Получение амальгамы алюминия уравнение реакции

Получение амальгам прямым растворением металлов в ртути

Этот способ был известен с древних времен и до сих пор является одним из наиболее распространенных. Растворение металлов в ртути на воздухе, в атмосфере инертного газа или под слоем органической ншдкоети необходимо производить в вытяжном шкафу, специально оборудованном для работы со ртутью. Для нагревания, перегонки ртути и амальгам, а также легко воспламеняющихся жидкостей, применяемых при получении амальгам, необходимо использовать электрические печи, в которых должно быть исключено возгорание или разбрызгивание жидкостей в случае разрушения реакционных сосудов.

Непременным условием безопасной работы при приготовлении амальгам является применение перчаток, защитных очков плп плексигласовых щитков
Как правило, амальгамы щелочных металлов получают на воздухе, опуская кусочки металла в ртуть, налитую в колбу пли фарфоровый стакан.

В результате бурной реакции ртути с щелочным металлом происходят иногда небольшие взрывы, при этом ртуть сильно разбрызгивается, а иногда даже выплескивается из колбы или стакана. Приготовление амальгам таким способом, рекомендуемым в некоторых руководствах, недопустимо в лабораторных условиях, так как это противоречит элементарным требованиям техники безопасности.

Амальгамы щелочных металлов должны готовиться либо в герметизированных сосудах, исключающих загрязнение окружающего пространства каплями ртути и ее парами, либо нод слоем защитной жидкости.

Способы получения амальгамы натрия, путем прямого растворения ртути описаны во многих работах.

Г. Голлеман э для приготовления амальгамы натрия, содержащей 1,3 вес. % щелочного металла, рекомендует в толстостенную колбу емкостью 500 мл поместить 9 г натрия, очищенного от окиснон иленки, и залить его сухим толуолом в количестве 15—20 мл. Затем, осторояшо нагревая, натрии расплавить, и в расплав по каплям из делительной воронки приливать 750 г ртути, периодически взбалтывая колбу.

Вначале, при взаимодействии ртути с жидким натрием, реакция протекает очень бурно, но после добавления 2—3 мл ртути она протекает более спокойно, и скорость приливания ртути можно увеличить.
Ртуть добавляют с такой скоростью, чтобы толуол, покрывающий амальгаму, постоянно кипел и к концу процесса полностью испарился. Пары толуола предохраняют амальгаму от окисления кислородом воздуха. Полученную амальгаму сливают в ампулы и последние запаивают. Амальгаму можно также хранить в склянках с притертыми пробками, на которые надевают тонкие резиновые заглушки.

При комнатной температуре полученная амальгама полужидкая, а при нагревании до 50° С — жидкая.

Иногда для повышения выхода продукта при органическом синтезе применяют более концентрированные твердые амальгамы, содержащие 2—3% натрия. Физер 8 использовал для получения таких амальгам прибор, изо браненный на рис. 4.1. В этом случае 10 г очищенного сухого натрия разрезают на небольшие кусочки и помещают в круглодониую трехгорлую колбу 3 емкостью 250 мл.

В течение некоторого временя через колбу пропускают сухой, очищенный азот. После этого к натрию из капельной воронки 1, содержащей 25 мл ртути, в колбу отливают 10 мл ртути, и колбу нагревают до тех пор, пока не начнется реакция. Вслед за этим состепенно при-ливают остальное количество ртути, слегка подогревая колбу. После тщательного перемешивания горячую жидкую амальгаму выливаю на чистую фарфоровую плитку, и как только она начнет аатверде вить — разбивают на куски.

Куски амальгамы храпят в банках с резиновыми пробками mm в склянках с притертыми пробками без доступа воздуха. Приготовленная твердая амальгаму может быть использована для ко лучения менее концентрированных амальгам. Вслыпие количества твердой амальгамы натрия могут быть получены под слоем защитной жидкости. В этом случае хорошо очищенного от окисных пленоь металлического натрия помещают в эмалированный сосуд и заливают парафиновым маслом, количество которого должно быть таким, чтобы натрии находился под парафиновым маслом на глубине не менее 1 см. Сосуд на-гревают до расплавления натрия, после чего из капельной воронки к расплавленному натрию постепенно прилн вают 122 мл ртути при непрерывном перемешивании.

После того как процесс растворения закончится (на что требуется — несколько минут), основную массу парафинового масла сливают, горячую жидкую амальгаму выливают в фарфоровую чашку и, покачивая ее, охлаждают, а после затвердевания амальгаму разбивают на кусочки желаемой величины.

