واکنش فلزات با نیترات ها در محیط قلیایی

واکنش فلزات مختلف با نیترات ها در محیط قلیایی می تواند نتایج مختلف داشته باشد. اینجا شیمی واقعاً جذاب می‌شود، چون نیترات + باز قوی + فلز فعال یعنی یک محیط بازیِ کاهنده که می‌تواند نیترات را تا آمونیاک پایین بیاورد.
تصویر کلی واکنش

وقتی یک فلز با پتانسیل کاهش منفی (مثل Zn، Al، Sn) را با مخلوط سدیم نیترات (NaNO3) و سدیم هیدروکسید (NaOH) گرم می‌کنی:

فلز اکسید می‌شود → به صورت کمپلکس محلول در باز در می‌آید (مثل زینکات، آلومینات و …).

یون نیترات NO3− در محیط بازی قوی تا حد آمونیاک NH3 کاهش می‌یابد.

محیط باید بسیار بازی و معمولاً گرم باشد.

مثال‌های مهم و کلاسیک
1) روی + سدیم نیترات + سدیم هیدروکسید
Zn+NaNO3+2NaOH+H2O→Na2[ZnO2]+NH3

Zn → اکسید می‌شود و به صورت زینکات سدیم Na2[ZnO2] در محلول قلیایی حل می‌شود.

نیترات → تا آمونیاک کاهش می‌یابد.

آمونیاک را می‌توان با بوی تند یا کاغذ تورنسل مرطوب تشخیص داد.

2) آلومینیوم + سدیم نیترات + سدیم هیدروکسید
8Al+3NaNO3+5NaOH+2H2O→8Na[AlO2]+3NH3

Al → به آلومینات سدیم Na[AlO2] تبدیل می‌شود.

نیترات → دوباره تا آمونیاک کاهش می‌یابد.

نکته‌های مفهومی مهم

شرط کلیدی:

محیط باید بسیار بازی باشد (غلظت بالای NaOH).

معمولاً نیاز به گرم کردن دارد.

نقش‌ها:

فلز فعال → دهندهٔ الکترون (کاهنده).

نیترات → گیرندهٔ الکترون (اکسیدکننده، که تا NH3 کاهش می‌یابد).

NaOH → هم محیط را بازی می‌کند، هم کمپلکس‌های محلول فلزی (مثل Na2[ZnO2]، Na[AlO2]) را پایدار می‌کند.

اکنون برای چند فلز مختلف (Zn، Al، Sn) یک جدول واکنش در محیط NaNO3+NaOH طراحی کنیم

واکنش فلزات با پتانسیل کاهش منفی در مخلوط سدیم نیترات + سدیم هیدروکسید را به‌صورت کاملاً شفاف و آموزشی جمع‌بندی می‌کنم.

واکنش فلزات فعال با NaNO₃ + NaOH

این سیستم یک محیط بازیِ اکسید–کاهش است.

سه اتفاق هم‌زمان رخ می‌دهد:

فلز اکسید می‌شود و در محیط قلیایی به صورت کمپلکس محلول در می‌آید.

نیترات (NO₃⁻) به دلیل حضور فلزِ کاهنده و محیط بسیار بازی، تا آمونیاک (NH₃) کاهش می‌یابد.

باز NaOH هم محیط را قلیایی نگه می‌دارد و هم کمپلکس فلزی را پایدار می‌کند.

فلزات مهم و واکنش‌هایشان

۱) روی (Zn)

روی در محیط قلیایی به زینکات سدیم تبدیل می‌شود:
Zn+NaNO3+2NaOH+H2O→Na2[ZnO2]+NH3

Zn → اکسید می‌شود و به کمپلکس ZnO22− می‌رود

نیترات → تا آمونیاک کاهش می‌یابد

۲) آلومینیوم (Al)

آلومینیوم در باز قوی به آلومینات سدیم تبدیل می‌شود:
8Al+3NaNO3+5NaOH+2H2O→8Na[AlO2]+3NH3

Al → به آلومینات سدیم تبدیل می‌شود

نیترات → آمونیاک تولید می‌کند

۳) قلع (Sn)

