Плавление натрия (в тигле)
Melting of sodium (in crucible)

Температура плавления натрия низкая - 98°C, зато температура кипения высокая - 883°C. При температуре, даже значительно более низкой, чем точка кипения натрия, органические вещества испаряются и (или) разлагаются. Возможно, не все, но подавляющее большинство, во всяком случае, парафины (тяжелые углеводороды) - точно. Они, либо улетят, либо обуглятся.

Идея: нагреть натрий до 300-400°C в тигле с не полностью закрытой крышкой: натрий просто расплавится, а парафин расплавится, испарится и улетит. Или обуглится. Пары парафина создадут внутри тигля инертную атмосферу. Если воздух все равно попадет в тигель, натрий окислится только с поверхности.

Избавившись от парафина, натрий можно слить из тигля в пробирку - так, чтобы пленка продуктов окисления и обугленная органика осталась в тигле. После чего пробирку с натрием запаять.

В лаборатории чаще всего используются фарфоровые тигли. Мы убедились, что натрий при нагревании реагирует со стеклом. Нетрудно понять, что он будет реагировать и с фарфором. Поэтому использовал металлические тигли. А именно: алюминиевые тигли (точнее - бюксы) с крышкой, а также - стальные тигли (точнее, стаканы из нержавейки - "стопки" для спиртных напитков).

Для нагрева можно было поставить такой тигель на электрическую плитку, но коллега одолжил мне обогреваемую электричеством "баню", которую обычно используют при пайке. В нее как раз помещается маленький тигель (большой - нет, но его можно просто поставить сверху). Температура нагрева регулируется, максимум - по-моему, 450°С: чтобы сжечь, испарить или обуглить парафин, этого хватит с избытком.

Вынул из вазелинового масла гроздь сплавленных шариков натрия, вытер их бумагой от масла (но без фанатизма, т.к. остатки масла все равно улетят при нагреве), поместил натрий в тигель, поставил на баню, включил нагрев. Тигель крышкой не закрывал, чтобы можно было вести съемку. Натрий постепенно "поплыл" (стал плавиться внутри пленки продуктов окисления), сверху начал обдувать его аргоном сквозь трубку (это было лишним).

Время от времени сдвигал с поверхности металла серую корку продуктов окисления пинцетом: это напоминало расплавленный свинец, с той разницей, что блестящая поверхность жидкого натрия моментально тускнела. Аккумуляторы фотоаппарата снова сели - пришлось снимать смартфоном. Не очень это удобно: одной рукой снимать видео, а другой - что-то делать. Поэтому качество видео вышло не очень.

Постепенно стал повышать температуру. На поверхности натрия появилась желтоватая жидкость, которая давала обильные белые пары. От контакта с воздухом пары загорались. Накрыл тигель крышкой. В результате органика внутри обуглилась. На поверхности натрия теперь плавала черная корка.

Над нагретой электрической плиткой закрепил пробирку - чтобы ее стенки нагрелись, и натрий не застывал на стекле. В горлышко пробирки вставил воронку. Все это нужно было накрыть асбестовым полотенцем, чтобы пробирка и воронка находились в атмосфере горячего воздуха, но асбеста не было.

Оказалось, что отсутствие асбестового полотенца не имело значения. Когда переливал расплавленный натрий в пробирку, был уже порядком уставший. В результате пролил натрий на плитку. Плитка была с индукционным нагревом, ее поверхность напоминала какое-то стекло. Натрий растекся по этому стеклу и... загорелся. Значительная часть поверхности плиты была покрыта горящим натрием, по всей лаборатории разошелся едкий, белый дым.

Ну и чем его тушить? Водой из-под крана? - Это была бы шикарная заявка на премию Дарвина. Был песок, но делать термит прямо на плитке не хотелось (натрий прекрасно реагирует с диоксидом кремния при нагревании - в результате выделяется много тепла: вспомните про реакцию натрия со стеклом).

В таких случаях натрий гасят сухим хлоридом натрия. Соли в лаборатории не было (директор купил ее позже, когда я объяснил ему, чем все это грозит).

Недолго думая, я накрыл горящий натрий алюминиевой фольгой, которую днем ранее принес товарищ. Горение прекратилось. На плите остался красивый оранжевый пероксид натрия. Зато сама поверхность плиты, как оказалось, почти не пострадала.

Перекись натрия (пероксид натрия). Sodium peroxide

Это была уже вторая ситуация, когда в помещении чуть не случился пожар. В первый раз я обтирал куски натрия от вазелинового масла газетами и выбрасывал их в пластиковую мусорную корзину (такие обычно стоят в офисах). Газет в корзине собралось много.

