Oxizii sunt solubili în apă sau nu. VI

O astfel de interacțiune chimică slabă, pe care o clasificăm ca tip VI, poate fi exprimată prin următoarea schemă:

eu"" m DESPRE n= m[Eu""] Eu" + n[O] Eu" ,

unde sunt eu"" m DESPRE n- ceramică sau oxid de sticlă; [Me""] Me" și [O] Me" sunt soluții solide de metal și oxigen care formează oxid ceramic în metalul care este sudat pe acesta.

O interacțiune de acest tip poate apărea atunci când există o diferență mare în energia Gibbs de formare a oxidului ceramic sau de sticlă și a oxidului metalului care este sudat.

Posibilitatea unei interacțiuni de acest tip este indicată, de exemplu, de fenomenele de coagulare a fazelor de întărire (compuși intermetalici, oxizi, carburi, carbonitruri), care apar la temperaturi ridicate în materialele întărite în dispersie ca urmare a dizolvării particulelor mici în matricea si cresterea celor mari. Posibilitatea și gradul unei astfel de interacțiuni între întăritor și matrice determină rezistența la căldură a materialelor compozite.

Pentru prima dată, evaluările cantitative ale gradului de interacțiune în timpul formării soluțiilor solide conform unei reacții de tip VI între Al 2 O 3 și nichel într-un material sinterizat la o temperatură (1673 K) au fost efectuate de O. Kubashevsky. O dezvoltare detaliată a unei metode de evaluare termodinamică a interacțiunii oxizilor refractari și o matrice metalică a materialelor întărite cu dispersie a fost realizată de E.I. Mozzhukhin, ale cărui rezultate de calcul au fost confirmate satisfăcător prin analiza chimică a sistemelor A1 2 O 3 - Mo și A1 2 O 3 - Nb după sinterizarea lor la temperaturi (0,6-0,8) ale metalului matricei.

O reacție de tip VI poate fi acceptată ca bază pentru calculele termodinamice dacă sunt îndeplinite următoarele condiții: prezența a cel puțin o mică solubilitate a oxigenului și Me" în metalul sudat Me" nicio modificare în compoziția stoechiometrică a oxidului; nu există posibilitatea de tranziție a oxidului care participă la reacția la oxizi inferiori, lipsa posibilității de solubilitate a metalului sudat în Me "" m O n.

Neîndeplinirea primei condiții privează ecuația în cauză de sens: a doua - duce la o reacție de tip V; a treia - reacții de tip VI; al patrulea - necesită adăugarea ecuației de reacție VI cu alta, ținând cont de formarea unei soluții solide Me" în și Me"" m O n a soluției lor comune.

Spre deosebire de reacțiile de tip I, II, IV, V discutate mai sus, pentru care conceptul de echilibru termodinamic nu este aplicabil și direcția curgerii (de la stânga la dreapta sau de la dreapta la stânga) este în întregime determinată de semn
, reacția de tip VI se desfășoară de la stânga la dreapta și completitudinea apariției acesteia este determinată de constanta de echilibru egală cu produsul activităților oxigenului și Me "" în metalul sudat Me". Pentru soluțiile diluate, activitățile pot fi luate egale cu concentrația (fracția molară) și, folosind legea acțiunii masei pentru o reacție de tip VI, determinați valoarea acestora, adică concentrația de echilibru a elementelor dizolvate în soluția solidă pe baza metalului care este sudat va caracteriza gradul de echilibru al interacţiunii materialelor sudate.

Calculul termodinamic al unei reacții de tip VI folosind exemplul sistemului ZnS-Me, subliniind caracteristicile metodologice, este prezentat în lucrare. Rezultatele acestui calcul sunt, într-o primă aproximare, aplicabile și unui sistem similar ZnO-Me, care prezintă un interes deosebit atunci când se analizează sudabilitatea feritelor de zinc.

Calculul se bazează pe reacția de interacțiune cu cuprul:

ZnS TV = Cu + [S] Cu (7,29)

Rezultatele calculului au arătat că atunci când sulfura de zinc interacționează cu cuprul, este termodinamic posibil să se dizolve până la 0,086 at. % sulf, care este cu un ordin și jumătate de mărime mai mare decât limita de solubilitate a sulfului în cupru la această temperatură (0,004 at.%), adică. mai mare decât poate fi conținută într-o soluție solidă saturată în echilibru cu sulfură de cupru mai mică. Rezultă că atunci când ZnS interacționează cu cuprul, formarea unei anumite cantități de sulfură de cupru Cu 2 S este posibilă termodinamic.

În consecință, calculul termodinamic al interacțiunii cu cuprul după metoda lui E.I. Mozzhukhin folosind ecuația (7.29) dă doar un rezultat calitativ. Această tehnică este aplicabilă pentru sistemele în care diferența dintre energiile Gibbs de formare a oxidului refractar și a oxidului metalic al matricei este de ordinul a 400 kJ/g atom de oxigen în sistemele de sulfuri luate în considerare, această valoare este mult mai mică;

Pentru a obține rezultate cantitative, dezvoltarea ulterioară a acestei tehnici este prezentată mai jos.