Полученные таким способом кусочки амальгамы обрабатывают петролейным эфиром или бензолом для удаления парафинового масла, высушивают и хранят в запаянных ампулах пли в склянках с при тертыми пробками без доступа воздуха. Бразев п Хаузер при получении 5%-иой амальгамы натрия использовали для отсасывания литровую жаропрочную колбу. Колбу закрывали резиновой пробкой с двумя отверстиями, в одно из которых вставляли капельную воронку, а в другое — трубку для отвода инертного газа. В склянку помещали 138 г натрия и 300 мл минерального масла. Через боковой отвод склянки пропускали азот и нагревали склянку до расплавления натрия. После этого в склянку через капельную воронку в течение 1—2 мин приливали 2622 г ртути, энергично взбалтывая содержимое склянки.

При этом происходила бурная экзотермическая реакция, и склянка сильно разогревалась. Для предохранения от ожогов необходимо работать в толстых перчатках и взбалтывать содержимое склянки над большим противнем для сохранения реакционной массы в случае разрушения склянки.
Приливать ртуть надо быстро, так как в противном случае амальгама частично затвердевает и для получения однородного расплава ее необходимо снова нагревать до высокой температуры. После тщательного перемешивания минеральное масло с расплавленной амальгамы сливали и последнюю, пока она находилась еще в жидком состоянии, выливали в неглубокий стальной противень. Затвердевшую амальгаму разбивали иа мелкие куски, промывали петро-лейным эфиром и хранили под слоем петролейного эфира, либо в тщательно закупоренных банках.

Амальгамы калия, рубидия и цезия также можно получать растворением. Например, Н. С. Курнаков и Г. Ю. Жуковский получали таким способом амальгамы рубидия и цезия. Ио амальгаму лития так получать нельзя, поскольку литий при комнатной температуре практически не взаимодействует со ртутью, а при нагревании растворяется в ртути с огромным выделе-нием тепла, сопровождающимся взрывом1а* 15. Как указывает Б. А. Смирнов 15, при прямом растворений лития в ртути, нагретой до 250—280° С, несмотря иа все меры предосторожности, происходит бурная реакция, сопровождающаяся сильным испарением ртути и разбрызгиванием амальгамы.

Амальгамы щелочных металлов, приготовленные на воздухе или под защитыым слоем органических веществ, всегда содержат окислы и загрязнены органическими примесями, что недопустимо при проведении многих исследовании.

Для получения амальгам щелочных металлов, не содержащих загрязнений, следует приготавливать их в вакууме, употребляя тщательно очищенные ртуть н щелочные металлы, а для создания высокого вакуума применять ртутные вакуумные насосы.

Обязательным при работе с амальгамами щелочных металлов в оптимальных условиях является применение цельнопаянных установок и приборов, не имеющих вакуумных крапов, шлифов, резиновых уплотнений и т. п.

Амальгаму алюминия можно получить следующим способом 5: 100 г алюминиевой фольги толщиною около 0,05 мм разрезают на узкие полоски, помещают их в колбу и заливают таким количеством 10%-ного раствора едкого патра, чтобы раствор полностью покрыл фольгу. Содержимое колбы пагревают па водяной бане до начала бурного выделения водорода. Спустя не-сколько минут после этого раствор щелочи сливают, протравленную фольгу промывают водой и спиртом, обливают 2%-ным раствором сулемы и выдерживают в течение 2-х мин. Затем раствор сливают, полученную амальгаму промывают водой, спиртом и эфиром, под которым и хранят ее до употребления.

Для получения 8%-ной амальгамы о л о в а навеску гранулированного олова заливают необходимым количеством ртути н нагревают на водяпой бане под слоем соляной кислоты. Твердая амальгама олова, содержащая 68% олова, может быть получена 4 при нагревании на песчаной бане 6,5 вес. ч ртути, в которую постепенно добавляют 14 вес. ч. оловянной стружки. Приготовление амальгамы ведут в герметичной аппаратуре, исключающей попадание паров ртути в лабораторное помещение. По окончании реакции смесь охлажданн и, в момент затвердевания амальгамы, ее разбивают сте-клянной палочкой на куски.

Жидкую 3%-ную амальгаму свинца получают 4 из свинца, обработанного соляной кислотой для удаления окисной пленки, промытого и высушенного, который нагревают с рассчитан-пым количеством ртути. Полученную амальгаму промывают водою и хранят иод слоем слабой соляной кислоты.

Для получения жидкой амальгамы висмута берут

3 г чистого висмута, заливают его 100 г ртути, добавляют в реакционный сосуд небольшое количество разбавленной соляной кислоты н нагревают содержимое сосуда на водяний бане. После растворения висмута получившуюся амальгаму охлаждают, промывают водой и с помощью делительной воронки отделяют от твердых частиц. Приготовленную амальгаму хранят под слоем слабой соляной кислоты.