Корзина, набитая промасленной бумагой с остатками металлического натрия, - это грозило пожаром. Я не знал? Знал, разумеется: промасленные тряпки или газеты иногда загораются и сами по себе - за счет тепла медленного окисления кислородом, а тут на газетах еще и натрий... Но директор говорит: "Давай, давай! - Срочно нужны ампулы с натрием!"

"Срочно!" - так срочно. В результате многие вещи из области ТБ пришлось игнорировать.

Итак, корзина загорелась. Действуя на автомате, схватил горящую корзину и опустил ее в металлическое ведро. Ведро залил водой. - На чем внештатная ситуация и кончилась. Кстати, металлическое ведро оказалось по соседству не случайно: я купил его за день до возгорания, предвидя, что при такой организации работы обязательно будут проблемы.

После очередной неудачи стал готовить очередную партию натрия - греть, чтобы освободить его от парафина. На этот раз взял большой и высокий металлический тигель (стакан из нержавейки) и поместил в него целый брикет натрия. Когда натрий расплавился и стек на дно тигля, толстая окисленная корка осталась на месте и сохранила форму - я вынул ее из стакана пинцетом и отложил в отходы натрия.

Стакан был высокий, но с небольшой площадью у основания. Такие предметы неустойчивы - в смысле могут легко перекинуться. Чтобы этого не произошло, закрепил вокруг стакана кольцо штатива: в мои планы не входило, что стакан перевернется, а натрий растечется и загорится.

Накрыл стакан металлической крышкой.

Сначала натрий спокойно плавился, покрываясь пленкой продуктов окисления. Это напоминало плавление металлического свинца, как и в предыдущих случаях. Потом расплавился, испарился и обуглился парафин. Благодаря большей площади сечения стакана это произошло быстрее, чем в прошлый раз.

- Но, "раз на раз не приходится"... Пришлось оставить без присмотра накрытый тигель с натрием на горячей бане и заняться другими операциями. Время от времени я возвращался к бане и заглядывал под крышку. Органика уже улетела, обуглилась или сгорела: на поверхности натрия остался пористый уголь и... оранжевый пероксид (он же - перекись натрия, Na₂O₂). По-видимому, сквозь неплотную крышку в тигель проникал воздух, который реагировал с натрием, давая пероксид.

Попробовал счистить слой угля пинцетом, - уголь на пинцете сразу же загорелся желто-оранжевым пламенем с едким белым дымом. Пористый уголь был пропитан натрием: такой материал обладает пирофорностью и при комнатной температуре. - Не удивительно, что он легко загорается в горячем виде. Перенес горящий натрий на металлический поддон, а тигель накрыл.

(Кстати, вспомнил, что подобные композиции углерода с калием использовали еще в средние века для получения огня) [1].

Открыл крышку через несколько минут: натрий моментально загорелся. Теперь ни накрывание тигля крышкой, ни даже поток аргона не помогали: натрий все равно горел, распространяя едкий щелочной дым (а вытяжки-то нет!) Очевидно, необходимый для горения натрия кислород давал пероксид натрия, который накопился внутри стакана.

Потушить все это удалось, осторожно поставив низ стакана в сосуд с водой. Стакан охладился, горение прекратилось. Разумеется, делать это пришлось очень осторожно, чтобы исключить контакт воды с горячим натрием.

Но натрий по-прежнему нужно запаять в ампулу. Снова расплавил натрий в закрытом стакане на бане. Поставил пробирку с перетяжкой на нагретую песчаную баню: так, чтобы она погрузилась в горячий песок. В пробирку вставил воронку. Накрыл все это алюминиевой фольгой (вместо асбестовой ткани).

Когда натрий расплавился и, как следует, разогрелся, снял фольгу и вылил натрий в воронку. Но я слишком перегрел металл в тигле. В результате в момент переливания натрий загорелся. Загорелся не просто "желто-оранжевым" пламенем, но одна крупная капля натрия раскалилась до белого цвета... и упала на воронку. Стеклянная воронка моментально разлетелась. От натрия, который попал в пробирку, стекло треснуло (хотя пробирка была горячей). Хорошо, что все это произошло внутри кастрюли с песком: накрыл ее крышкой и дал натрию выгореть. Третий по счету вероятный пожар так и остался вероятным, но терпение уже подходило к концу: работа сапером в АТО несравненно безопаснее, чем эта работа по изготовлению "блестящих безделушек" для коллекционеров.