Sulful și compușii săi.

Echipamente, reactivi:

Sulf (bucăți mici), sulf (pulbere), fier redus, sulfit de sodiu uscat, acid sulfuric concentrat, cupru, hidroxid de sodiu, fenolftaleină, fucsină, zahăr, permanganat de potasiu cristalin, alcool, oxid de cupru (II).

Eprubete mari - 5 buc., eprubete mici - 6 buc., un suport pentru eprubete, un suport prefabricat, un mortar și un pistil, un creuzet mic, un balon mic cu tub de evacuare a gazului și o pâlnie de picurare, un pahar mic , tije de amestecare din sticla, baloane, vata, pahare de portelan, gresie.

Sulful și proprietățile sale

Caracteristicile topirii sulfului.

Bucățile mici de sulf sunt plasate într-o eprubetă pentru a umple 1/3 din volumul acesteia (culoarea sulfului este mai puțin potrivită pentru aceste scopuri, deoarece se observă o spumă puternică când se topește). Eprubeta cu sulf se încălzește până când sulful se topește (119 "C). Odată cu încălzirea ulterioară, sulful se întunecă și începe să se îngroașe (îngroșare maximă la 200 "C). În acest moment, eprubeta este răsturnată pentru o clipă, iar sulful nu se va scurge. Cu o încălzire și mai puternică, sulful se lichefiază din nou, iar la 445 °C, sulful fierbinte se toarnă într-un pahar sau un cristalizator, în timp ce se face o mișcare circulară cu eprubeta acesta din apă (folosind o baghetă de sticlă), apoi se întinde ca cauciucul.

Reacția dintre sulf și fier.

a) Experimentul se realizează într-o eprubetă. Mai întâi, pregătiți un amestec de substanțe într-un raport de 7: 4

(Ar(Fe): Ar(S) = 56: 32). De exemplu, este suficient să luați 3,5 g de fier și 2 g de sulf. În amestecul rezultat, se disting particule individuale de sulf și fier și culoarea acestor substanțe. Dacă aruncați puțin din amestec într-un pahar cu apă, sulful plutește (nu este udat de apă), iar fierul se scufundă (udat de apă).

Amestecul poate fi separat cu ajutorul unui magnet. Pentru a face acest lucru, un magnet este adus la amestec pe o sticlă de ceas sau o placă de sticlă acoperită cu hârtie, care atrage fierul, sulful rămâne pe ceas.

sticlă Amestecul este transferat într-o eprubetă, care este fixată într-un picior de trepied la un unghi ușor înclinat și încălzită. Este suficient să se realizeze începutul reacției (roșu fierbinte) într-un loc al amestecului - și reacția continuă de la sine (procesul este exotermic). Pentru a extrage sulfura de fier rezultată, eprubeta este spartă. Deci, din două substanțe, dacă au fost luate în cantități corespunzătoare calculelor, s-a obținut o substanță, având proprietăți diferite de proprietățile substanțelor originale.

Probleme posibile la efectuarea unui experiment

1. Pentru experiment, trebuie să luați doar fier redus. Când se utilizează rumeguș obișnuit, reacția nu are loc, deoarece fiecare bob este acoperit cu o peliculă subțire de oxizi de fier, care

previne contactul fierului cu sulful.

2. Reacția nu va continua sau se vor observa doar focare izolate dacă amestecul este slab amestecat și nu există suficient contact al sulfului cu fierul.

3. Reacția nu va funcționa dacă boabele de fier sunt foarte mari, prin urmare, suprafața de contact cu sulful este mică.

Oxid de sulf (IV) și acid sulfuros.

Prepararea oxidului de sulf (IV)..

a) Balonul cu sulfit de sodiu solid se închide cu un dop și o pâlnie de picurare. La adăugarea acidului sulfuric concentrat (acidul trebuie adăugat picătură cu picătură. Când se observă

degajare puternică de gaz, apoi adaosul de acid este oprit) se eliberează oxid de sulf (IV). Reacția are loc fără încălzire.

b) Acidul sulfuric concentrat se adaugă la cupru (așchii, rumeguș sau sârmă) și se încălzește. Oxidul de sulf (IV) este colectat prin deplasarea aerului.

Dizolvarea oxidului de sulf (IV) în apă.

Așezați cilindrul cu orificiul în sus și umpleți-l cu oxid de sulf (IV). Completitudinea umplerii este controlată ca și cu dioxid de carbon o torță aprinsă. Cilindrul este acoperit cu sticlă

placa și gaura în jos sunt coborâte într-un cristalizator cu apă. Când cilindrul este balansat, apa intră treptat în el. Solubilitatea oxidului de sulf (IV) în apă este foarte mare și la conditiile camerei egal cu o medie de 40 de volume de gaz per 1 volum de apă, ceea ce reprezintă aproximativ 10% din greutate. Solubilitatea ridicată permite întotdeauna elevilor să concluzioneze că în acest caz are loc o reacție chimică între gazul de dizolvare și solvent.

reacţie.

