Russian Chemical Community
 
Пользовательский поиск
   главная
  предприятия
  марки сплавов
  соединения
  ► синтезы
  объявления
  информация
  рефераты
  архив
  актуально
няня Москва ищу ребенок требуется
А  Б  В  Г  Д  Е  Ж  З  И  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Э  Ю  Я 

Синтезы:  Меди ( II ) оксид

= Прочее =
   Поделиться ссылкой :    LiveJournal Facebook Я.ру ВКонтакте Twitter Одноклассники Мой Мир FriendFeed Мой Круг

Получение оксида меди как собственно реактива особой сложности не представляет, однако если рассматривать оксид меди в плане использования как катализатора горения, прежде всего реактивных топлив, появляется много специфических особенностей, связанных прежде всего с дисперсностью и состоянием поверхности вещества. В данной статье сравниваются три способа получения оксида меди, проверенных и использующихся непосредственно автором сервера:

  • Разложением нитрата меди
  • Разложением основных карбонатов меди, полученных электролизом раствора хлорида натрия
  • Разложением основных карбонатов меди, полученных электролизом раствора нитрата аммония.

В ряде случаев, когда требуется постоянство характеристик катализатора, целесообразно планировать собственное его получение, не доверяясь приобретению продажных реагентов: при соблюдении класса чистоты (что кстати имеет место далеко не всегда) физическое состояние реактива может очень сильно различаться, а это неминуемо скажется на характеристиках, в гораздо большей кстати степени, чем наличие примесей.

●   Термическое разложение нитрата меди

Наиболее часто используемый вариант синтеза. Состоит в прокаливании порошка нитрата меди или основного нитрата меди до прекращения выделения паров двуокиси азота. Разложение идет по реакции

Cu(NO3)2 = CuO + 2NO2 + 1/2O2

При отсутствии соответствующих солей меди возможно получение нитрата меди растворением меди в азотной кислоте с последующим выпариванием и прокаливанием. Реакцию можно проводить в одном и том же сосуде (термостойком стакане или чашке для выпаривания) однако есть одна тонкость. В процессе выпаривания воды необходимо помешивать раствор, особенно в момент интенсивной кристаллизации, таким образом, чтобы дальнейшему нагреву и разложению подвергался не монолитный кусок сплава нитрата а порошок. В таком случае реакция разложения будет идти более спокойно с получением оксида меди хорошей дисперсности.

Вообще говоря, получение оксида может проводиться разложением и других солей меди, с анионом, не склонным к восстановлению катиона, например карбонатов, основных карбонатов и гидроксидов. Сам процесс разложения несложен, однако трудность состоит в том, что эти соединения в момент получения представляют собой рыхлые гигроскопичные осадки с большой сорбционной емкостью по катионам, отмыть которые от посторонних катионов весьма и весьма непросто. В результате получается оксид, содержащий до 10 % посторонней соли, что сильно изменяет его свойства.

Выход из ситуации может быть с использованием соединений и процессов, в которых либо содержание посторонних веществ минимально, либо они могут разлагаться при прокаливании с образованием газообразных продуктов. Особенно привлекательны в этом отношении методы электрохимии.

●  Получение окиси меди электролизом с использованием медных электродов и 0.4% раствора хлористого натрия в качестве электролита.

1. Берем 2 грамма хлористого натрия (соль пищевая и растворяем в 0.5 литра воды. Готовим два медных электрода. Подойдут пластины металлической меди, медные промышленные аноды, медная шина и т.д. Важно, чтобы используемая медь была достаточно чистой.
2. Площадь электродов примерно 10 ÷ 20 см2, напряжение тока около 12 вольт, ток постоянный. Впрочем, процесс идет в очень широком диапазоне условий, придерживаться названных величин не обязательно.
3. Электролиз идет достаточно медленно, на опыте время электролиза составило около двух часов (в результате на выходе получено около двух граммов окиси меди). Увеличение концентрации хлористого натрия несомненно приведет к увеличению скорости процесса, однако оно же приведет и к росту загрязнения осадка.
4. Нагревание процесс ускоряет, оно же приводит к частичному разложению продукта реакции и уплотнению осадка. Греть можно до кипения и на финишной стадии непосредственно перед фильтрованием обязательно греть до кипения (для уплотнения осадка и улучшения фильтруемости) а вот в процессе электролиза – по вкусу.
5. После фильтрования (лучше фильтровать еще горячим) осадок можно промыть небольшой порцией воды и при желании каким-нибудь полярным растворителем. Годится спирт (любой), ацетон.
6. Осадок прокаливается до прекращения выделения паров и приобретения чистой черной окраски. Стадии далее на фото, при клике раскроется окно с более качественным изображением (и комментарием).

●  Получение окиси меди электролизом с использованием медных электродов и 2% раствора нитрата аммония в качестве электролита.

