Hydrochloric acid and Ukrainian 2 hryvnias coin - pt. 1 / Соляная кислота и украинская монета 2 гривны

Как реагируют новые украинские монеты с кислотами? (Точнее - сравнительно новые). Для начала взял стальную монету 2 гривны и концентрированную соляную кислоту. Монету поместил в стакан вертикально (так, чтобы она стояла на ребре), подпер стеклянными палочками, добавил в стакан концентрированную соляную кислоту.

Реакция началась и протекала вяло. Дешевые сорта стали реагируют с соляной кислотой значительно активнее. Заметное количество пузырьков водорода появилось только через пару минут, минут через 5-10 пузырьки облепили монету, но скорость выделения газа была все равно низкой. Со временем скорость выделения водорода увеличилась, - она была на уровне несколько пузырьков за 10 секунд. Часа через 3-4 рисунок на монете (князь Ярослав Мудрый) почти стравился. На утро (прошло примерно через 12 часов) поверхность моменты стала серой, рисунок перестал быть виден. Пузырьки газа все еще выделялись, но маленькие и слабо. Раствор приобрел слабую окраску - зеленоватую с желтым (цвет солей двухвалентного железа).

Еще через сутки (примерно 36 часов от начала эксперимента) раствор стал отчетливо желтым, а поверхность монеты - темно-серой. Кислота все еще заметно дымила и имела отчетливый запах хлороводорода - т.е. ни о каком израсходовании соляной кислоты речь не шла.

Сталь, из которой сделана монета 2 гривны, оказалась сравнительно устойчивой к соляной кислоте. В прошлых экспериментах пятикопеечные украинские монеты вели себя аналогично.

Download the Video / Скачать Видео (112 Мб, .avi )

Пару слов про особенности съемки.

При просмотре видео заметил, что на первых кадрах эксперимента присутствуют волокна бумаги: на стенках стакана, а потом - и в жидкости, откуда? Перед экспериментом я вымыл стакан и протер его бумагой. Хорошо, что в кислоте волокна или всплыли, или растворились (гидролиз целлюлозы). Только небольшая часть волокон осталась и портила кадр дальше.

Вторая особенность - аккумуляторы камеры. Одной фразой произошедшее можно передать так:

"Я давно это подозревал, но все стеснялся спросить".

Камера использует никель-металлгидридные аккумуляторы. Неприятная особенность данного типа аккумуляторов состоит в том, что сначала их нужно разрядить до конца, а потом только заряжать. Это делается в зарядных устройствах, которые поддерживают функцию полной разрядки. В прошлый раз во время разрядки-зарядки случилась неприятность: один из аккумуляторов слишком быстро разрядился, а потом быстро зарядился. Это означало резкое падение емкости. И действительно: аккумуляторов хватило только на два эксперимента - потом сели (марка - Duracell). До этого их хватало на съемку десятка экспериментов, а то и больше.

Итак, в очередной раз зарядил никель-металлгидридные аккумуляторы. То, что один из них разрядился и зарядился раньше других, - не заметил. Может, и было, но я вынуждено оставил зарядку без присмотра, т.к. ушел на работу (коллега это настоятельно НЕ рекомендует - у его дяди от китайского фонарика с литий-ионным аккумулятором так случился пожар в квартире, по иронии потерпевший сам работает пожарным).

Потом взял аккумуляторы на работу, снял один эксперимент, оставил камеру с аккумуляторами там. Через день пробую снимать второй эксперимент - именно тот, который описан в данной статье. Включаю камеру - на мониторе появился значок в виде "красной батарейки" - т.е. сигнал, что аккумуляторы садятся. Но... с этим значком я весь день смог снимать ролики по нескольку минут. Сколько снимаю эксперименты - никогда такого не было (раньше с более дешевыми аккумуляторами при появлении красного значка камера выключалась почти сразу, а с аккумуляторами Duracell - через несколько минут, в этот раз - день проработала).