Proprietăți chimice acid sulfuros.

În balon se toarnă 100 - 150 ml apă și se trece oxid de sulf (IV) timp de câteva minute, astfel încât soluția să aibă miros puternic. Această sticlă este închisă cu un dop.

a) 1/3 din volumul eprubetei este umplută cu apă colorată cu magenta. Adăugați acid sulfuros în apa colorată și amestecați soluția. Acidul sulfuros dă o soluție incoloră cu coloranți organici. Se încălzește soluția la fierbere. Culoarea magenta este restabilită. De ce?

Acid sulfuric

Carbonizarea unei așchii.

Când o așchie este coborâtă în acid sulfuric concentrat, aceasta devine carbonizată și este eliberat carbonul liber. După clătire în apă, așchia este arătată studenților, care ajung la concluzia că acidul sulfuric este capabil să elimine hidrogenul și oxigenul din substanțele complexe, ceea ce explică unele dintre regulile de lucru cu acesta.

Astăzi începem cunoașterea celor mai importante clase de compuși anorganici. Substanțele anorganice sunt împărțite în funcție de compoziția lor, după cum știți deja, în simple și complexe.

OXID	ACID	BAZA	SARE
E x O y	NnO A – reziduu acid	Eu (OH)b OH – grupare hidroxil	Me n A b

Substanțele anorganice complexe sunt împărțite în patru clase: oxizi, acizi, baze, săruri. Începem cu clasa de oxid.

OXIZI

Oxizi - acestea sunt substanțe complexe formate din două elemente chimice, dintre care unul este oxigenul, cu o valență de 2. Un singur element chimic - fluorul, atunci când este combinat cu oxigenul, formează nu un oxid, ci fluorura de oxigen OF 2.
Ele sunt numite pur și simplu „oxid + numele elementului” (vezi tabelul). Dacă valența unui element chimic este variabilă, aceasta este indicată printr-o cifră romană cuprinsă între paranteze după numele elementului chimic.

Formula	Nume	Formula	Nume
	monoxid de carbon (II).	Fe2O3	oxid de fier (III).
	oxid nitric (II)	CrO3	oxid de crom (VI).
Al2O3	oxid de aluminiu		oxid de zinc
N2O5	oxid nitric (V)	Mn2O7	oxid de mangan (VII).

Clasificarea oxizilor

Toți oxizii pot fi împărțiți în două grupe: care formează sare (bazici, acizi, amfoteri) și care nu formează sare sau indiferenți.

Oxizi metalici Blana x O y			Oxizi nemetalici neMe x O y
De bază	Acid	Amfoter	Acid	Indiferent
I, II Meh	V-VII eu	ZnO,BeO,Al2O3, Fe203, Cr203	> II neMe	I, II neMe CO, NU, N2O

1). Oxizii bazici sunt oxizi care corespund bazelor. Principalii oxizi includ oxizi metale 1 și 2 grupuri, precum și metale subgrupuri laterale cu valență eu Şi II (cu excepția ZnO - oxid de zinc și BeO – oxid de beriliu):

2). Oxizi acizi- Aceștia sunt oxizi, care corespund acizilor. Oxizii acizi includ oxizi nemetalici (cu excepția celor care nu formează sare - indiferente), precum și oxizi metalici subgrupuri laterale cu valenţă din V la VII (De exemplu, CrO 3 - oxid de crom (VI), Mn 2 O 7 - oxid de mangan (VII):

3). Oxizi amfoteri- Aceștia sunt oxizi, care corespund bazelor și acizilor. Acestea includ oxizi metalici subgrupe principale și secundare cu valență III , Uneori IV , precum și zinc și beriliu (De exemplu, BeO, ZnO, Al203, Cr2O3).

4). Oxizi care nu formează sare– sunt oxizi indiferenți la acizi și baze. Acestea includ oxizi nemetalici cu valență eu Şi II (De exemplu, N2O, NO, CO).

Concluzie: natura proprietăților oxizilor depinde în primul rând de valența elementului.

De exemplu, oxizii de crom:

CrO(II- principal);

Cr 2 O 3 (III- amfoter);

CrO3(VII- acid).

Clasificarea oxizilor

(prin solubilitate in apa)

Oxizi acizi	Oxizii bazici	Oxizi amfoteri
Solubil în apă. Excepție – SiO2 (nu este solubil in apa)	Doar oxizii metalelor alcaline și alcalino-pământoase se dizolvă în apă (acestea sunt metale Grupele I „A” și II „A”, excepție Be, Mg)	Nu interacționează cu apa. Insolubil în apă

Finalizați sarcinile:

1. Scrieți-o separat formule chimice oxizi acizi și bazici care formează sare.

NaOH, AlCl3, K20, H2SO4, SO3, P205, HNO3, CaO, CO.

2. Substante date : CaO, NaOH, CO2, H2SO3, CaCl2, FeCl3, Zn(OH)2, N2O5, Al2O3, Ca(OH)2, CO2, N2O, FeO, SO3, Na2SO4, ZnO, CaCO3, Mn2O7, CuO, KOH, CO, Fe(OH)3

Notează oxizii și clasifică-i.