Алюминий. Химия алюминия и его соединений

Бинарные соединения алюминия

Алюминий

Положение в периодической системе химических элементов

Алюминий расположен в главной подгруппе III группы (или в 13 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение алюминия и свойства

Электронная конфигурация алюминия в основном состоянии :

+13Al 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 1s 2s 2p 3s 3p

Электронная конфигурация алюминия в возбужденном состоянии :

+13Al * 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2 1s 2s 2p 3s 3p

Алюминий проявляет парамагнитные свойства. Алюминий на воздухе быстро образует прочные оксидные плёнки, защищающие поверхность от дальнейшего взаимодействия, поэтому устойчив к коррозии.

Физические свойства

Алюминий – лёгкий металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.

Температура плавления 660 о С, температура кипения 1450 о С, плотность алюминия 2,7 г/см 3 .

Алюминий — один из наиболее ценных цветных металлов для вторичной переработки. На протяжении последних лет, цена на лом алюминия в пунктах приема непреклонно растет. По ссылке можно узнать о том, как сдать лом алюминия.

Нахождение в природе

Алюминий — самый распространенный металл в природе, и 3-й по распространенности среди всех элементов (после кислорода и кремния). Содержание в земной коре — около 8%.

В природе алюминий встречается в виде соединений:

Корунд Al₂O₃. Красный корунд называют рубином, синий корунд называют сапфиром.

Способы получения

Алюминий образует прочную химическую связь с кислородом. Поэтому традиционные способы получения алюминия восстановлением из оксида протекают требуют больших затрат энергии. Для промышленного получения алюминия используют процесс Холла-Эру. Для понижения температуры плавления оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите (при температуре 960-970 о С) Na₃AlF₆, а затем подвергают электролизу с углеродными электродами. При растворении в расплаве криолита оксид алюминия распадается на ионы:

На катоде происходит восстановление ионов алюминия:

Катод: Al 3+ +3e → Al 0

На аноде происходит окисление алюминат-ионов:

Суммарное уравнение электролиза расплава оксида алюминия:

Лабораторный способ получения алюминия заключается в восстановлении алюминия из безводного хлорида алюминия металлическим калием:

AlCl₃ + 3K → Al + 3KCl

Качественные реакции

Качественная реакция на ионы алюминия — взаимодействие избытка солей алюминия с щелочами . При этом образуется белый аморфный осадок гидроксида алюминия.

Например , хлорид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия:

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃ + 3NaCl

При дальнейшем добавлении щелочи амфотерный гидроксид алюминия растворяется с образованием тетрагидроксоалюмината:

Обратите внимание , если мы поместим соль алюминия в избыток раствора щелочи, то белый осадок гидроксида алюминия не образуется, т.к. в избытке щелочи соединения алюминия сразу переходят в комплекс:

AlCl₃ + 4NaOH = Na[Al(OH)₄] + 3NaCl

Соли алюминия можно обнаружить с помощью водного раствора аммиака. При взаимодействии растворимых солей алюминия с водным раствором аммиака также в ыпадает полупрозрачный студенистый осадок гидроксида алюминия.

AlCl₃ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3NH₄Cl

Al 3+ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3NH₄ +

Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида алюминия с раствором аммиака можно посмотреть здесь.

Химические свойства

1. Алюминий – сильный восстановитель . Поэтому он реагирует со многими неметаллами .

1.1. Алюминий реагируют с галогенами с образованием галогенидов:

1.2. Алюминий реагирует с серой с образованием сульфидов:

1.3. Алюминий реагируют с фосфором . При этом образуются бинарные соединения — фосфиды:

Al + P → AlP

1.4. С азотом алюминий реагирует при нагревании до 1000 о С с образованием нитрида:

2Al + N₂ → 2AlN

1.5. Алюминий реагирует с углеродом с образованием карбида алюминия:

1.6. Алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

Видеоопыт взаимодействия алюминия с кислородом воздуха (горение алюминия на воздухе) можно посмотреть здесь.

2. Алюминий взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Реагирует ли алюминий с водой? Ответ на этот вопрос вы без труда найдете, если покопаетесь немного в своей памяти. Наверняка хотя бы раз в жизни вы встречались с алюминиевыми кастрюлями или алюминиевыми столовыми приборами. Такой вопрос я любил задавать студентам на экзаменах. Что самое удивительное, ответы я получал разные — у кого-то алюминий таки реагировал с водой. И очень, очень многие сдавались после вопроса: «Может быть, алюминий реагирует с водой при нагревании?» При нагревании алюминий реагировал с водой уже у половины респондентов))

Тем не менее, несложно понять, что алюминий все-таки с водой в обычных условиях (да и при нагревании) не взаимодействует. И мы уже упоминали, почему: из-за образования оксидной пленки . А вот если алюминий очистить от оксидной пленки (например, амальгамировать), то он будет взаимодействовать с водой очень активно с образованием гидроксида алюминия и водорода:

2Al 0 + 6 H₂ + O → 2 Al +3 ( OH)₃ + 3 H₂ 0

Амальгаму алюминия можно получить, выдержав кусочки алюминия в растворе хлорида ртути ( II ):

3HgCl₂ + 2Al → 2AlCl₃ + 3Hg

Видеоопыт взаимодействия амальгамы алюминия с водой можно посмотреть здесь.