За день реакция не закончилась - оставил монету в кислоте на ночь. Утром прихожу - не включается камера - появилась надпись: "Поменяйте батарейки". Ожидаемо. Проблема в том, что эксперимент (растворение монеты в кислоте) я еще не доснял.

Догадываюсь, в чем дело: в помещении, не то, чтобы было холодно, но явно не тепло. Вынимаю аккумуляторы, грею ладонями, вставляю - камера включилась, даже без красного предупреждающего значка.

Я помнил, что никель-металлгидридные аккумуляторы быстро выходят из строя на морозе, но сейчас температура - градусов 10-15°С.

Solution of coin (2 hryvnias) in hydrochloric acid and potassium hydroxide - pt.2/ Раствор монеты (2 гривны) в соляной кислоте и едкое кали

Итак, я оставил монету 2 гривны в концентрированной соляной кислоте, к этому моменту время взаимодействия составляло 36 часов. После выходных (+ еще 48 часов взаимодействия) раствор стал зеленовато-желтым - именно так выглядит техническая соляная кислота (из-за примеси железа). Когда отбирал раствор из стакана с кислотой и монетой, - заметил, что пузырьки водорода все еще выделяются.

Первоначальной моей задачей было обнаружить в растворе хром - распространенный компонент разных марок нержавеющей стали. Замысел такой: в раствор щелочи (взятый в избытке) добавить раствор монеты в кислоте. Гидроксиды железа (II), (III) и никеля (II) должны быть в осадке, а гидроксид хрома (III) должен был раствориться в избытке щелочи с образованием хромата (III) (в нашем случае - гексагидроксохромат (III) калия, K₃[Cr(OH)₆]). Далее - фильтруем, к фильтрату - добавляем перекись водорода и кипятим: хромат (III) окисляется в желтый хромат (VI).

Из щелочей у меня было едкое кали. Вообще все реактивы пришлось взять с собой, поскольку работал "в гостях": коллега любезно предоставил свою лабораторию, увы: нехимическую. Сначала я решил взять строгую навеску, но передумал - это ведь не прецизионный синтез, а качественный анализ: просто нужен избыток щелочи. Взял несколько грамм щелочи, которые оставались в начатой емкости, и растворил их в 20 мл воды.

В стакан со щелочью по каплям стал добавлять раствор монеты в соляной кислоте. От первых капель - выделение газа (щелочь была с примесью карбоната - ожидаемо), образование осадка не заметил. Перемешал - появилась бесцветная муть. Добавил следующие порции раствора монеты в кислоте, перемешиваю - выделение газа и белые хлопья. Когда их стало больше, осадок собрался на дне. Стал виден его зеленоватый цвет (это цвет гидроксидов никеля, хрома и двухвалентного железа). Пробую раствор индикаторной бумажкой, цвет - синий (рН 10 или выше). Щелочь все еще в избытке - добавляю новые порции раствора монеты в кислоте. В результате осадок растворился.

Ясно: теперь уже соляная кислота и соли металлов оказались в избытке. Добавить щелочь. Открываю новую емкость со щелочью (щелочь была в пластиковом стакане с крышкой). А щелочь "слежалась". Пытаюсь отколупать кусочек пластиковым шпателем, потом - стеклянной палочкой - не получается. Процедуру делал с закрытыми глазами (защитные очки не взял, а перспектива получить крупинку щелочи в глаз не очень радует). Вспомнил, что здесь есть стальной пробоотборник... для сливочного масла - с его помощью отобрать щелочь получилось. Добавил несколько комочков щелочи в реакционную смесь, перемешал - снова добился сильнощелочной реакции и выпадения гидроксидов. Осадок получился светлым, цвет - желто-зеленый.

