Свежие комментарии

Натрий и калий

Натрий и калий были открыты в самом начале XIX в., когда из смог выделить в свободном состоянии Гемфри Деви при электролизе растворов едких щелочей с ртутным катодом. Электролиз, но уже расплавов хлоридов, является методом их получения и в наше время.
Однако для попаданца больший интерес представляет возможность получения щелочных металлов термохимическим методом, как они и производились на протяжении почти всего XIX века.

Образование натрия при накаливании соды с углем или железом наблюдали Гей-Люссак, Тенард и многие другие, но основной вклад в развитие технологии производства натрия внес Сент Клер Девиль, которому натрий был необходим для получения алюминия.
По методу Девиля смесь 30 кг соды, 13 кг угля и 5 кг мела помещалась в трубу из железа (примерно 120 на 15 см со стенками в 12-15 ми) и нагревалась в печи до белого каления
Na2CO3 + 2C = 2Na + 3CO

При этом происходило восстановление натрия, который испарялся (температура кипения 882 градуса), конденсировался в специальном железном холодильнике, и стекал в подставленный сосуд с маслом или нефтью для зашиты от действия воздуха.

Перегонка длилась несколько часов, после чего остаток из реторты быстро удаляли и загружали новую порцию смеси. Из одной загрузки получалось около 5 кг натрия.
Аналогично получался и калий из поташа, но при этом процесс осложнялся взаимодействием калия с CO, при котором образовывались K2C2 и K6C6O6.
Метод Девиля был далек от совершенства, выход натрия не превышал 40%, железные реторты очень быстро прогорали, и расход на их замену составлял до половины стоимости производимого натрия (на 1887 г около 11 шиллингов за килограмм). Тем не менее, стоимость получаемого с помощью натрия алюминия сразу же уменьшилась более чем в 20 раз.
Еще более совершенный метод разработал Кастнер, тоже занимавшийся проблемой получения алюминия. По его методу едкий натр смешивался с карбидом железа FeC2 (который, в свою очередь, получался прокаливанием железной руды со смолой или угольным порошком), и нагревался в чугунном тигле, снабженном крышкой и газоотводной трубкой.
4NaOH + FeC2 = 2Na + Na2CO3 + Fe + 2H2 + CO
При этом требовалась меньшая температура, не более 1000 градусов, поэтому реакцию проводили в дешевых чугунных тиглях, а утилизация натрия, с учетом образующегося карбоната, была практически полной. Стоимость производимого по этому способу натрия получалась около 2 шиллингов за килограмм; производительность печи с тремя тиглями составляла 45 кг натрия в день.
Но метод Кастнера не получил большого распространения, так как тем же Кастнером вскоре был разработан первый практически применимый метод электролитического восстановления.

Самое очевидное для пораданца применение натрия и калия состоит в металлотермическом восстановлении алюминия, магния и других металлов, которые весьма ценны как легирующие добавки и получение которых будет оправданно даже таким относительно дорогим способом. Например, для модифицирования чугуна нужно лишь 1-5 кг магния на тонну, а для раскисления тигельной стали всего 150-500 г алюминия на тонну. Свойства медных сплавов — бронз и латуней — улучшаются при добавках уже 1-2% алюминия, 5-10% достаточно для получения алюминиевой бронзы без других легирующих элементов.

Другая весьма полезная область — получение перекисей. Если сжигать натрий на воздухе, получается смесь оксида и пероксида (20-30%), которая при дальнейшем накаливании до 300-400 градусов поглощает кислород и превращается в чистый пероксид.
4Na + O2 = 2Na2O
2Na2O + O2 = Na2O2
Калий же сразу дает супероксид
K + O2 = KO2
В самом простом варианте натрий сжигался на железной сковороде, но продукт получался с примесями железа, что недопустимо для некоторых целей. Лучший способ состоит в распылении жидкого металла струей воздуха (предварительно очищенного от воды и углекислого газа пропусканием через негашеную известь) в металлической камере достаточного размера, при этом частицы получающихся пероксидов успевают охладиться до падения на дно и не вызывают разъедания железа.

Перекиси натрия и калия при растворении в воде дают щелочной раствор перекиси водорода, пригодный для беления.
Na2O2 + 2H2O = 2NaOH + H2O2
Саму перекись водорода тоже несложно получить из пероксида натрия (не содержащего примесей железа) действием разбавленной кислоты.
Однако самое заманчивое для попаданца применение пероксидов натрия и калия — регегерация воздуха в дыхательных аппаратах или подводных лодках.

Таким образом, и натрий, и калий вполне могут быть получены практически в любых условиях, лимитирующим фактором является только доступность железа. Польза этих металлов для попаданца тоже не вызывает сомнений

18 комментариев Натрий и калий

  • Самым главным применением этих металлов будет получение самовоспламеняющихся на воздухе смесей))) И уж потом алюминия, как материала для украшений.

    • dan14444

      Это первое что приходит в голову… но сразу вспоминается, что в огнемётах и зажигалках 20в самовоспламеняющимися не особо-то увлекались.
      Видимо, не оправдывает опасности обращения.