__________________________________________________
¹ "Такой порошок, известный еще со времен ранней алхимии, получали прокаливанием мелкодисперсной смеси обезвоженных алюмокалиевых квасцов K₂SO₄·Al₂(SO₄)₃, поташа K₂CO₃ и угля (сажи). Сыпучий продукт охлаждали и хранили в герметически закрывающихся сосудах. Его самовоспламенение на воздухе объясняется наличием мелкодисперсных частиц калия и сульфида калия, которые при контакте с влажным воздухом загораются". - См. статью - Рукотворный огонь: история и современность. The history of fire tools and matches [ссылка]

Melting of sodium (in crucible) Watch the video / Смотреть Видео (112 Мб, .avi ) Watch the video / Смотреть Видео 2 (148 Мб, .avi )

Плавление натрия (в ксилоле)
Melting of sodium (in xylene)

В тот день, когда я провел последние опыты по плавлению натрия в тиглях (с целью сжечь органику), в конце дня зашел директор. Пришел и с порога "обрадовал" претензиями, что в коридоре "пахнет химией" (в коридоре всего корпуса). "Включайте вытяжку!" - Я не стал ему объяснять, что в его "вытяжке" работает только приточная вентиляция и не работает вытяжная (т.е. работающая вытяжка только усиливает запах "химии" в коридоре и, возможно, в помещениях у соседей).

Нет, что вы, что вы: я не обиделся, просто сделал выводы. Если человек некомпетентен и при этом единолично принимает решения - ничего хорошего не жди.

Через минуту директор эти выводы укрепил, сказав, что входную дверь лаборатории нужно обить по периметру: "Чтобы запах не выходил в коридор!". Другими словами, внутри лаборатории нужно создать газовую камеру.

Тем временем, срок исполнения заказа на ампулы с натрием уже истек. Но директор вместо того, чтобы вернуть клиенту деньги (и извиниться), договорился с ним о нескольких днях отсрочки: взамен он обязался выслать в подарок кроме натрия еще и ампулу с натрий-калиевым сплавом. И вот, как бы, между прочим, директор говорит, что теперь я должен изготовить не только ампулы с натрием, но и ампулу со сплавом натрия и калия. И, кстати, через пару дней истекает срок поставки ампул с калием.

Причем если о натрии и калии речь шла с самого начала, то задание получить и запаять в ампулу сплав натрия и калия возникло у него "экспромтом".

А чтобы мне было не так скучно, он начал говорить еще и о получении рубидия с цезием. Металлического рубидия и металлического цезия - из хлоридов, которые он принес в баночках из-под лекарств. "Термос с металлическим цезием стоит, как квартира в Киеве!" - это при том, что неизвестно, содержится ли в тех бутылочках хлориды рубидия и цезия вообще (а если и содержатся, то какова их чистота?)

Справедливости ради скажу, что рубидий и цезий они еще не успели продать (по-видимому, покупатель сходу не нашелся), поэтому конкретной даты, когда я должен буду получить рубидий с цезием, названо не было. Но само собой подразумевалось, что это должно быть скоро.

Возражать против этих журавлей в небе (точнее - птеродактилей) я не стал, но решил сосредоточиться ТОЛЬКО на натрии. В первый же день я четко оговорил: "За работу берусь, но НЕ могу НАПЕРЕД гарантировать результат". - Директор и Леся (его жена) согласились без возражений. Другими словами, требовать вы можете, что хотите. Но если хотите реальных результатов - ставьте реальные задачи.

Поэтому рубидий с цезием и калий с калий-натриевым сплавом будут потом: при условии, что удастся довести до ума натрий.

Решил попробовать переплавить натрий под ксилолом. Почему именно под ксилолом? Температура кипения различных изомеров ксилола - около 140°С. Т.е. такая жидкость вполне летуча - в отличие от вазелинового масла, но при этом ксилол имеет достаточно высокую температуру кипения, чтобы под его слоем можно было расплавить натрий (в отличие от гексана). Если ксилол "не вытянет" парафин из натрия, как не вытянуло вазелиновое масло, то парафин можно сначала "выжечь" в тигле (см. предыдущую часть статьи), затем натрий охладить и снова расплавить под ксилолом. После этого перенести натрий в ампулы под слоем ксилола, а ксилол убрать из ампул нагревом.

Сложно, но теоретически реально. Проблема в том, что не было ксилола. Заказал его еще несколько дней назад. Сначала они не реагировали, но потом, - когда я объяснил, что других вариантов, кроме как с ксилолом, уже не осталось - резко забегали. Не так директор, как Леся: она стала обзванивать все фирмы (уже под вечер), чтобы ей продали ксилол "с сегодня на сегодня". С большим трудом, но одну фирму нашла.

Кстати, насколько я понял, основной инициатор нереальных сроков и невыполнимых заданий, - не директор, а именно Леся. Но лаборатория - не Верховна Рада.

На следующий день в лаборатории стояла пятилитровая канистра с ксилолом. Можно было продолжить попытки дальше.

Первым делом предстояло проверить, не содержит ли ксилол воду? Точнее, не содержит ли ксилол МНОГО воды: это может привести к беде.

