avec du nitrure d’aluminium
AlN + 4HCl = AlCl₃ + NH₄Cl
(De l’acide concentré chaud est utilisé. La réaction se produit lentement.)
Avec du sulfure d’aluminium
Al₂S₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂S↑
Avec du phosphure d’aluminium
AlP + 3HCl = AlCl₃ + PH₃↑
(La réaction présuppose le traitement du phosphure avec de l’acide concentré chaud.)
Avec du phosphate d’aluminium
AlPO₄ + 3HCl = AlCl₃ + H₃PO₄
Avec de l’alanate de lithium (tétrahydroaluminate)
Li[AlH₄] + 4HCl = AlCl₃ + LiCl + 4H₂↑
(La réaction est effectuée à basse température.)
Avec de l’aluminate de sodium
NaAlO₂ + 4HCl = NaCl + AlCl₃ + 2H₂O
Avec du tétrahydroxoaluminate de sodium
Na[Al(OH)₄] + 4HCl = AlCl₃ + NaCl + 4H₂O
Les sulfates et les nitrates d’aluminium ne réagissent pas avec l’acide chlorhydrique, car tous les composés du mélange sont solubles : aucun précipité ni aucune substance faiblement soluble ne se forme, et il n’y a aucun dégagement de gaz.
Cliquez ici (article en anglais) pour en savoir plus sur l’aluminium et ses composés.
Comment les mélanges de métaux réagissent-ils avec l’acide chlorhydrique ?
Si vous prenez un mélange de plusieurs métaux et que vous les traitez avec de l’acide chlorhydrique, chaque métal réagira séparément. Par exemple, si vous ajoutez du HCl à un mélange de copeaux d’aluminium et de fer, la réaction se déroulera comme suit :
Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑
2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑
L’acide chlorhydrique dilué étant un oxydant faible, le fer est seulement réduit à un degré d’oxydation de +2.
Produits de la réaction entre l’aluminium et l’acide chlorhydrique, et leur application
Presque toutes les réactions entre l’acide chlorhydrique et l’aluminium (ou ses composés) entraînent la formation de chlorure d’aluminium (AlCl₃). Le sel se dissout bien dans les solvants organiques (nitrobenzène, dichloroéthane, acétone) et dans l’eau. En solution aqueuse, on peut observer l’hydrolyse de l’AlCl₃. Ce sel se forme par l’action de l’acide fort HCl et de la base faible Al(OH)₃.
L’AlCl₃ est utilisé comme catalyseur dans la synthèse organique. Par exemple, il est utilisé dans l’isomérisation des paraffines, l’initiation de réactions d’alkylation, l’acylation et la décomposition de l’huile en fractions. Le chlorure d’aluminium hexahydraté AlCl₃・6H₂O est utilisé pour traiter les matériaux en bois, épurer les eaux usées et fabriquer des antitranspirants.
La réaction de l’aluminium avec une solution d’acide chlorhydrique peut être utilisée comme méthode de laboratoire pour l’obtention de dihydrogène (mais le zinc métallique est plus couramment utilisé à ces fins).
