Влажная глина
Отгонка воды из глины
| Оглавление | Видео опыты по химии | Видео опыты по физике | На главную страницу |
|
Химия и Химики № 6 2014 Журнал Химиков-Энтузиастов |
"Термостойкая" вода (фосфаты, силикаты и вода) В.Н. Витер |
|
Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter
Восемь лет я занимался синтезом и исследованием фосфатов двухвалентных металлов. Гидратированных фосфатов - т.е. таких, которые содержали в своей структуре воду. Вода могла входить в состав кристаллогидратов - Co3(PO4)2·8H2O, Zn3(PO4)2·4H2O, Cu3(PO4)2·H2O или быть конституционной - т.е. содержаться в виде анионов HPO42-, H2PO4-, OH- и т.п. Например: Co(H2PO4)2·2H2O, NiHPO4·1.5H2O, MnHPO4·3H2O.
При нагревании таких соединений выделяется вода и образуется безводный фосфат, например: Ni3(PO4)2·8H2O = Ni3(PO4)2 + 8H2O 2NiHPO4·1.5H2O = Ni2P2O7 + 4H2O Cu2(OH)(PO4) = Cu4O(PO4)2 + H2O Причем даже когда формула безводных и гидратированных фосфатов однотипна, например, Co3(PO4)2·8H2O и Co3(PO4)2, эти вещества имеют совсем разную структуру и свойства. Даже визуально Co3(PO4)2·8H2O - розовый, а Co3(PO4)2 - темно-фиолетовый. Более того, при обезвоживании кристаллогидрата Co3(PO4)2·8H2O образуется безводный Co3(PO4)2, но при действии на него воды не удастся получить кристаллогидрат Co3(PO4)2·8H2O: это вам не медный купорос. Работая с фосфатами, приходилось проводить не только их синтез, но и анализ. В частности, для определения содержания воды (кристаллогидратной и конституционной) фосфаты нужно было прокаливать, чтобы потом определить содержание воды по разнице массы образца до и после нагревания. Само собой разумеется, что при прокаливании кристаллогидратов фосфатов, например - Ni3(PO4)2·8H2O, их структура разрушается, вода улетает, а из того, что осталось, образуется структура безводного фосфата. В нашем случае - Ni3(PO4)2 Я прокаливал образцы при 800°С на протяжении 1 часа, хотя в большинстве случаев хватило бы и 600°С. Правда, гидроксиапатит Ca5(PO4)3(OH) способен удерживать воду (ОН-группы) и при 1000°С, но я с ним дела не имел. С фосфатами я работал, но мое знакомство с силикатами ограничивалось химическими опытами. Силикаты распространены очень широко - гораздо шире, чем фосфаты: мы в буквальном смысле ходим по силикатам и живем внутри оболочек из силикатов (бетон, кирпич, стекло, шифер, щебень, гравий, глина и т.д.). Я знал, что в состав силикатов также входит вода: и кристаллогидратная и конституционная. Более того, некоторые силикаты - цеолиты способны отдавать, а потом опять поглощать воду без изменения структуры. Потому что вода содержится в них в специальных каналах, удаление воды из которых не ведет к разрушению самого каркаса (структуры.) При нагревании до какой температуры удаляется вода из силикатов, я не имел понятия, но был уверен, что хватит и 800°С. Помнил точно, что синтетические цеолиты, которыми занимался коллега, отдают воду до 600°С. Один раз приходилось присутствовать при отгонке воды из глины (монтмориллонит), я даже сфотографировал и описал процесс [1], но при этом старался по меньше путаться у работающих людей под ногами, поэтому не обратил внимание, при какой температуре закончилась отгонка воды. Знал только, что нагрев прекратили при 1000°С, но это ни о чем не говорит: столь высокая температура могла быть элементарной перестраховкой. В следующий раз пришлось не только смотреть, но и участвовать - в процедуре отгонки воды из смеси монтмориллонита и бентонита. Кстати, бентонит - глина, которая содержит природные цеолиты. В большинстве случаев химики, когда говорят "цеолит", имеют в виду синтетический цеолит, при этом легко забыть, что цеолиты бывают и природными. Первую фракцию отогнали при температуре до 120°С - это жидкая и сорбционно-связанная вода, которая содержалась в глинистой каше. Следующую фракцию собирали при температуре до 350°С (кристаллогидратная вода), потом - до 1000°С (конституционная вода групп ОН). Происходящее выглядело полным сюрреализмом. Уже температура глины 700, потом - 800°С, а вода продолжает активно капать, словно температура не 800, а 100°С и на наших глазах идет обычная перегонка воды из одной колбы в другую. Уже 900, потом - 1000°С: вода капает. Тысячу градусов - это температура красновато-желтого каления: как при таких условиях вещество может удерживать воду? - Но оно удерживает. При 1050°С убавил напряжение питающего ЛАТРа - чтобы не перегреть печь, но коллега сказал, что печь все равно будет греться: тепла нагревателей вполне хватит (потери тепла во внешнюю среду и за счет испарения воды недостаточны, чтобы температура перестала увеличиваться). Уменьшил напряжение до 0, затем выключил печь. Температура медленнее, но все же продолжила увеличиваться. Уже 1100°С, а вода все капает! Т.е. глина полностью не отдает воду даже при 1100°С! (Вернее - отдает, но далеко не сразу). По инерции печь нагрелась до 1120°С, затем рост температуры прекратился: внутренний запас теплоты нагревателя закончился, началось медленное охлаждение, а вода все капает! - Уже не так активно: всего 1-2 капли в минуту, но все равно. Время было позднее, поэтому оставили выключенную установку на ночь, подставив под аллонж пустую колбу. Утром оказалось, что в колбочке собралось где-то 10 мл воды. Но самое удивительно, что масса фракции воды, которая отогналась в интервале 350-1100°С, была выше, чем масса фракции, которая была отогнана в интервале 120-350°С. __________________________________________________ 1 Тритий (работа с тритиевой водой) ч.1.Сорбция тритиевой воды глинистыми минералами (отгонка воды из глины по фракциям) [ссылка] |
|
Влажная глина |
|
|
|
|
|
Отгонка воды из глины |
|
|
|
|
|
|
|
|