Химия и Химики № 1 2014. Ацетат цирконила: жидкость при нагревании превращается в гель

Если речь идет о растворимых солях циркония, на практике химик чаще всего имеет дело с солями цирконила ZrO²⁺: хлоридом цирконила ZrOCl₂·8H₂O или нитратом ZrO(NO₃)₂·nH₂O. Хлорид цирконила хорош тем, что он практически полностью растворим в воде. Продажные препараты нитрата цирконила, которые мне попадались, этим свойством не обладали: значительная часть вещества не растворялась не только в воде, но и в разбавленной азотной кислоте. Вероятная причина - гидролиз и образование конденсированных форм, содержащих цирконий (для поливалентных катионов это характерно).

Кроме хлорида и нитрата циркония производители предлагают еще один продукт - ацетат цирконила. Несмотря на название, ацетат цирконила не представляет собой индивидуальное вещество: это технический продукт - раствор, который содержит катионы цирконила и анионы уксусной кислоты. Представляет собой бесцветную (или почти бесцветную) жидкость, которая имеет слабокислую реакцию и легкий запах уксусной кислоты. Жидкость подвижная, хотя ее вязкость заметно выше, чем у воды.

Например, по данным одного из производителей, ацетат цирконила имеет следующие характеристики:

содержание ZrO₂ - до 24% (мас.)
содержание CH₃COO ^- - 17 - 24% (мас.)
pH раствора - 3.0-4.0
плотность (при содержании ZrO₂ - 22%) - 1.30 г/см³.

Применяется ацетат цирконила для получения других соединений циркония, с целью антикоррозионной обработки металлов, в качестве дубильного вещества, как огнеупорное связующее и т.д.

Мне пришлось иметь дело с ацетатом цирконила в рамках разработки методики получения гранулированных сорбентов. Вернее, методика была разработана много лет назад, причем исходным веществом служил хлорид цирконила. Но старые запасы этого вещества подошли к концу, а новые покупки реактивов администрация делать не хочет (т.к. у института есть более важные приоритеты финансирования, например, - полугодичные "командировки" директора на разные курорты).

Тогда вспомнили, что в подвале осталось около 20 литров ацетата цирконила. А что, если использовать его как замену хлориду? Скажу сразу: результат получился нулевой - ацетат цирконила (в отличие от хлорида) не давал однородный гель силиката циркония. Такой результат было нетрудно предвидеть: запасы ацетата провалялись в подвале лет 10 и за это время никто не смог пристроить их с пользой. Нетрудно догадаться, что за 10 лет многие пытались, но ни у кого ничего не получилось.

Зато я получил небольшую моральную компенсацию за то время, которое потратил на заведомо провальное исследование. Как уже отмечалось, ацетат цирконила - прозрачная, подвижная жидкость.

Оказалось, что при нагревании ацетат цирконила превращается в вязкий гель, а при охлаждении происходит обратный переход: гель снова становится подвижной, хотя и слегка мутной жидкостью.

Примеров, когда жидкость застывает или загустевает при нагревании много. Чаще всего имеет место необратимая химическая реакция. Однако в нашем случае переход обратим: подвижная жидкость при нагревании становится вязким гелем, который при охлаждении превращается в подвижную жидкость.

С одним и тем же образцом ацетата цирконила такой переход удалось повторить несколько раз. По-видимому, причиной такого поведения является гидролиз: при нагревании образуется основная соль (либо гидроксид циркония), который дает гель, подобный гелям гидроксида алюминия или кремниевой кислоты, а при охлаждении основная соль (гидроксид циркония) реагирует с образовавшейся при гидролизе уксусной кислотой и снова переходит в ацетат цирконила.

Смотреть Видео (66 Мб, .avi )