Основные методы получения веществ металлов и неметаллов.

Восстановление металлов из оксидов и солеи.

В основе данного метода, охватывающего широкий круг реакций, лежит восстановление выбранного металла какими либо восстановителем в газообразной или жидкой фазе. Реакции в твердой фазе не получили широкого распространения вследствие трудностей, возникающих при разделении продуктов реакции и непрореагировавших исходных веществ.

Восстановителями могут быть вещества в различных агрегатных состояниях, в том числе и твердом состоянии. В последнем случае крайне желательно, чтобы продукты реакции находились в другом агрегатном состоянии (жидком или газообразном). Применение восстановителей в различных агрегатных состояниях. приводит и к различию в кинетических характеристиках системы, что, безусловно, следует учитывать при проведении синтеза.

Чаще всего металлы получают из их оксидов или сульфидов, поскольку, с одной стороны, многие руды представляют собой либо оксиды, либо сульфиды металлов, и, с другой стороны, термодинамика и кинетика подобных реакций достаточно хорошо изучены.

Получение металлов электролизом растворов и расплавов.

Для получения многих металлов в достаточно чистом виде целесообразно применение более сильных восстановителей, нежели водород, оксид углерода, другие металлы и т. д. К числу таких восстановителей относится катод электролитической ячейки, обеспечивающий взаимодействие катиона практически любого металла с электронами.

Все металлы могут быть выделены на катоде при соответствующих условиях. Для разряда какого либо катиона и выделения его на катоде в виде металла требуется приложить к катоду такой потенциал, который преодолел бы стремление ионов,переходить в, раствор под влиянием присущего каждому из них электрического поля. Поэтому теоретически электролиз возможен только тогда, когда наложенное напряжение превышает собственную электродвижущую силу гальванической пары хотя бы на очень малую величину. Следовательно, низший предел потенциала, необходимого для электроосаждсния катионов, например, из однонормальных растворов, определяется рядом напряжений.

Получение металлов термическим разложением галогенидов и других соединений.

Прочность галогенидов металлов уменьшается от фторидов к йодидам, причем образования некоторых йодидов не превышает десятков единиц кДж/моль. Это позволяет предположить, что при благоприятных условиях возможна диссоциация йодида металла на исходный металл и йод. Аналогично могут вести себя и другие соединения металлов с небольшими отрицательными значениями. Как отмечалось ранее, при диссоциации наблюдается сильное возрастание энтропии (S >0), в то время как энтальпия изменяется незначительно (близко. к нулю). Поэтому с ростом температуры уменьшается и при некотором значении температуры становится меньше нуля.

Получение неметаллов электролизом растворов и расплавов солей и кислот.

Для данного и последующего параграфов при обсуждении возможности проведения синтеза необходимо руководствоваться значениями окислительных потенциалов химических реакций, приводящих к получению нужных неметаллов. Если при получении металлов путем применения окислительно восстановительных реакций были рассмотрены ряды восстановителей, то при получении неметаллов существенно знание рядов окислителей, могущих привести реакцию к желаемому результату.

Синтез неметаллов в окислительно -восстановительных средах.

Получение галогенидов (кроме фтора), водорода и кислорода в лабораторных условиях чаще осуществляется посредством окислительно -восстановительных реакций в водных растворах, ибо и галогены, и водород, и кислород могут быть получены не только путем анодного окисления, но и при воздействии других более слабых окислителей. Большинство реакций имеют больший окислительный потенциал, нежели реакция перехода молекулярного хлора в хлорид ион, не говоря уже об аналогичных реакциям для брома и йода.

Синтез броматов РЗЭ.

Броматы редкоземельных элементов получают при приливании раствора бромата бария к свежеприготовленному, охлажденному на льду, раствору сернокислой соли. Для ускорения взаимодействия сернокислой соли и бромата бария раствор нагревают. Так полученные броматы не свободны от основных сульфатов. Получение более чистых броматов происходит при сильном встряхивании безводных сульфатов при комнатной температуре с необходимым для растворения количеством воды и твердым броматом бария.

Лучшие результаты в сравнении с указанным выше способом дает перхлоратный метод, который заключается в следующим. Почти нейтральные растворы перхлоратов редко земельных элементов, содержащие до 20% окисей, обрабатывают порошкообразным KBrO₃ , кипятят в течение часа и получившийся осадок KClO₄ удаляют фильтрованием.

Еще один способ получение броматов РЗЭ, используя катиониты -органические вещества, например смолу, содержащие активную группу. В смолу добавляют насыщенный раствор бромата калия по каплям. В нем делают пробу на ион калия, это может быть реакция с тинитритан калия (желтый осадок). Эту реакцию проводят не на свету, чтобы не произошло разложение свежеприготовленного HBrO₃. Далее полученную кислоту используют для реакции с порошкообразным оксидом редкоземельного элемента.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

Пропускаем через ионообменную смолу бромат калия марки «хч» с небольшой скоростью, чтобы ионы Н⁺ смогли обмениваться с ионами K⁺. В результате ионного обмена происходит реакция, указанная ниже:

R-SO₃H + KBr = R-SO₃K + HBrO₃

Полученную, таким образом, бромноватую кислоту, приливаем к твердому оксиду иттрия Er₂O₃, причем, оксид РЗЭ берем в избытке. Раствор тщательно перемешиваем стеклянной палочкой до получения нейтральной среды, определяя рН с помощью лакмусового индикатора. Оставляем раствор на несколько часов для выделения избытка оксида иттрия. Аккуратно отделяем полученный маточный раствор от осадка и оставляем его на неделю в естественных условиях (Т=298 К, Р»10⁵ Па).Декантацию повторяем несколько раз с целью уменьшения количества примесей Er₂O₃ в готовом продукте. После вторичной декантации раствор обезвоживают на воздухе при комнатной температуре. В результате образуется кристаллогидраты в виде тонких игл белого цвета общей формулой Er(BrO₃)₃ ·x9H₂O.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Н.А.Скорик. Л.П.Борило. Н.М.Коротченко. Неорганическая химия. Изд-во Томск. гос. ун-та, 1997.- С. 13 - 46.

2. Барнард А. Теоретические основы неорганической химии. – М.:Мир, 1968. - С. 281 – 350.

3. Дей К, Селбин Д. Теоретическая неорганическая химия. – М.:Мир, 1969. – С. 354 –372.

4. Серебренников В.В. Химия редкоземельных элементов. Т.1. – Изд-во Томск. ун-та, Томск, 1959. – С. 235 - 237.

5. Ахметов Н.С. Неорганическая химия. – М.:Высшая школа, 1975.- С. 264 – 286.