Использование в качестве электролита нитрата аммония имеет преимущество в том, что при прокаливании продукта реакции нитрат аммония полностью разлагается без образования твердой фазы, соответственно он не загрязняет конечный продукт. Поскольку эффективность электролиза зависит от концентрации применяемого электролита, нитрата аммония можно взять гораздо больше, и таким образом интенсифицировать процесс. Минус же состоит в том, что в отличие от первого варианта, в процессе электролиза происходит постепенная потеря иона аммония – он улетает из раствора в виде аммиака. Электролит постепенно превращается в раствор нитрата меди и процесс превращения меди в основную соль замещается просто процессом переноса металла с анода на катод. Впрочем, неизвестно как долго этого придется ждать. Стадии процесса аналогичны приведенным выше, но их вид несколько другой. Гораздо симпатичнее.

Несколько видеофрагментов процесса синтеза:



Ну и последнее – собственно цифровые фотографии полученного сорбента под микроскопом "Motic-3"

1. Окись меди получена при электролизе раствора хлористого натрия

2. Окись меди получена при электролизе раствора нитрата аммония

3.Стандартная методика, термическое разложение нитрата меди:

Итак, дисперсность оксида меди в случаях проведения электролиза примерно одинаковая, более мелкие частицы в случае работы с раствором NaCl скорее всего получаются не вследствие разницы в составе электролита, а следствии разной плотности тока. И вообще говоря за током большой плотности гнаться видимо не стоит.

Приготовление смесевого топлива с катализатором CuO.

Для проведении тестов была выбрана стандартная рецептура твердого смесевого топлива, составом

NH4ClO4 - 78%
CuO - 2%
LBH-3000 * - 20%

*Liquid polybutadienes with hydroxyl functional groups

Смесь готовилась в следующем порядке – мокрое смешение перхлората аммония с катализатором (внимание, перхлорат аммония с добавкой катализатора способен к самостоятельному горению) сушка – смешивание в каучуком. Собственно отличия дали себя знать уже на первом этапе – у полученной описанными способами окиси меди оказалась разная кроющая способность.

Далее готовилось ракетное топливо и измерялась его скорость горения. Результат:

 CuO процесс с NaCl  2.48 мм/сек  
 CuO процесс с NH4NO3  2.41 мм/сек  
 CuO разложение нитрата меди  2.14 мм/сек  
 Стандартная методика*  2.01 мм/сек  
 Состав без окиси меди  1.56 мм/сек  
* Стандартная методика - добавление катализатора, полученного прокаливанием нитрата меди непосредсвенно в каучук в процессе замешивания

Итак: вообще говоря дисперсность и способ введения катализатора в ракетное топливо меняет его скорость горения, и весьма значительно. При атмосферном давлении - процентов до двадцати.

Дополнение

И чтобы уже окончательно закрыть тему поиска типа медного катализатора, проведен опыт с использованием ацетилацетоната меди. Количество ацетилацетоната бралось эквивалентное по содержанию меди, содержание каучука пересчитывалось с учетом потери кислорода окислителя на дожигание ацетилацетона. Для возможно более тонкого смешения ацетилацетонат меди добавлялся к перхлорату аммония в виде раствора в фреоне (эта штука почти ни в чем прилично не растворяется). Процесс достаточно муторный и проблематичный - достаточно сильно разит ацетилацетоном, так что там в итоге получается еще неизвестно. Дополнительно ацетилацетонат меди относится к достаточно токсичным соединениям, к тому же весьма рыхлый (очень легкие игольчатые кристаллики, легко электризуется и разлетается), что серьезно ухудшает реологию рецептуры. Если с окисью меди замешанная рецептура достаточно пластична, то с ацетилацетонатом раскатать топливо целая проблема. Во-первых как уже говорилось, ацетилацетонат слишком рыхлый, а во-вторых для сохранения кислородного баланса количество каучука приходится уменьшеть.

Результат: скорость горения на воздухе 2.55 мм./сек. Т.е введение соединений меди в какой-либо форме, отличающейся от оксида слишком серьезных изменений не привносит. Стабильность рецептур также остается неясной.

Продолжение темы:


синтез мелкодисперсного Fe2O3, катализатора ракетных топлив.
алюминий как добавка в смесевые ракетне топлива


P.S.

Еще немного о катализаторах - соединениях меди:



Заряды с 2% катализатора выглядят так:

 Ферроцианид меди 2%, скорость горения  2.11 мм/сек  
 Хромат меди 2%, скорость горения  2.55 мм/сек  
 Роданид меди 2%  2.05 мм/сек  

А вот как это выглядит:

И как резюме. Видимо если искать оптимум с точки зрения минимальной токсичности и приличной скорости горения, конкуренции CuO все-таки нет. На этом поиски "философского камня" в этом разделе закончены.

| Галогениды | Галогены | Гидриды | Гидриды неметаллов | Гидроокиси | Металлы | Неметаллы | Оксиды металлов | Оксиды неметаллов | Перекиси | Производные галогенов | Сульфиды




   Поделиться ссылкой :    LiveJournal Facebook Я.ру ВКонтакте Twitter Одноклассники Мой Мир FriendFeed Мой Круг

Буду благодарен за установку ссылки на страницу:

Спасибо





    Вы можете принять участие в обсуждении материала  
  Ваше имя    Тема сообщения 
  Ваш E-mail       

Заполнять НЕ ОБЯЗАТЕЛЬНО. Ваш E-mail никому не показывается, но в случае обновление темы на этот адрес будет выслано содержание обновления.