«Водородная чума» железа
Французский химик Сент-Клер-Девилль после многолетних наблюдений сделал в 1863 г. вывод о том, что железо и сталь «не держат водород, а становятся при определенных условиях проницаемыми для этого легчайшего элемента». Неожиданные разрывы стволов артиллерийских орудий, аварии химического оборудования для процесса синтеза аммиака NH3, где используется водород; наконец, некоторые авиационные катастрофы — все это следствия «водородной чумы» железа. Причина в том, что водород, особенно атомарный, активно реагирует с карбидами железа — в частности, с цементитом, упрочняющим стальные изделия:
Fe3C + 4H° = 3Fe + CH4↑.
При этом структура металла изменяется, а его прочность резко падает. Надежное средство борьбы с этим вредным явлением найдено лишь в 30-х годах нашего столетия: предложено легировать стали, работающие в контакте с водородом и его соединениями, такими металлами, как титан Ti, ванадий V и молибден Мо. В этом случае в сплаве присутствуют не карбиды железа, а карбиды добавленных в сталь примесных металлов, которые устойчивы к водороду.
Как ржавеет алюминий?
Разрушается ли на воздухе металлический алюминий? Судя по тому, что бытовая алюминиевая посуда служит годами и даже десятилетиями...
Разрушение алюминия на воздухе возможно только тогда, когда устранена самозащита металла — уничтожена пассивирующая пленка на его поверхности. Очистим изделие из алюминия от следов жира и масла и погрузим в водный раствор нитрата ртути Hg(NO3)2:
2А1 + 3Hg(NO3)2 = 2A1(NO3)3 + 3Hg↓.
Алюминий вытесняет ртуть из ее соли, и на поверхности изделия появляется тонкий слой амальгамы — раствора алюминия в ртути, разрушающий пассивирующую пленку. Алюминий, растворенный в ртути, взаимодействует с влагой и кислородом воздуха, превращаясь в тонкий белый порошок или белые хлопья метагидроксида алюминия:
4Al + 2H2О + 3О2 = 4А1О(ОН).
Израсходованный в реакции металл пополняется новыми порциями растворяющегося в ртути алюминия — вплоть до того момента, когда вместо алюминия останется лишь его метагидроксид, содержащий мельчайшие капельки ртути.
Если амальгамированный алюминий погрузить в воду, то начинается выделение водорода:
2А1 + 4Н2О = 2А1О(ОН) + 3Н2↑.
«Химческая чистка» от ржавчины
При травлении стальных изделий с помощью хлороводородной кислоты НСl ржавчина [оксид Fe2O3 и метагидроксид железа FeO(OH)] переходят в раствор в виде трихлорида железа FеС13:
Fe2O3 + 6НС1 = 2FeCl3 + 3Н2О, FeO(OH) + 3HCl = FeCl3 + 2Н2О.
Если после травления деталь недостаточно хорошо промыта, то оставшийся на поверхности FeCl3 снова вызовет коррозию; хлорид железа — вещество гигроскопичное, поглощая влагу из воздуха, он подвергается гидролизу:
FeCl3 + Н2О = Fe(OH)Cl2 + НС1
Это действует так же, как обработка металла хлороводородной кислотой — идеальные условия для коррозии! Чтобы при травлении металла с хлороводородной кислотой взаимодействовала только ржавчина, но не очищаемый материал, в травильный раствор рекомендуют добавлять ингибиторы — вещества, тормозящие процесс взаимодействия железа с кислотами, например уротропин или гексаметилентетрамин (CH2)6N4. Тончайшая пленка ингибитора обволакивает только поверхность металла и предохраняет ее от контакта с кислотой, а ржавчина остается незащищенной и беспрепятственно растворяется.
Тормоз травления
Разве обязательно для удаления ржавчины с железных деталей использовать хлороводородную кислоту?
