Азотная кислота и ареометры (измерение плотности кислоты). Nitric acid and hydrometers (determination of acid density)

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

С гальванической ванной для нанесения покрытия олово-висмут связанно много ярких воспоминаний. Не всегда приятных, зато колоритных. Надеюсь, в будущем хватит духу все это систематизировать и описать. А пока выкладываю фотографии химического анализа этой ванны. Определяются два компонента: сульфат олова (II) и серная кислота.

Еще нужно анализировать содержание висмута, но раньше этот анализ у нас не делали. Не делают и сейчас - все попытки зав. тех. отдела заставить меня поставить методику закончились ничем. Она позвала директора, я спокойно ему объяснил, что ставить визуальную колориметрию нет смысла: потрачу силы и время, а точность подобных анализов никакая. Вот визуальная шкала, видите разницу между соседними пробирками? Я тоже не вижу, а с ними нужно будет сравнивать анализируемые образцы.

Для титрования двухвалентного олова к аликвоте электролита добавляют соляную кислоту и немного соды. Выделяется углекислый газ, который создает инертную атмосферу. Потом раствор титруют 0.1N йодом, в конце титрования в колбу добавляют немного раствора крахмала. В точке перехода желтоватый раствор (цвет четырехвалентного олова) становится коричневым (цвет комплекса йода с продуктами гидролиза крахмала). Титрование основано на окислении двухвалентного олова до четырехвалентного. Инертная атмосфера нужна, чтобы с раствором не реагировал кислород воздуха.

При перемешивании окраска йода исчезает, но раствор становится желтоватым из-за накопления в нем четырехвалентного олова

Серную кислоту титруют 0.1N гидроксидом натрия. Индикатор - метиловый красный. Грустная история... Уловить переход красный-желтый (точнее: красный-оранжевый) очень непросто. Сложности возникают, даже когда в растворе одна только серная кислота, но сульфат олова (II) дополнительно мешает. Пробовал вместо метилового красного метилоранж - с ним еще хуже.

Пробовал титрование со свидетелем. Для сравнения окраски рядом ставится колба с дистиллированной водой и каплей индикатора. Титрование считается оконченным, когда колба с титруемым раствором приобретет окраску свидетеля. Прием не помогает: такого цвета, как у колбы-свидетеля, анализируемый раствор не дает даже при избытке щелочи - мешает олово.

Пробовал фенолфталеин - переход окраски более четкий, но с ним нельзя. Результаты получаются завышенными: переход фенолфталеина лежит в щелочной среде - при попытке ее достичь сульфат олова (II) тоже будет реагировать со щелочью.

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Отобрал пробу электролита из ванны олово-висмут. Олово оттитровал, титрую серную кислоту. В левой руке - коническая колба с анализируемым раствором, в правой - пипетка с 0.1N раствором едкого натра. Индикатор - метиловый красный. Переход окраски - хуже некуда (плюс - лошадиное количество олова в растворе, а, возможно, и висмут, усложняют фиксацию перехода). Капаю, перемешиваю, смотрю. Опять капаю и опять смотрю, какой цвет раствора. И тут... звонок. Отмечаю по шкале пипетки, сколько я уже добавил щелочи, записываю в журнал, беру трубку.

- Привезли азотную кислоту.

- Хорошо, сейчас спущусь получать.

Азотная кислота нужна для приготовления ванны осветления алюминиевых деталей. По рецепту на 3 части азотной кислоты идет 1 часть плавиковой. Кислота должна быть концентрированной (н.м. 65%), но такая кислота стоит существенно дороже, чем разбавленная азотная кислота (н.м. 56% HNO3). Оказалось, что можно приготовить ванну и с разбавленной кислотой. Все было хорошо, пока не решили купить азотную кислоту еще дешевле - у другой фирмы. Результатом стала испорченная ванна. Не так, чтобы ванна не работала совсем, но работала плохо: одни детали осветляла, другие - нет (изделия из алюминия - да, из сплавов алюминия - нет).

Чтобы установить причину, пришлось немного поэкспериментировать и изучить регламент (подробнее - см. статью Мешочная история (из жизни химических веществ на заводе). Bag story (about chemical substances) [ссылка]).

Поступил срочный заказ - радарные антенны. На одной из стадий нужна была ванна осветления алюминия. Через пару дней купили новую партию азотной кислоты - 14 канистр. На этот раз - у "правильной" фирмы (а не у той, где цена дешевле). Именно эту кислоту я шел получать. Спустился, выгрузил канистры из машины, рабочий помог мне их все "втиснуть" на тележку. Поднял это грузовым лифтом на гальванику, выгрузил канистры.

Но соответствует ли азотная кислота? Если кислота разбавлена водой - это необходимо выяснить ДО того, как из нее приготовят ванну, а не ПОСЛЕ. Нужно проверить плотность и посмотреть концентрацию по таблицам. Вообще-то это называется "входной контроль". Он должен быть везде, где от качества сырья и расходных материалов зависит качество продукции. Но тут приходится организовывать его с нуля.

Вместо того, чтобы отобрать пробу, просто беру 10-л канистру и несу в лабораторию. Есть ли в наборе нужный ареометр (на 1.35), не знал, но совершенно случайно первый взятый ареометр оказался нужным. Одел перчатки (надоело полоскать руки в концентрированных кислотах), налил кислоту в стакан, опускаю ареометр. Плотность - ровно 1.35, смотрю по таблицам - это соответствует концентрации 67% (температура в лаборатории, правда, не 20°С, но даже с учетом этого кислота в пределах нормы).

Иду в бухгалтерию, прошу сертификат. Оказывается - не прислали. Говорю:

- По факту - кислота - 65%, но мне интересно, сколько они написали.

- Может позже пришлют. Вы же понимаете - мы не можем купить концентрированную кислоту, иначе работа будет нерентабельной.

- Хорошо, пойду дам добро, чтобы готовили ванну.

Спустился, сказал рабочим, что можно: кислота такая же, как была раньше (ДО того, как решили купить дешевле). Вылили в ванну 14 канистр азотной кислоты и 3 плавиковой. Пока наливали азотку - ничего, но после первой же канистры плавиковой кислоты по цеху пошел едкий специфический запах. Попробовали опустить антенну в ванну - осветляет нормально. Потом выяснилось, что предыдущая - "плохая" ванна тоже осветляет эти антенны нормально.

На фотографиях ниже показан процесс определения плотности технологического раствора (сульфат меди, винная кислота, серная кислота). Раствор применяется для приготовления и поддержания работы одной из ванн линии металлизации пластика. Эта ванна является аналогом ванны химической меди (химическая медь была в более ранних вариантах технологии), но металлическая медь в данной ванне не выделяется - в ванне просто идет замещение ионов олова на ионы меди на поверхности палладиевых кластеров.

Ожидаемая плотность раствора была около 1.1 г/см³, нужный ареометр я нашел в одном из двух разукомплектованных наборов. Но была сложность: раствор я налил в колбу, которая оказалась слишком низкой - ареометр уперся в дно. Выручила срезанная пластиковая бутылка. Было неизвестно, потонет ареометр в растворе или "остановится" возле верхнего деления шкалы. В первом случае пришлось бы искать ареометр на меньшую плотность. Но ареометр остановился возле верхнего деления.