Вспоминаю, как знакомый рассказал случай, когда его коллега "бухнул" большой кусок натрия в бензол - с целью осушки. Но воды там оказалось слишком много, и реакция пошла бурно: жидкость вот-вот могла вспыхнуть. Коллега растерялся и стал ковылять по лаборатории взад-вперед ("для полного счастья" он был инвалидом). Мой знакомый налил в бензол сухой толуол - гарантированно сухой - в результате реакция стала спокойной.

Налил ксилол в стакан и поместил туда маленький кусочек натрия. Пузырьки водорода стали выделяться активно, но не бурно: значит, вода в ксилоле есть, но не столько, чтобы создавать опасность. Поместил в ксилол еще кусочек натрия, а затем обрезал и опустил весь брикет натрия. С поверхности натрия постоянно вылеплялись пузырьки водорода. Подождал, пока реакция немного замедлится, после чего поместил стакан на песчаную баню и включил нагрев.

Sodium and xylene. This xylene contains water Watch the video / Смотреть Видео (112 Мб, .avi )

По мере нагрева выделение газа с поверхности натрия усилилось, но не стало слишком бурным. Постепенно натрий стал плавиться под пленкой продуктов окисления. При перемешивании шпателем стали видны блестящие шарики натрия, но матовая пленка все равно стремилась скрыть блеск металла, кроме того, давала муть в жидкости. Более того, пленка продуктов окисления мешала мелким каплям натрия слиться в более крупные. Капли натрия вели себя не так, как капельки ртути.

Ксилол нужно было сушить несколько суток натрием, а потом, возможно, и перегнать над натрием - чтобы можно было говорить о "блестящем металле".

Тем временам, лаборатория заполнилась парами ксилола. Это действительно напоминало газовую камеру - даже без герметичной обивки двери (о которой мечтал директор). От приточной вентиляции толку не было никакого.

И, наконец, я решил: "Хватит".

Позвонил знакомым, посоветовался. Они сказали, что сначала нужно забрать все СВОИ вещи, которые ты в эту лабораторию принес, и только потом "обрадовать" директора, что ты прекращаешь работу. - Разумная предосторожность.

Помню как-то в ИОНХе я вернулся из отпуска и обнаружил, что на двери лаборатории, где я работал, поменяли замок, а мои вещи выставили в коридор. - Это академический институт. Тогда и в комнату попасть удалось, и забрать все, что они не выставили в коридор (после того, как я пообещал "набить морду" сотруднику, который это сделал). И с института никто не выгонял: просто начальница нашла на мое место в лаборатории более покорную студентку.

На фирмах проще: второй раз ты туда просто не попадешь - даже в корпус. Все, что не забрал - там и останется. Кстати, так было у упомянутого выше знакомого (см. случай с натрием и загрязненным водой бензолом): он варил бензидин - из своих реактивов, в своей посуде. Его работодатели предоставляли только комнату в институте, плюс продавали готовый продукт. Когда начальник решил его "прижать", знакомый просто "помахал ему ручкой". И посуда, и "исходики", и полупродукты там и остались. Потом начальник нашел нового человека, который должен был хотя бы завершить синтез. Но этот человек раньше работал вместе с моим знакомым: он, как только увидел посуду и реактивы, сразу понял, чье это. Понял - и заявил "фирмачам" в глаза: "Если вы так поступили с ним, - значит, так будет и со мной. До свиданья!".

В моем случае, как оказалось, расставание вышло цивилизованным (в отличие от самой работы - аж противно было), но тогда я этого знать не мог. В результате настроение было не супер.

Melting of sodium (in xylene) Watch the video / Смотреть Видео (69 Мб, .avi )

<Профессия - химик (жизнь химиков)> <Щелочные металлы>

<Химические вулканы и Фараоновы змеи ч.2> <Химические вулканы ч.1> < Опыты со щелочными металлами > < Опыты со щелочными металлами 1 > [Эксперименты с ацетиленом] [Эксперименты с ацетиленом, метаном, пропаном и бутаном] [Эксперименты с ацетиленом, метаном, пропаном и бутаном 2] <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 1> <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 2> <Эксперименты с фосфором ч.1> <Эксперименты с фосфором ч.2> <Эксперименты с водородом 1> <Эксперименты с водородом 2> <Эксперименты с водородом 3> <Хлористый азот (трихлорид азота). Иодистый азот (нитрид иода)> <Перекись ацетона, ГМТД, органические перекиси> <Черный порох> <Кумулятивный эффект (№5 2011)> <Нитроглицерин, Этиленгликольдинитрат, Нитроэфиры, Нитропроизводные> <Огонь от капли воды (№1 2012)> <Огонь на ладони (Холодный огонь)> <Ртуть, Амальгамы, Соединения Ртути>
<Щелочные металлы (Обсудить на форуме)> <Приключения Химиков / Жизнь Химиков (Обсудить на форуме)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]