Obținerea oxizilor

Simulator „Interacțiunea oxigenului cu substanțe simple”

1. Arderea substanțelor (Oxidarea cu oxigen)	a) substanţe simple Antrenor	2Mg +O2 = 2MgO
	b) substanţe complexe	2H2S+3O2=2H2O+2SO2
2. Descompunerea substanţelor complexe (utilizați tabelul de acizi, vezi anexe)	a) săruri SAREt= OXID DE BAZĂ+OXID DE ACID	CaCO3 = CaO + CO2
	b) Baze insolubile Eu (OH)bt= Eu x O y+ H 2 O	Cu(OH)2t=CuO+H2O
	c) acizi care conţin oxigen NnA=OXID ACID + H 2 O	H2S03 =H2O+SO2

Proprietățile fizice ale oxizilor

La temperatura camerei majoritatea oxizilor sunt solidi (CaO, Fe 2 O 3 etc.), unii sunt lichidi (H 2 O, Cl 2 O 7 etc.) si gaze (NO, SO 2 etc.).

Proprietățile chimice ale oxizilor

PROPRIETĂȚI CHIMICE ALE OXIZILOR DE BAZĂ 1. Oxid bazic + Oxid acid = Sare (r. compuși) CaO + SO 2 = CaSO 3 2. Oxid bazic + Acid = Sare + H 2 O (soluție de schimb) 3 K 2 O + 2 H 3 PO 4 = 2 K 3 PO 4 + 3 H 2 O 3. Oxid de bază + apă = Alcali (compus) Na20 + H20 = 2 NaOH

PROPRIETĂȚI CHIMICE ALE OXIZILOR ACIZI 1. Oxid acid + Apa = Acid (p. compuși) Cu O 2 + H 2 O = H 2 CO 3, SiO 2 – nu reacţionează 2. Oxid acid + Bază = Sare + H 2 O (curs de schimb) P 2 O 5 + 6 KOH = 2 K 3 PO 4 + 3 H 2 O 3. Oxid bazic + Oxid acid = Sare (r. compuși) CaO + SO 2 = CaSO 3 4. Cele mai puțin volatile le înlocuiesc pe cele mai volatile din sărurile lor CaC03 + SiO2 = CaSiO3 + CO2

PROPRIETĂȚI CHIMICE ALE OXIZILOR AMFOTERICI Ele interacționează atât cu acizi, cât și cu alcalii. ZnO + 2 HCI = ZnCl2 + H2O ZnO + 2 NaOH + H 2 O = Na 2 [Zn (OH) 4] (în soluție) ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O (când este fuzionat)

Aplicarea oxizilor

Unii oxizi sunt insolubili în apă, dar mulți reacționează cu apa pentru a forma compuși:

SO3 + H2O = H2SO4

CaO + H 2 O = Ca( OH) 2

Rezultatul este adesea compuși foarte necesari și utili. De exemplu, H2SO4 este acid sulfuric, Ca(OH)2 este var stins etc.

Dacă oxizii sunt insolubili în apă, oamenii folosesc cu pricepere această proprietate. De exemplu, oxidul de zinc ZnO este o substanță albă, prin urmare este utilizat pentru prepararea vopselei de ulei alb (alb de zinc). Deoarece ZnO este practic insolubil în apă, orice suprafață poate fi vopsită cu alb de zinc, inclusiv cele care sunt expuse precipitațiilor. Insolubilitatea și nontoxicitatea permit acestui oxid să fie utilizat la fabricarea cremelor și pudrelor cosmetice. Farmaciştii îl transformă într-o pulbere astringentă şi uscată pentru uz extern.

Oxidul de titan (IV) – TiO 2 – are aceleași proprietăți valoroase. Are și un chipeș albși este utilizat pentru producerea de alb de titan. TiO 2 este insolubil nu numai în apă, ci și în acizi, astfel încât acoperirile realizate din acest oxid sunt deosebit de stabile. Acest oxid este adăugat plasticului pentru a-i da o culoare albă. Face parte din emailurile pentru vase metalice si ceramice.

Oxid de crom (III) - Cr 2 O 3 - cristale foarte puternice de culoare verde închis, insolubile în apă. Cr 2 O 3 este utilizat ca pigment (vopsea) la fabricarea sticlei decorative verde și a ceramicii. Cunoscuta pastă GOI (prescurtarea denumirii „Institutul optic de stat”) este utilizată pentru șlefuirea și lustruirea opticii, metalului produse, în bijuterii.

Datorită insolubilității și rezistenței oxidului de crom (III), acesta este utilizat și în cernelurile de tipar (de exemplu, pentru colorarea bancnotelor). În general, oxizii multor metale sunt utilizați ca pigmenți pentru o mare varietate de vopsele, deși aceasta este departe de singura lor utilizare.

Sarcini pentru consolidare

1. Scrieți separat formulele chimice ale oxizilor acizi și bazici care formează sare.

NaOH, AlCl3, K20, H2SO4, SO3, P205, HNO3, CaO, CO.