2.2. Алюминий взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой). При этом образуются соль и водород.

Например , алюминий бурно реагирует с соляной кислотой :

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑

2.3. При обычных условиях алюминий не реагирует с концентрированной серной кислотой из-за пассивации – образования плотной оксидной пленки. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат алюминия и вода:

2.4. Алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации.

С разбавленной азотной кислотой алюминий реагирует с образованием молекулярного азота:

При взаимодействии алюминия в виде порошка с очень разбавленной азотной кислотой может образоваться нитрат аммония:

2.5. Алюминий – амфотерный металл, поэтому он взаимодействует с щелочами . При взаимодействии алюминия с раствором щелочи образуется тетрагидроксоалюминат и водород:

2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂ ↑

Видеоопыт взаимодействия алюминия со щелочью и водой можно посмотреть здесь.

Алюминий реагирует с расплавом щелочи с образованием алюмината и водорода:

2Al + 6NaOH → 2Na₃AlO₃ + 3H₂ ↑

Эту же реакцию можно записать в другом виде (в ЕГЭ рекомендую записывать реакцию именно в таком виде):

2Al + 6NaOH → 2NaAlO₂ + 3H₂↑ + 2Na₂O

2.6. Алюминий восстанавливает менее активные металлы из оксидов . Процесс восстановления металлов из оксидов называется алюмотермия .

Например , алюминий вытесняет медь из оксида меди (II). Реакция очень экзотермическая:

2Al + 3CuO → 3Cu + Al₂O₃

Еще пример : алюминий восстанавливает железо из железной окалины, оксида железа (II, III):

Восстановительные свойства алюминия также проявляются при взаимодействии его с сильными окислителями: пероксидом натрия, нитратами и нитритами в щелочной среде, перманганатами, соединениями хрома (VI):

Способ амальгамирования алюминия

Класс 48Ь, 8, 12п, 8

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

Подписная группа ЛУ 209

СПОСОБ АМАЛЪГАМИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ

Заявлено 26 октября 1961 r. за № 749261/23-4 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Опубликовано в «Бюллетене изобретений» М 16 за 1962 г

Известен способ амальгамирования алюминия растворами солей ртути, например сулемы, которые под действием щелочей дают осадок окислов ртути, препятствующий процессу амальгамирования.

Предлагаемый способ амальгамирования алюминия отличается применением для этой цели в качестве амальгамирующего агента растворимых в щелочах солей ртути, например, полученных растворением окиси ртути и циангидрина ацетона в растворе едкого натра, что упрощает процесс, так как исключает операцию предварительного и повторного травления алюминия.

Предлагаемый способ состоит в том, что алюминий в виде опилок или мелких стружек заливают 10в/в-ным раствором щелочи и при наступлении бурного выделения водорода приливают раствор солей ртути, перемешивая реакционную смесь в течение 15 лшн, затем ее декантируют и амальгамированный алюминий промывают водой.

П р имер 1. Приготовление щелочного раствора солей ртути.

К суспензии 10 г желтой окиси ртути в 60 мл 5в/о-ного раствора едкого натра при перемешивании приливают 10 г циангидрина ацетона. Смесь перемешивают 15 — 20 мин до полного растворения окиси ртути.

Раствор отфильтровывают от небольшой мути или отстаивают и декантируют, а затем объем жидкости доводят до 100 лгя водой.

Пример 2. Амальгамирование алюминия.

2 части мелких стружек или опилок алюминия заливают 10 частями 10 /о-ного раствора едкого натра и перемешивают 1 — 2 мин до наступления бурного выделения водорода, а затем приливают 1 часть щелочного раствора солей ртути и смесь перемешивают 15 мин.

Мутную жидкость (суспензию металлической ртути и гидроокиси алюминия) декантируют. Амальгамированный алюминий промывают № 149657

Способ амальгамирования алюминия раствораиисолей ртути, отл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью упрощения процесса, в качестве солей применяют растворимые в щелочах соли ртути, например, полученные растворением окиси ртути и циангидрина ацетона в растворе едкого натра.

Техред T. П Курилко Корректор В Андрианов

Редактор Н .И. Мосин

Поди к печ. 27Л 1-62 г. Формат бум 70 108 / q Объем 0,18 изд, л.

Зак, 6857 Тираж 1100 Цена 4 коп.

IIETH Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва Центр, М, Черкасский пер., д. 2/6.

Типография ЦБТИ, Москва, Петровка, !4 водой, метиловым спиртом или другими растворителями и сразу загружают в реакционную смесь.

Предлагаемый способ прошел экспериментальную проверку с положительным результатом.