قلع نیز مانند Zn و Al آمفوتر است:
Sn+2NaOH+NaNO3+H2O→Na2[Sn(OH)4]+NH3
چرا محصول کاهش آمونیاک است؟

در محیط بسیار بازی، گونه‌های نیتروژنی می‌توانند تا پایین‌ترین حالت اکسایش یعنی −3 کاهش یابند.
این یعنی:
NO3−→NH3

این کاهش شدید فقط وقتی رخ می‌دهد که:

فلز پتانسیل کاهش منفی داشته باشد (کاهنده قوی)

محیط بسیار بازی باشد

سیستم گرم شود

پس می‌ریم سراغ طراحی نمودار واکنش‌پذیری فلزات در محیط NaNO₃ + NaOH؛

در ادامه یک نسخهٔ کامل، آموزشی و قابل‌استفاده برای پوستر، وب‌سایت یا کلاس ارائه می‌کنم.

نمودار واکنش‌پذیری فلزات در محیط

سدیم نیترات + سدیم هیدروکسید (NaNO₃ + NaOH)

این محیط یک محیط بازیِ اکسید–کاهش است.
فلزات بسته به ساختار الکترونی و آمفوتری، سه رفتار اصلی نشان می‌دهند.

۱) فلزات بسیار فعال (پتانسیل کاهش بسیار منفی)

Li، Na، K، Ca، Ba

این فلزات قبل از اینکه نیترات وارد بازی شود، با آب واکنش می‌دهند.

باز NaOH را تولید می‌کنند و هیدروژن آزاد می‌شود. نقش مهمی در کاهش نیترات ندارند چون خودشان خیلی سریع با آب واکنش می‌دهند.

نتیجه:

واکنش اصلی → تولید NaOH بیشتر + H₂
نیترات تقریباً دست‌نخورده می‌ماند.

۲) فلزات آمفوتر (کاهنده‌های مؤثر در محیط بازی)

Al، Zn، Sn، Pb

این گروه هستهٔ اصلی واکنش با NaNO₃ + NaOH هستند.

رفتار:

در محیط قلیایی حل می‌شوند و کمپلکس پایدار می‌سازند. و الکترون آزاد می‌کنند. و نیترات را تا آمونیاک (NH₃) کاهش می‌دهند.

واکنش‌های شاخص:

روی (Zn):
Zn+NaNO3+2NaOH+H2O→Na2[ZnO2]+NH3
آلومینیوم (Al):
8Al+3NaNO3+5NaOH+2H2O→8Na[AlO2]+3NH3
قلع (Sn):
Sn+2NaOH+NaNO3+H2O→Na2[Sn(OH)4]+NH3

نتیجه:

این گروه نیترات را تا پایین‌ترین حالت اکسایش (آمونیاک) کاهش می‌دهد.

۳) فلزات نسبتاً فعال تر ولی غیرآمفوتر

Fe، Ni، Co، Mn، Mg

در محیط قلیایی حل نمی‌شوند. و الکترون‌دهی آن‌ها محدود است. و نیترات را فقط تا نیتریت (NO₂⁻) یا NO کاهش می‌دهند و نه( NH₃).

مثال کلی:
M+NaNO3+NaOH→M(OH)2+NaNO2

نتیجه:

کاهش ملایم → تولید نیتریت و نه آمونیاک.

۴) فلزات کم‌فعال یا نجیب

Cu، Ag، Hg، Au

در محیط قلیایی واکنش نمی‌دهند. و نیترات را کاهش نمی‌دهند. و عملاً بی‌اثر هستند.

جمع‌بندی نهایی
گروه فلزی رفتار در NaNO₃ + NaOH محصول کاهش نیترات
بسیار فعال (Na, K, Ca…) واکنش با آب؛ نیترات درگیر نمی‌شود —
آمفوتر (Al, Zn, Sn, Pb) حل شدن + اکسید شدن + کمپلکس‌سازی NH₃
فعال غیرآمفوتر (Fe, Mg, Ni…) اکسید شدن سطحی؛ واکنش محدود NO₂⁻ / NO
کم‌فعال (Cu, Ag…) بی‌اثر —