2. Substante date : CaO, NaOH, CO2, H2SO3, CaCl2, FeCl3, Zn(OH)2, N2O5, Al2O3, Ca(OH)2, CO2, N2O, FeO, SO3, Na2SO4, ZnO, CaCO3, Mn2O7, CuO, KOH, CO, Fe(OH)3

Selectați din listă: oxizi bazici, oxizi acizi, oxizi indiferenți, oxizi amfoteri și dați-le nume.

3. Completați CSR, indicați tipul de reacție, denumiți produșii de reacție

Na20 + H20 =

N2O5 + H20 =

CaO + HNO3 =

NaOH + P2O5 =

K2O + CO2 =

Cu(OH)2 = ? + ?

4. Efectuați transformări conform schemei:

1) K → K 2 O → KOH → K 2 SO 4

2) S→SO2 →H2SO3 →Na2SO3

3) P→P2O5 →H3PO4 →K3PO4

Invenţia se referă la metode de dizolvare a oxizilor de uraniu şi poate fi utilizată în tehnologia producerii materialelor din ciclul combustibilului, în special pentru producerea uraniului îmbogăţit. Conform metodei, pulberea de oxid de uraniu este plasată sub un strat de apă cu un raport dintre înălțimea stratului de apă și înălțimea stratului de oxid de uraniu de cel puțin 1,3. Acidul azotic este furnizat sub stratul de oxizi de uraniu la un debit de (0,30-0,36) tone HNO 3 la 1 tonă de uraniu pe oră. Invenția face posibilă reducerea volumului de gaze care părăsesc reactorul cu solvent și supuse purificării înainte de a fi descărcate în atmosferă, reducând în același timp conținutul de dioxid de azot din acestea. 1 salariu dosare, 1 masă.

