Синтезы: Железо закись

Синтезы: Железо закись

= Н.Г. Ключников. Руководство по неорганическому синтезу =

Поделиться ссылкой :

Закись железа FeO получают восстановлением из окиси железа (через закись-окись) или окислением металлического железа. Процесс восстановления проводят обычно при 700—800° С. Константа равновесия реакции восстановления закись-окиси железа до закиси водородом при 827 С равна 2,74, а при восстановлении металла из закиси железа при той же температуре — 0,504. Поэтому при получении закиси железа при указанной температуре соотношение концентраций паров воды и водорода не должно выходить за пределы 2,74— 0,504. Чтобы восстановление проходило удовлетворительно, это соотношение должно поддерживаться около 0,6. Процент использования водорода при этом невелик.

Для получения закиси железа пользуются прибором, изображенным на рис. 29. Окись железа (—0,1 г) в кварцевой лодочке 3 помещают в реактор — кварцевую трубку 1. Трубку с помощью трехходового крана 4 соединяют с источниками водорода и чистого азота. Для насыщения водяными парами водород после очистки пропускают через промывную склянку 5 с водой, нагреваемой до 76 С на водяной или На парафиновой бане. Вода не должна конденсироваться в газоподводящей трубке, так как это привело бы к обогащению газовой фазы водородом и к восста-

новлению закиси железа до металлического железа. Поэтому трехходовой кран и все газоподводящие трубки должны быть нагреты до температуры бани или даже несколько выше. Для этого пользуются специальным электрическим (или газовым) нагревателем 6 и, кроме того, уменьшают насколько можно длину соединений. Концы трубки 1 нагревают до 100—120° С, чтобы в них не конденсировалась вода; трубка должна быть небольшой длины. Сначала из прибора током азота вытесняют воздух, а затем, когда трубка 1 нагреется до 100—120° С, пропускают и течение 8—10 ч медленный ток восстановительной паро-газовой смеси. Место трубки, где находится лодочка, нагревают до 750° С.

Время восстановления можно сократить до 1—2 ч.

После окончания реакции из прибора, не изменяя температуры печи, вытеспяют азотом восстановительную смесь, а затем систему по возможности быстро охлаждают в атмосфере азота. Окончание процесса узнается по уменьшению массы взятой окиси железа. Если это уменьшение не соответствует теоретическому расчету, то восстановление продолжают еще некоторое время. Необходимо строго следить за температурным режимом. Колебания температуры не должны превышать ± 10 С. При изменении температуры продукт может загрязняться железом или его закись-окисью.

По другому методу закись железа получают в специальном, совершенно герметичном приборе; в него помещают отвешенное количество порошкообразного железа и над ним пропускают смесь паров воды и водорода, подобранную так, чтобы но своему конечному составу (после окисления железа) она уже не могла действовать на полученную закись железа.

Закись железа можно получать еще к следующим, более простым способом. Приготовляют стехиометрическую смесь свежеприготовленных окиси железа и порошкообразного железа, вос-становленного при 560—580° С. Затем 10—20 г этой смеси растирают в ступке, помещают в трубку из тугоплавкого стекла и, вы-теснив из нее воздух водородом пли окисью углерода, запаивают один конец, а другой присоединяют к водоструйному насосу.

Газ из прибора следует откачивать постепенно, так как при резком снижении давления вместе с газом уносится часть реакционной смеси. Эвакуировав газ из прибора, запаивают второй конец трубки и нагревают ее при температуре не ниже 650—700° С в течение 6—7 ч. В результате диффузии в твердой фазе и под действием остатков водорода или окиси углерода происходит выравнивание концентрации кислорода во взятой смеси. По окончапип реакции трубку быстро охлаждают. Для хранения продукт запаивают в реакционной трубке. Насколько полно прошел процесс образования закиси, определяют пробой па реакцию с соляной кислотой. При взаимодействии полученного продукта с соляной кислотой не должен выделяться водород; в противном случае прокаливание смеси повторяют. Скорость процесса определяется многими факторами. в частности, степенью дисперсности железа и окиси железа, давлением газа в приборе и температурой. Скорость реакции сильно увеличивается с повышением температуры, поэтому лучше нагревать смесь при 900—1000°С.

При таком методе получения закиси железа возможны осложнения. Получаемый продукт может содержать следы металлического железа, образующегося от действия остатков водорода или окиси углерода. Это наблюдается в тех случаях, когда получают небольшие количества закиси железа при относительно большом объеме прибора и при недостаточном вакууме. Восстановительное действие следов газов обычно несколько компенсируется частичным окислением металлического железа во время приготовления исходной смеси.

Полученный продукт может содержать закись-окись железа. Это может произойти вследствие окисления железа во время взвешивания без соответствующих предосторожностей или при не разложения) одновременно закись-окись и металлическое железо. При недостаточно сильном нагреве (ниже 572е С) окись железа восстанавливается только до закись-окиси.

Закись железа черного цвета; очень неустойчива и даже при комнатной температуре может оставаться без изменения только несколько дней. При нагревании па воздухе до 200—250° С она окисляется с выделением большого количества тепла. При температуре ниже 572° С закись железа постепенно разлагается, прекращаясь в металлическое железо и закись-окись железа. Максимальная скорость превращения наблюдается при 430° С.

Закись железа, называемая вюститом, образуется в качестве промежуточного продукта при высокотемпературном (572е С) окислении железа на воздухе. Содержание кислорода в вюстите может колебаться в некоторых пределах; обычно оно несколько больше, чем это соответствует теоретическому расчету.

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.