Химия и Химики № 6 2016. Амальгама бария (получение и реакция с водой). Barium amalgam (preparation and reaction with water)

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

Амальгамы целого ряда активных металлов можно получить электролизом водных растворов соответствующих солей с ртутным катодом. Например, ранее мы описали получение амальгамы натрия, калия и кальция электролизом водных растворов хлоридов [1]. Амальгаму аммония можно получить реакцией амальгамы натрия с водным раствором хлорида аммония (см. там же), причем исходную амальгаму натрия можно получить не только электролизом хлорида натрия с ртутным катодом, но и растворением металлического натрия в ртути.

Натрий, калий, кальций и аммоний - далеко не полный перечень металлов. Попробовал ради интереса получить амальгаму бария. В случае натрия образовывалась сначала жидкая, потом твердая амальгама. Причем твердая амальгама натрия во время реакции с водой быстро стала жидкой (опыт проводил сразу после электролиза). Это логично, поскольку в процессе реакции амальгамы с водой содержание в ней натрия падает, а при содержании натрия ниже определенного предела амальгама становится жидкой.

А как поведет себя барий?

Соорудил небольшую установочку для электролиза с ртутным катодом. В маленький стаканчик на 50 мл налил насыщенный раствор хлорида бария.

Катод.

Ртути взял буквально каплю, поместил ее на дно обрезанной пластиковой виалы, чтобы потом ее удобно было достать из стакана. К ртути подвел контакт с помощью платиновой проволочки с пластиковой изоляцией (это была деталь от капилляра ионного хроматографа: использовал то, что оказалось под рукой). Неизолированный конец проволоки был полностью погружен в ртуть (проволочка катода, не погруженная в ртуть, "летит" с образованием черных хлопьев).

Анод - платиновая сеточка, соединенная с такой же платиновой проволочкой.

Ток от блока питания 12 В, 0.5 А.

Оказалось, что в процессе электролиза очень быстро образуется кристаллическая амальгама бария с дендритами. Заснять, как следует, твердую амальгаму бария не удалось, поскольку она быстро разрушаются. На воздухе амальгама "расплывается", постепенно становится более жидкой.

С водой амальгама бария реагирует с выделением водорода.

__________________________________________________
¹ См. статьи из сборника: Ртуть, Амальгамы, Соединения Ртути. Mercury, Amalgam, Mercury compounds [ссылка] (там много интерсного).

Watch the video / Смотреть Видео (40 Мб, .avi )

Для эксперимента использовался хлорид бария. Анион хлорида хорош тем, что он не реагирует с амальгамой, а газообразный хлор, который образуется при электролизе, просто улетает и не мешает получению амальгамы бария. Но не все анионы инертны. Например, нитрат-анион в растворе способен реагировать даже с амальгамой цинка. А тут амальгама бария...

И действительно, при замене хлорида на нитрат бария получается интереснее. Растут бело-желтоватые кристаллы, возле ртути. Потом появились черные облачка, и только я взял электрод и немного взболтал раствор - он мгновенно, как химические часы, почернел. Видимо, в реакцию вступает ртуть.

Для читателей, которые интересуются препаративными методами приготовления амальгамы бария, приведем методики из книги Неорганические синтезы. Сб.1. / Рябчиков Д.И. (ред.), Терентьева Е.А. (перевод) [1951] [ссылка].

АМАЛЬГАМА БАРИЯ [2]

Амальгаму бария обычно готовят одним из следующих методов:

1) действием амальгамы натрия (или калия) на раствор соли бария;

2) электролизом растворов солей бария с ртутным катодом.

Первый метод был предложен Бётгером < 1 >. Автор утверждает, что амальгама натрия, в которой на 100 частей ртути содержится одна часть натрия, при добавлении к насыщенному раствору хлорида бария немедленно превращается в амальгаму бария с незначительным выделением газа.

Второй метод, основанный на электролитическом выделении бария на ртутном катоде, изучался многими авторами < 2-8 >. Этот метод проще и дает более чистый продукт, поэтому его предпочитают методу замещения. Методика А в основном составлена на базе результатов, полученных Смитом и Беннеттом < 9 >, и состоит из электролиза насыщенного раствора хлорида бария. Приводится также описание метода замещения (Б).

МЕТОДИКА А. Электролитический метод

Ba²⁺+2e^- + xHg => BaHg_x,

100 мл насыщенного раствора хлорида бария наливают в стакан емкостью 250 мл и прибавляют 250 г чистой ртути; последняя служит катодом. Контакт осуществляется платиновой проволокой, припаянной к концу стеклянной трубки. Анодом служит платиновая фольга (5 х 10 см²), согнутая под прямым углом и параллельная ртутному катоду.

Электролиз длится 120-140 мин. при силе тока в 1.75-2.5 а. Внутреннее и внешнее сопротивление регулируется таким образом, чтобы разность потенциалов в ячейке составляла 6-7 в. Если электролиз продолжается слишком долго, то наступает резкое увеличение вольтажа, заметное выделение газа на поверхности катода и разложение амальгамы при взаимодействии с оставшимся электролитом. Это явление может возникнуть также вследствие образования кристаллов амальгамы бария, образующих корку на поверхности катода. Корку можно убрать осторожным перемешиванием поверхности ртути механической мешалкой или периодическим сталкиванием кристаллической массы под поверхность ртути стеклянной палочкой.

По окончании электролиза электролит декантируют и амальгаму несколько раз промывают дистиллированной водой, спиртом и, наконец, эфиром. Амальгаму хранят в банке с хорошо притертой пробкой.

В табл. 2 приведены результаты трех типичных опытов. В результате электролиза получается неоднородный продукт, состоящий из кристаллической твердой амальгамы, смешанной с разбавленной жидкой амальгамой. Немедленно после электролиза были взяты навески для анализов и оставлены для разложения на воздухе на 5—6 дней. Массу изредка встряхивали для полноты разложения. Затем полученную смесь гидрата окиси бария и карбоната бария растворяли в разбавленной соляной кислоте и определяли барий в виде BaSO₄. Ртуть была высушена и взвешена.

Амальгама бария (получение и реакция с водой). Barium amalgam (preparation and reaction with water)

Б. Метод замещения

2NaHg_x + Ba²⁺ => BaHg_x + 2Na⁺

Методика состоит в прибавлении измельченной амальгамы натрия к насыщенному раствору хлорида бария и встряхивании смеси до практического окончания реакции.

Порошок амальгамы натрия, содержащей 2—2.5 весовых процента Na (синтез 4), прибавляют к избытку насыщенного раствора хлорида бария. При перемешивании стеклянной палочкой полученный продукт из порошкообразного постепенно превращается в пастообразную полужидкую массу. Если нужно окончательно убрать натрий, оставшийся в амальгаме, то продукт встряхивают со свежим раствором хлорида бария.

В табл. 3 представлены результаты типичного опыта. В этом опыте к насыщенному раствору хлорида бария прибавлялась амальгама натрия, содержащая 1.97% натрия. Навески брались через различные промежутки времени и анализировались на содержание бария и натрия.

__________________________________________________
² По этому же способу можно готовить и амальгаму стронция.