Invenţia se referă la metode de dizolvare a oxizilor de uraniu şi poate fi utilizată în tehnologia producerii materialelor din ciclul combustibilului, în special pentru producerea uraniului îmbogăţit. Ca materie primă pentru îmbogățirea uraniului, pot fi utilizați oxizii acestuia sub formă de oxid tehnic - oxid U 3 O 8 (2UO 3 + UO 2), obținut din materii prime naturale. În acest caz, înainte de operația de fluorurare, uraniul trebuie purificat în continuare de impuritățile însoțitoare prezente în concentratul de minereu, inclusiv impuritățile care formează fluoruri volatile (molibden, siliciu, fier, vanadiu etc.). În plus, este necesară îndepărtarea impurităților care intră în uraniu în timpul prelucrării minereurilor naturale în oxid de uraniu (calamă, reziduuri sub-arse, grafit, cărbune etc.). Pentru a purifica uraniul de impurități, puteți folosi tehnologia de extracție pentru purificarea soluțiilor de nitrat de uraniu folosind tributil fosfat. Înainte de extracție, oxizii de uraniu trebuie dizolvați. Există o metodă cunoscută pentru dizolvarea oxizilor de uraniu într-un amestec de acizi azotic concentrat și acizi clorhidric concentrați (Uraniu și compușii săi. Standardul industrial al URSS OST 95175-90, p. 5). Cu toate acestea, din cauza coroziunii mari a echipamentelor, această metodă este utilizată numai la scară de laborator. Există o metodă cunoscută de dizolvare a oxidului de uraniu în acid azotic (V.M. Vdovenko. Radiochimie modernă. - M., 1969, p. 257) (prototip). Metoda se efectuează conform următoarei reacții: 2U3O8 +14HNO3 =6UO2(NO)3)2+7H2O+NO+NO2. În urma reacției, se formează oxid și dioxid de azot, care au efecte nocive pe mediu si omul. În acest sens, este nevoie de purificarea gazelor reziduale din oxizii de azot. Dioxidul de azot (NO2) este un gaz maro, oxidul de azot (NO) este un gaz incolor. Oxidul de azot (NO) la contactul cu oxigenul atmosferic este oxidat la NO 2. Dioxidul de azot este componenta principală în evacuările gazoase supuse tratamentului. Dacă o materie primă care conține peste 80% oxid de uraniu tetravalent este dizolvată, atunci formarea de oxizi de azot pe unitatea de materie primă crește în comparație cu dizolvarea oxidului de uraniu care conține aproximativ 30% oxid de uraniu tetravalent. Procesul de dizolvare a unor astfel de materii prime se caracterizează printr-o eliberare semnificativă de dioxid de azot. În materiile prime de oxizi, conținutul de uraniu (IV) este de 30%: În materiile prime de oxizi, conținutul de uraniu (IV) este de 80%: La agitarea sistemului de reacție, care este utilizat pentru a îmbunătăți transferul de masă în sistem, eliberarea oxizilor de azot din amestecul de reacție are loc deosebit de rapid. Obiectivul invenţiei este reducerea volumului de gaze (oxizi de azot) care părăsesc reactorul cu solvent şi supuse epurării înainte de a fi evacuate în atmosferă, reducând în acelaşi timp conţinutul de dioxid de azot din acestea. Problema este rezolvată prin faptul că, în metoda de dizolvare a oxizilor de uraniu, inclusiv interacțiunea lor cu acidul azotic, pulberea de oxid de uraniu este plasată sub un strat de apă la un raport dintre înălțimea stratului de apă și înălțimea uraniului. stratul de oxid de cel puțin 1,3, iar acidul azotic este furnizat sub stratul de oxizi de uraniu la o rată de (0,3-0,36) t HNO 3 la 1 tonă de uraniu pe oră. Amestecul de reacție este irigat cu apă într-o cantitate egală cu 10-20% din stratul apos. Exemplu. Pulberea de oxid de uraniu se pune sub un strat de apă. Soluția acidă este alimentată sub stratul de oxid. Soluția acidă este furnizată sub stratul de oxizi de uraniu printr-o conductă coborâtă la fundul reactorului cu solvent. Sunt efectuate patru serii de experimente. În prima serie, se modifică raportul dintre înălțimea stratului de apă și înălțimea stratului de oxid de uraniu. În a doua serie de experimente se modifică consumul de HNO3 pe unitatea de timp. În a treia serie de experimente, amestecul de reacție este agitat prin adăugare aer comprimat. În a patra serie de experimente, apa este pulverizată peste suprafața stratului de apă pentru a crea o ceață de apă în reactorul cu solvent. În experimentul 6 din prima serie, nu există niciun strat de apă deasupra stratului de oxizi de uraniu. Experimentele sunt efectuate fără încălzirea amestecului de reacție. Rezultatele experimentale sunt prezentate în tabel. Când acidul azotic este furnizat sub un strat de oxizi de uraniu situat sub apă, dizolvarea oxizilor de uraniu are loc uniform pe întregul volum. Dioxidul de azot format în timpul dizolvării oxizilor de uraniu, trecând printr-un strat de apă, interacționează cu acesta din urmă pentru a forma acid azotic, care, la rândul său, interacționează cu oxizii de uraniu; se reduce consumul de acid azotic (în total per experiment) furnizat reactorului cu solvent. După cum se poate observa din tabel, o scădere a volumului de gaze care părăsesc reactorul cu solvent, cu o scădere a conținutului de dioxid de azot din ele, are loc atunci când raportul dintre înălțimea stratului de apă și înălțimea stratului de oxid de uraniu. este de cel puțin 1,3 iar consumul de acid azotic pe unitatea de timp este de 0,30-0,36 t НNO 3 / t U pe oră (experimentele 3-5 din prima serie, 1, 2 din a doua serie). Irigarea cu apă a spațiului de deasupra stratului de apă promovează captarea suplimentară a dioxidului de azot și suprimarea formării spumei (experimentele 1, 2 din seria a patra). Absența unui strat de apă deasupra oxizilor de uraniu în timpul procesului de dizolvare (experimentul 6 din prima serie) sau înălțimea acestuia insuficientă (raportul dintre înălțimea stratului de apă și înălțimea stratului de oxid de uraniu este mai mic de 1, 3 , experimentele 1, 2 din prima serie) duce la o creștere a eliberării gazului din reactorul cu solvent, în acest caz, gazul are o culoare maro caracteristică dioxidului de azot. O creștere a consumului de acid azotic pe unitate de timp (mai mult de 0,36 t НNO 3 / t U pe oră) duce, de asemenea, la o degajare puternică de gaz, gazul conține o cantitate semnificativă de dioxid de azot brun (experimentele 3, 4 din a doua serie; ). Agitarea amestecului de reacție cu aer crește consumul total de acid azotic și duce la degajare puternică de gaz (experimentele 1, 2 din seria a treia). Raportul dintre înălțimea stratului de apă și înălțimea stratului de pulbere, egal cu 1,30-1,36, este optim din punctul de vedere al obținerii unei soluții adecvate în concentrație pentru funcționarea ulterioară în tehnologia materialelor ciclului combustibilului - extracție .

Formula inventiei

1. O metodă de dizolvare a oxizilor de uraniu, inclusiv interacțiunea lor cu acidul azotic, caracterizată prin aceea că pulberea de oxid de uraniu este plasată sub un strat de apă atunci când raportul dintre înălțimea stratului de apă și înălțimea stratului de oxid de uraniu este la cel puțin 1,3, iar acidul azotic este furnizat sub stratul de oxizi de uraniu la un debit (0,300,36) t HNO 3 la 1 tonă de uraniu pe oră. 2. Metodă conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că amestecul de reacţie este irigat cu apă într-o cantitate egală cu 10-20% din stratul apos.