Download the Video / Скачать Видео (118 Мб, .avi )

Хотел профильтровать, чтобы отделить жидкость, которая, вероятно, содержит гексагидроксохромат (III) калия, но при стоянии осадок отделился сам, поэтому я отобрал пипеткой верхний слой маточного раствора. Почти бесцветный со слегка заметным зеленоватым оттенком. Добавляю перекись водорода (греть пока не стал) - раствор стал желтоватым. Похоже на хромат калия (VI), K₂CrO₄, но это неубедительно: если суспензия или коллоид гидроксида железа (II) все-таки присутствовали в растворе (даже фильтрование не дало бы гарантии, что мелкие частицы не пройдут сквозь поры фильтра), то перекись окислила бы их до гидроксида железа (III) - его суспензия или коллоид может иметь желтый цвет.

Хорошо: добавил избыток перекиси к раствору с осадком гидроксидов (сюда же добавил и полученный желтый раствор). Результат: постепенное выделения газа (кислород) и коричневая суспензия - Fe(OH)₃. А какого цвета раствор? Была надежда, что он имеет желтый цвет хромата калия. Оставил стакан на ночь, результат: осадок зеленовато-бурого цвета и полностью бесцветный раствор.

Бурый цвет - гидроксид железа (III) (строго говоря, аналогичный цвет имеют также гидроксиды марганца (III) и (IV), но в нашем случае железо или вероятный марганец не являются целью анализа). Зеленый - похоже на никель - Ni(OH)₂.

Нет хрома или не удалось его открыть? Я склонялся к последнему. Стал читать литературу. Оказалось, что гексагидроксохроматы (III) образуются в концентрированных растворах щелочи и разлагаются при разбавлении. Видимо, в этом и дело: концентрация щелочи была недостаточной и гидроксид хрома Cr(OH)₃ остался в осадке.

Переделал эксперимент по следующей схеме: 5.2 г едкого кали в 10 мл воды. Добавил 5 мл раствора монеты в соляной кислоте, потом добавил еще 5.4 г едкого кали. Результат - хлопья, которые собрались не на дне, а сверху раствора. Цвет - желтовато-зеленый. Профильтровал. Раствор оказался светло-желтым (без признаков опалесценции). Интересно... Добавил явный избыток перекиси - ничего. Раствор сильно побледнел из-за разбавления. Нагрел на плитке - перекись начала активно разлагаться, после всего раствор остался почти бесцветным.

На этом: все - хром обнаружить не удалось. Я ведь не за микропримесями охотился, а пытался определить основной компонент. Хромат калия имеет достаточно интенсивную желтую окраску. "Слегка желтоватый раствор" - в данном случае не является положительным результатом.

Upd. Позже выяснилось, что легкий желтоватый цвет раствору придала фильтровальная бумага (через которую фильтровался раствор) - бывает и такое...
Не удивительно, что добавление перекиси не только не вызвало появление желтой окраски хромата калия K₂CrO₄, но привело к разрушению желтоватых примесей органики из фильтровальной бумаги.

Железо - явно было, т.к. желтовато-зеленый осадок под действием перекиси стал бурым. Можно было, конечно, поступить строго: взять роданид калия (аммония) [реактив на Fe(III)] или взять красную/желтую кровяную соль [реактив на Fe(II) и Fe(III), соответственно] и провести качественную реакцию на железо, но в журнале она была уже сколько раз, что решил: не стоит.

Еще одна подробность - перекись водорода тоже пришлось брать с собой: у этих физиков - одни только приборы. Реактивы, правда, немного были, но не те, которые нужны для наших экспериментов. Раствор перекиси водорода стоял у меня в холодильнике: две литровые бутылки, обе - начатые. Принес их много лет назад, не разложилась ли перекись - неизвестно. Была еще и маленькая бутылочка со свежей перекисью - она точно была "жива", но перекись в ней закончилась. Налил из большой бутылки и взял с собой. Проверю на месте. А как ее проверить? Очень просто. Несколько капель раствора пролил на ржавую институтскую раковину. Сразу же начали выделяться пузырьки кислорода - значит, перекись водорода не разложилась - в растворе ее осталось достаточно. Обрадовался.