  • Алекс

    Да бог с ними с украшениями. Алюминиевая бронза и хорошая тигельная сталь намного важнее.

    • 4eshirkot

      В общем-то да, металлургия поважней бижутерии будет.
      В принципе, в ситуации полного отсутствия меди можно и об алюминиевых проводах задуматься.

  • 4eshirkot

    //На химическом заводе de Haën в Ганновере применяется следующий метод получения перекиси натрия.: азотнокислая соль смешивается с известью и магнезией; смесь сильно накаливается; над полученной таким образом пористой щелочной массой пропускается воздух при 300—500°, кислород которого и переводит окиси в перекиси; извлекая водой, получают в растворе перекись щелочного металла. Удобно готовить в больших количествах перекись и из металла, окисляя его воздухом при 300°//

    Весьма интересный вариант. Разложение селитры идет с выделением кислорода и оксидов азота
    2NaNO3 = 2NaNO2 + O2
    2NaNO2 = Na2O + N2O3
    Оксиды азота легко уловить раствором соды, и таким образом вернуть в цикл, расходуя на получение перекиси только соду.

    • dan14444

      Вроде и неплохо, но насчёт зациклить без потерь… не очень верится, пока Габера не запустили — дорговастенько встанет.

      При этом, вся эпопея с селитрой даёт только повышенную дисперсность оксида, чего наверняка можно добиться, прокаливая ту же соду на каком-то носителе.

  • dan14444

    » Если сжигать натрий на воздухе, получается смесь оксида и пероксида (20-30%), которая при дальнейшем накаливании до 300-400 градусов поглощает кислород и превращается в чистый пероксид. 4Na + O2 = 2Na2O 2Na2O + O2 = Na2O2″

    Гм… если мы оксид прокаливаем — не проще гидроксид прокалить и не морочиться с восстановлением и потом окислением обратно?

    • 4eshirkot

      Эээ, ну вообще даже в школе проходят, что гидроксиды натрия и калия (как и карбонаты) не разлагаются при нагревании. Собственно поэтому их раньше называли постоянными щелочами, в отличие от извести и магнезии.

      Нитраты же разлагаются именно до оксидов.

      • dan14444

        Посмотрел, каустик действительно кипит без разложения, т.е. нагреть до развала сложно.
        А вот сода — замечательно разлагается, что бы там «не проходили в школе» )
        Греть надо прилично, но не больше, чем для восстановления.

        • 4eshirkot

          Такое утверждение требует хоть какого-то подтверждения. Приведите источник.

          • dan14444

            Вики по NaOH, разложение соды до оксида при 1000С

            • 4eshirkot

              К источникам нужно более критически относиться, особенно к русскоязычной вики — она не более достоверна, чем то, что в школе проходят.

              Открываем Stern, K. H.; Weise, E., High temperature properties and decomposition of inorganic salts. US Government Printing Office: 1969., стр. 22 — там приведены энергии Гиббса при разных температурах для реакции Na2CO3 = Na2O + CO2
              Реакция становится возможной в диапазоне 2300-2400К — ну за 2000 градусов почти все начинается разваливаться.

              Открываем более современную работу Thermal and Carbothermic Decomposition of Na2CO3 and Li2CO3, 2000 год:
              //Up to 1200 C, the weight loss of Na2CO3 is 26 pct (3.9 mg), and the reaction is not completed. The decomposition of Na2CO3hasbeenreportedtooccurintwoconsecutive steps:[5,6] Na2CO3 = Na2O (s) + CO2 (g) (l)
              Na2O = 2Na (g) + O2 (g) (II) Motzfeldt reported that the Na2O content in Na2CO3 (l) was on the order of 1 mass pct, and the overall rate of decomposition was extremely slow.[5] In the present study, X-ray diffraction (XRD) analyses showed that sample remaining after the experiment was all Na2CO3, and Na2O was not detected.//
              Выше 1000 градусов сода потихоньку улетает в виде паров натрия, кислорода и углекислого газа. Никакого оксида натрия не остается.

  • 4eshirkot

    Более подробное тзображение печи для получения натрия по методу Девиля
    http://www.refile.it/mdc/tav28.jpg
    Как видно, трубчатые реторты установлены в отражательную печь, и одновременно с получением натрия в ней могут проводиться другие операции (прокаливание, плавление и т.д.). Таким образом должна достигаться значительная экономия на горючем.
    На рисунке также хорошо виден хододильник, придуманный Донни и Мареской и обеспечивающий минимальные потери натрия. При получении натрия холодильник устанавливается вертикально, конденсирующийся натрий стекает в подставленную емкость с маслом, а выходящие из него газы (в основном CO) сгорают.
    При получении калия холодильник устанавливпется горизонтально, после окончания перегонки весь холодильник помещается в масло и калий вытапливпется осторожным нагревом.

  • Эрнесто де Сырно

    Что там с сайтом происходит? У меня какая то заглушка одно время висела. Причем проукраинская. (живу на дальнем востоке рф)

    Я желаю украинцам скорейшего мира, и надеюсь, что сайт продолжит существовать.

  • Georgy

    А как будем получать хлорид алюминия?

Leave a Reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>