3

1 Universitatea Tehnică de Stat din Moscova numită după. N.E. Bauman

2 Prima Universitate Medicală de Stat din Moscova numită după. EI. Sechenov

3 Universitatea Pedagogică de Stat din Moscova

Problemele de gravare a depozitelor de oxid de pe suprafața oțelurilor care conțin cobalt și fier au fost întotdeauna de importanță practică și au fost relevante. După ce am studiat număr mare material pe această temă, autorii afirmă că unele aspecte ale problemei nu au fost încă studiate pe deplin (acestea includ influența caracteristicilor soluțiilor electrolitice, identificând mecanismul de acțiune al acestor factori). Cobaltul și oxizii de fier sunt folosiți pe scară largă ca catalizatori pentru diferite procese chimice (oxidarea metanului și a monoxidului de carbon, dehidrogenarea parafinelor etc.). Proprietățile lor depind de caracteristicile suprafeței, ceea ce determină cinetica dizolvării oxidului. Studiile experimentale efectuate asupra efectului acizilor minerali (în special, H2SO4) asupra vitezei de reacție eterogene (Co3O4 și Fe3O4 într-un mediu acid) au relevat natura etapei limitative, care constă în formarea de compuși de suprafață de tipul - și trecerea lor ulterioară la soluția de electrolit. De asemenea, a fost dezvoltată o analiză sistematică a curbelor de dizolvare a oxidului pentru a calcula parametrii cinetici: energia de activare și ordinele de reacție pentru ionii de hidrogen și ionii de sulfat.

oxid de cobalt

oxid de fier

cinetica

dizolvare

modelare

Modelul Barton-Stransky

Metoda Hougen-Watson

1. Bokshtein B.S., Mendelev M.I., Pokhvisnev Yu.V. Chimie fizică: termodinamică și cinetică. – M.: Editura „MISIS”, 2012. – 258 p.

2. Butler J. Echilibre ionice. – L.: Chimie, 1973. – 448 p.

3. Delmon B. Cinetica reacțiilor eterogene. – M.: Mir, 1972. – 555 p.

4. Barre P. Cinetica proceselor eterogene. – M.: Mir, 1976. – 400 p.

5. Kiselev M.Yu. Mecanismul și cinetica dizolvării piritei prin clorurare electrochimică // Izvestia Higher institutii de invatamant. Revista de minerit. – 2010. – Nr 4. – P. 101–104.

6. Korzenshtein N.M., Samuylov E.V. Condensarea volumetrică în reacții eterogene // Colloid Journal. – 2013. – T. 75, nr. 1. – 84 str.

7. Kolesnikov V.A., Kapustin V.A., Kapustin Yu.I., Isaev M.K., Kolesnikov A.V. Oxizi metalici – materiale promițătoare pentru procesele electrochimice // Sticlă și ceramică. – 2016. – Nr. 12. – P. 23–28.

8. Yakusheva E.A., Gorichev I.G., Atanasyan T.K., Izotov A.D. Studiul cineticii dizolvării oxizilor de cobalt (Co3O4, Co2O3) la diferite concentrații de H2SO4, HCl, EDTA și pH // Volgograd: Abstracts of XIX Mend. Congres de Chimie Generală și Aplicată. – 2011. – T. 3 – P. 366.

9. Yakusheva E.A., Gorichev I.G., Atanasyan T.K., Layner Yu.A. Cinetica dizolvării oxizilor de cobalt în medii acide // Metale. – 2010. – Nr 2. – P. 21–27.

10. Yakusheva E.A., Gorichev I.G., Atanasyan T.K., Plakhotnaya O.N., Goryacheva V.N. Modelarea proceselor cinetice de dizolvare a oxizilor de cobalt si cupru in acid sulfuric // Buletinul MSTU im. N.E. Bauman. Ser. Stiintele naturii. – 2017. – Nr. 3. – p. 124–134.

Studiile experimentale efectuate asupra dizolvării fazelor de oxizi fac posibilă descrierea în detaliu a proceselor de comportare a fazei solide în mediu acid, pentru a explica fenomenele care apar la suprafața oxizilor, ținând cont de caracteristicile lor acido-bazice. și mecanismul de dizolvare și pentru a simula reacțiile topochimice.

Scopul studiului consta in studierea si modelarea procesului de dizolvare a Co3O4 si Fe3O4 in acid sulfuric.

Materiale și metode de cercetare

Pentru cercetare au fost prelevate probe cu greutatea de 500 mg cu d = 80÷100 µm. Identificarea oxizilor a fost efectuată prin difracție de raze X, IR și analize termice.

Pentru a elucida mecanismul de dizolvare a probelor solide de oxizi metalici în medii acide, experimentul a fost efectuat într-un instrument (un reactor termostatat cu un volum de 0,5 l) pentru a studia cinetica de dizolvare a probelor solide, excluzând influența oricărei factori necontrolaţi asupra fenomenului studiat. Temperatura experimentului 363 K. Experimentul a fost efectuat la sensuri diferite pH și concentrații de acizi minerali.

La anumite intervale de timp, probele din faza lichidă au fost prelevate din vasul de reacție folosind un filtru Schott din sticlă. Concentrația ionilor de cobalt a fost determinată spectrofotometric (spectrofotometru UF-3100) folosind tiocianat de amoniu și fier - folosind o-fenantrolină.

Datele experimentale obținute cu privire la efectul concentrației de acid asupra vitezei de dizolvare a oxidului de cobalt Co3O4 și Fe3O4 sunt prezentate în Fig. 1 (puncte - date experimentale, linii - rezultate simulare). Fracția de solut a a fost calculată folosind ecuația: a = Dt/D∞.