Выделение кислорода от контакта с поверхностью раковины объясняется тем, что оксиды-гидроксиды железа являются катализаторами разложения перекиси.

Determination of nickel (Ukrainian 2 hryvnias coin) - pt.3/ Определение никеля (украинская монета 2 гривны)

Думал уже завершить статью, но в ней не хватало позитива. В смысле - положительного результата. Наиболее популярные лигатуры нержавеющей стали - хром и никель. Не удалось обнаружить хром, - значит, необходимо провести качественное определение никеля. Для этого нужен банальный реактив - аммиак и несколько менее доступный - диметилглиоксим. И то, и другое принес с дома.

В колбочку налил 10 мл концентрированного раствора аммиака. Добавил 3 мл раствора монеты в соляной кислоте - порциями по 1 мл. От первой порции в растворе появились белые хлопья, после третьей стало заметно, что хлопья бурые, а раствор приобрел фиолетовый цвет. Бурые хлопья - Fe(OH)₃ - гидроксид железа (III). Фиолетовый раствор - аммиачный комплекс никеля (аммиакат), [Ni(NH₃)₄](OH)₂. Схожую окраску имеет только аммиакат меди. Теперь добавляю насыщенный раствор диметилглиоксима в спирте. Результат - интенсивно-красная окраска. Именно так выглядит никелевый комплекс диметилглиоксима. Аналогичный осадок дает только палладий. Но, даже, если сделать фантастическое предположение, что в обычных монетах номиналом 2 гривны содержится палладий, то это не отменяет факта, что палладий не растворяется в соляной кислоте.

А, если в растворе может быть и никель, и палладий, как их отличить? Цвет осадка несколько другой (у никеля - красный или малиновый, у палладия - коричневый), но это ненадежный критерий. Есть и более строгий способ. Палладиевый комплекс с диметилглиоксимом выпадает в т.ч. и в сильнокислой среде, а никелевый - в щелочной (допускается осаждать никель в нейтральной или слабокислой среде). Более того, "уже готовый" осадок диметилглиоксимата никеля в сильнокислой среде растворяется.

Состав именно монет в 2 гривны в сети я не нашел, было только упоминание "сталь с гальваническим покрытием" - раз так, то это может быть и черная сталь, тем более что наносить гальванические покрытия на нержавеющую сталь, хотя и возможно, но сложно (т.н. ванна "никель-страйк", например). Зато на черную сталь гальваника наносится без проблем. Тот же никель, например. Плюс - дешевле делать монеты из черной стали (можно даже - без строгого соблюдения ее состава от партии к партии), раз поверх ее все равно наносится защитное (и декоративное) покрытие. Первоначальною стойкость монеты в кислоте как раз можно и объяснить наличием гальванического покрытия.

Download the Video / Скачать Видео (36 Мб, .avi )

Upd. Позже, выполняя эксперимент с ружейной гильзой, я заметил, что в моем аммиаке (в растворе аммиака, который я использовал для осаждения гидроксидов и перевода в аммиачный комплекс никеля) присутствуют белые хлопья, которые образовались в результате разрушения стекла [ссылка]. В нашем случае это непринципиально, поскольку осадок отфильтровывается.

Тем более, что для опыта с гильзой использовались уже остатки аммиака раствора - с дна бутылки. Для экспериментов с монетой - использовался верхний слой, который содержал осадка значительно меньше или не содержал его вовсе.

<Железо, кобальт, никель, марганец, рений> <Качественные реакции. Количественный анализ / Qualitative and Quantitative Chemical Analysis>

<Монеты (Обсудить на форуме)> <Железо, его Соединения и Сплавы (Обсудить на форуме)> <Качественный анализ (качественные реакции, разделение...) (Обсудить на форуме)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]