Для этой же цели можно использовать, например, ортофосфорную кислоту Н3РО4, а иногда и азотную кислоту HNO3. Если хотят провести постепенное травление, готовят кислотную пасту. Для этого картофельный крахмал смачивают водой, а потом добавляют в полученную массу кислоту. После снятия остатков пасты по окончании травления следует обработать поверхность металла раствором гидрокарбоната натрия NaHCO3 (питьевой содой), это поможет удалению остатков кислоты:
3NaHCO3 + Н3РO4 = Na3PO4 + 3Н2О + 3СО2↑.
Черное золото?
Если на золотое кольцо попал иод, оно чернеет. Как его очистить?
Иод взаимодействует с золотом Аu уже при обычных условиях:
2Au + I2= 2AuI.
Черный моноиодид золота AuI восстанавливается гидросульфитом натрия:
2AuI + NaHSO3 + H2O = 2Au + NaHSO4 + 2HI.
Поэтому если подействовать на загрязненное место раствором NaHSO3, то через 10—15 минут кольцо посветлеет.
Ненужный малахит
Медная посуда и бронзовые изделия покрываются со временем зеленым налетом.
В
воздухе всегда присутствуют влага и диоксид углерода СО2.
Взаимодействуя с ними, медь Сu
превращается в гидроксид-карбонат меди Сu2(ОН)2(СО3)
зеленого цвета:
2Cu+ О2 + Н2O + СО2 = Сu2(ОН)2(СO3).
Это вещество тождественно известному зеленому минералу малахиту. Если надо очистить изделие от зеленого налета, следует подержать его в водном растворе аммиака NН3:
Cu2(OH)2(CO3) + 8NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2 + [Cu(NH3)4]CO3.
После растворения зеленого налета нужно обязательно промыть поверхность металла для удаления следов аммиака и солей аммония, так как в их присутствии металлическая медь реагирует с кислородом воздуха:
2Сu + 4NH4C1 + О2 + 4NH3 = 2[Cu(NH3)4]Cl2 + 2Н2О.
Цемент Сореля
Химик вел синтез хлорида магния MgCl2, добавляя при перемешивании к густой водной суспензии оксида магния MgO хлороводородную кислоту НСl. Но вот его позвали к телефону, и он решил продолжить работу завтра, но...
На следующий день его встретила странная картина: стакан со смесью треснул, а его содержимое представляло собой камень, белый и очень твердый. Что это за вещество?
В ходе синтеза началась реакция:
MgO + 2HCl = MgC12 + H2O,
но кислоты НСl было введено недостаточно. В стакане на целые сутки осталась смесь хлорида магния, оксида магния и воды. Началось образование хлорида-гидроксида магния:
MgO + MgCl2 + H2O = 2Mg(OH)Cl,
а затем полимеризация Mg(OH)Cl с выделением воды и образованием цепей типа —Mg—O—Mg—О—Mg—О—, между которыми располагались ионы С1-. В стакане оказался так называемый «магнезиальный цемент», или «цемент Сореля». Он легко полируется, его можно сверлить и пилить. Если в процессе его образования к исходным реагентам добавить древесные опилки, то можно получить искусственный строительный материал — ксилолит.
Без электролиза
Известно, что получение фтора ведут электролизом — так, как это впервые сделал французский химик Муассан. А можно ли выделить фтор F2 чисто химическим методом?
Совсем недавно, в 1986 г. выяснилось, что фтор может быть получен взаимодействием гексафтороманганата калия K2[MnF6] с пентафторидом сурьмы SbF5. При нагревании идет реакция:
K2[MnF6] + 2SbF5 = 2KF + F2↑ + Mn[SbF6]2.
Фтор выделяется также при нагревании трифторида кобальта CoF3:
2CoF3 = F2↑ + 2CoF2.
Йодное рафинирование металлов
Иод I2 нашел широкое применение в так называемых «транспортных реакциях». Исходное вещество — металл (например, титан Ti) — в менее нагретой зоне аппарата реагирует с иодом, образуя летучее вещество — тетраиодид титана:
Ti +2I2 = TiI4↑,
которое, переместившись в горячую зону реактора, вновь разлагается на исходный металл и иод:
TiI4 = Ti + 2I2↑.