Orez. 1. a) dependenţa proporţiei de oxid de Co3O4 dizolvat în timp la diferite concentraţii de acid sulfuric (mol/l): 1 - 10,0; 2 - 5,93; 3 - 2,97; 4 - 1,0; 5 - 0,57; 6 - 0,12; T = 363,2 K; b) dependenţa proporţiei de oxid de Fe3O4 dizolvat în timp la diferite concentraţii de acid sulfuric (mol/l): 1 - 10,3; 2 - 7,82; 3 - 3,86; 4 - 2,44; T = 293 K

Rezultatele cercetării și discuții

Calculul parametrilor cinetici. O analiză a datelor cinetice experimentale a fost efectuată folosind ecuațiile cineticii eterogene, ceea ce a făcut posibilă determinarea ordinelor reacțiilor pentru diverși ioni (ni), viteza specifică de dizolvare (Wi), dependența acesteia de concentrația soluției. , precum și energiile de activare ale reacțiilor (Ea).

Cinetica reacțiilor eterogene se bazează pe luarea în considerare obligatorie a modificărilor suprafeței particulelor în timpul procesului de dizolvare în plus, de regulă, reacțiile eterogene sunt caracterizate printr-o viteză constantă în timp (1).

În acest caz, viteza de dizolvare a oxidului poate fi reprezentată prin ecuația:

unde Wi este viteza de dizolvare specifică; f(α) este o funcție care ia în considerare modul în care suprafața oxidului se modifică în timp.

Pentru a clarifica mecanismul de dizolvare și a modela acest fenomen, am folosit modelul Barton-Stransky (2):

, (2)

unde A este o constantă. Valoarea sa este direct proporțională cu numărul de centre activi de pe suprafața unei particule de oxid.

Pentru a afla valorile variabilelor W și A s-au folosit metode neliniare analiza regresieiși programul de calculator MathCad.

Tabelul 1

Viteza specifică de dizolvare a oxizilor Co3O4 și Fe3O4 în funcție de concentrația de H2SO4

Din datele din tabel și din Fig. 2 (puncte - date experimentale, linii - rezultatul modelării conform ecuației (3)) rezultă că oxidul de cobalt Co3O4 se dizolvă mai repede în acid sulfuric decât oxidul de fier Fe3O4. Ordinea de reacție în termeni de ioni de hidrogen pentru cei doi oxizi este de aproximativ 0,5. (toate rezultatele se bazează pe modelul Barton-Stransky).

Orez. 2. a) dependenţa logaritmului vitezei (log W) de logaritmul concentraţiei (log C(H2SO4)) la dizolvarea Co3O4 în acid sulfuric; b) dependența logaritmului vitezei (log W) de logaritmul concentrației (log C(H2SO4)) când Fe3O4 este dizolvat în acid sulfuric

Datele obținute fac posibilă descrierea relației dintre viteza de dizolvare specifică a oxizilor de Co3O4 și Fe3O4 și concentrația de H2SO4 prin ecuația generalizată

, (3)

unde ≡, W0 este constanta vitezei de dizolvare, K1, K2 sunt constante.

Modelarea mecanismului de dizolvare a oxizilor de cobalt si fier in acid anorganic. Dizolvarea oxizilor în acizi are loc pe defecte de suprafață ale rețelei cristaline, așa-numitele centre active de dizolvare a oxizilor care au ioni H+ și perechi de ioni H+...A- adsorbiți.

Metoda Hougen-Watson face posibilă simularea efectului pH-ului și concentrației de acid asupra vitezei de dizolvare a oxizilor.

În acest caz, viteza de dizolvare a oxizilor de cobalt și fier va fi exprimată prin ecuația:

Probabil, pe suprafața oxizilor se formează particule de hidroxocomplecși metalici de aceeași compoziție cu cele prezente în soluție. Pentru a calcula concentrația de complecși hidroxo, am folosit ecuații de bilanț al materialelor în reacțiile de hidroliză pentru ioni de hidrogen, cobalt și fier; ecuații de hidroliză pentru toate etapele pentru a calcula constantele de hidroliză. Metoda Hougen-Watson presupune că dependența concentrației ionilor de suprafața oxizilor și în soluție se supune izotermei Langmuir, ceea ce face posibilă relaționarea concentrațiilor de suprafață și volum ale ionilor (ecuația (5)).

Dependența vitezei specifice de dizolvare a oxizilor de cobalt Co3O4 și Fe3O4 în acidul sulfuric diluat este exprimată prin ecuațiile (5-7).

Concentrația ionilor și poate fi exprimată prin concentrația totală de ioni de Co3+ și Fe3+, dacă se stabilește conținutul acestora în soluție. În acest caz și . Atunci viteza este

Dacă simulăm procesul de dizolvare a oxidului și presupunem că ionii acționează ca particule active la suprafață, atunci dependența vitezei procesului de concentrația ionilor va arăta după cum urmează (a1 este numărul de ioni din soluție).