При этом легколетучий иод не расходуется, а служит лишь для переноса вещества из одной зоны в другую — для «транспорта». А если исходное вещество загрязнено, можно подобрать такие температуру и давление, когда примеси не будут реагировать с иодом и переноситься в зону очищенного основного вещества. Особенно эффективен метод «йодного рафинирования» для очистки тугоплавких металлов, например циркония и гафния, незаменимых в ядерной энергетике.
Йодный «допинг»
Можно ли увеличить долговечность ламп накаливания путем введения иода в баллон лампы?
Повышение температуры нити накаливания в лампах приводит к увеличению количества испускаемой лучистой энергии. Казалось бы, задача повышения температуры вольфрамовой нити с 2000 до 3000°С не имеет препятствий: температура плавления вольфрама около 3400°С. Однако оказалось, что уже при повышении температуры нити с 1700 до 2500°С испарение вольфрама с поверхности нити очень сильно возрастает, а колба лампы быстро темнеет; нить утончается и в конце концов перегорает раньше положенного времени. А если внутрь колбы ввести немного иода? Испарившийся вольфрам на стенках колбы прореагирует с иодом:
W + I2 = WI2↑,
а иодид вольфрама WI2 испарится со стенок и устремится к раскаленной нити; на нити произойдет разложение иодида вольфрама на металлический вольфрам и свободный иод. Итак, металл возвращен на место, а иод снова может участвовать в переносе вольфрама — в «транспортной реакции». Теперь можно поднять температуру нити и до 2 700°С. Такую сверхмощную лампу можно использовать где угодно — для освещения больших площадей, для нагрева металлов и т. п.
Красный фосфор улучшает качество йодоводородной кислоты
При длительном хранении иодоводородная кислота HI окисляется кислородом воздуха с выделением иода:
4НI + О2 = 2I2 + 2Н2О.
Выделившийся иод вступает в реакцию с иодоводородной кислотой:
НI + I2 = H[I(I)2].
Дииодоиодат водорода придает кислоте коричневую окраску. Очистку от примеси Н[I(I)2] ведут, перегоняя кислоту в присутствии красного фосфора в инертной атмосфере — в азоте, аргоне, диоксиде углерода. При этом происходит восстановление Н[I(I)2] до HI:
2Р + 3Н[I(I)2] + 6Н2О = 2Н2(РНО3) + 9HI↑ .
При температуре 125— 127°С отгоняется 57%-я иодоводородная кислота. Вместо красного фосфора рекомендуется применять также диоксодигидрофосфат водорода Н(РН2О2) или сероводород H2S:
Н(РН2О2) + Н[I(I)2] + Н2О = Н2(РНО3) + 3HI,
H2S + H[I(I)2]= S↓ + 3HI.
Неудачная экстракция
Чтобы извлечь из реакционной смеси оксохлорат кальция Са(ClO)2 один из студентов решил воспользоваться методом экстракции и добавил к оксохлорату-хлориду кальция CaCl(ClO) (хлорной извести) этиловый спирт C2H5OH. Он начал перемешивать полученную суспензию и низко наклонился над стаканом со смесью, удивленный ее сладковатым запахом через несколько минут студент потерял сознание.
При взаимодействии этилового спирта с хлорной известью образуется хлороформ CHCl3, (трихлорметан) — бесцветная летучая жидкость, обладающая сильным наркотическим действием:
С2Н5ОН + 4С12 = 2СНС13↑ + 2НС1 + Н2О.
Хлор, участвующий в реакции, всегда содержится в некотором количестве в хлорной извести. Выделяющийся в реакции хлороводород способствует дополнительному выделению хлора и дальнейшему образованию хлороформа:
СаСl(СlО) + 2НС1 = Сl2 + СаСl2 + Н2О.
Студент надышался хлороформа и поэтому потерял сознание.
•
•
Copyright © 2005 - 2007 Webmaster
