Оглавление Видео опыты по химии Видео опыты по физике На главную страницу

Химия и Химики № 7 2016

Журнал Химиков-Энтузиастов
Помощь журналуПомощь журналу Химия и Химики




Металлический цезий ч.3, 4
Metallic caesium (cesium)


Добрый Химик, Злой химик


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


Разложение азида цезия
Caesium azide decomposition
Цезий - самый тяжелый и самый активный щелочной металл (если не считать франций). Одновременно цезий - самый легкоплавкий металл (не считая франция и токсичной ртути). Разумеется, перспектива получить цезий в домашних условиях выглядит весьма привлекательно. В данном номере журнала уже была статья, в которой описано получение металлического цезия из фторида [1]. Восстановителем служил металлический литий, причем вместо лития для этой цели прекрасно подойдут кальций, магний и даже алюминий. Недостатком данного способа является необходимость использовать муфельную печь (или другой нагревательный прибор, способный нагреть металлический реактор до температуры порядка 800-1000°С), а также - необходимость использовать поток аргона (инертный газ) и вакуум. Кроме того, нужно изготовить металлический реактор. Все это можно сделать дома (особенно, если для лабораторных целей есть отдельный сарай или гараж), но затраты труда и времени будут ощутимыми.

А нельзя ли получить металлический цезий как-нибудь проще? Хотя бы, чтобы увидеть небольшое количество металла, перед тем, как он окислится. Небольшие количества натрия и калия можно получить разложением соответствующих азидов. В свою очередь азиды можно синтезировать с помощью реакции между гидразином N2H4 и эфирами азотистой кислоты HNO2 - органическими нитритами в присутствии гидроксидов соответствующих металлов - натрия или калия (эфиры азотистой кислоты могут быть с различными спиртами, например, с н-бутанолом). Азиды других металлов можно получить по реакциям обмена.

Получение и разложение азида калия мы недавно описывали [2]. Азид калия разлагается сравнительно спокойно, причем образующийся металл собирается в одну каплю. Таким способом удобно получать небольшие количества калия, а затем сразу же использовать их для простых экспериментов. Цезий близок по свойствам к металлическому калию, поэтому я ожидал, что небольшие количества металлического цезия удастся получить разложением азида.

Свойства и превращения азидов щелочных металлов хорошо описаны в книге Л.И. Багал Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ (1975), С. 158-161 [ссылка], в частности, в этой книге приводится таблица с данными о выходах щелочного металла при разложении соответствующего азида:

Получение чистых щелочных металлов из азидов щелочных металлов

Как видите, согласно таблице выход металлического цезия при разложении азида должен быть даже выше, чем калия.

Из чего получить азид цезия? Был у меня раствор, приготовленный для пламенного абсорбционного фотометра, он содержал: хлорида лантана - 100 г/л и хлорида цезия - 8 г/л. Возник вопрос: каким простым способом отделить цезий от лантана? Обычно лантаноиды осаждают в виде оксалатов (осадителем служит щавелевая кислота или ее соли). Чтобы не вносить лишних катионов, осадил лантан щавелевой кислотой, профильтровал.

Осталась "мелочь" - перевести хлорид цезия в карбонат. Согласно методике, приведенной в монографии Г. Брауер (ред.) Руководство по препаративной неорганической химии, С.464 [ссылка] чистые карбонаты щелочных металлов от натрия до цезия получают из хлоридов следующим образом. Сначала хлориды переводят в нитраты путем обработки избытком азотной кислоты. После удаления хлора полученные нитраты обрабатывают четырехкратным избытком кристаллической щавелевой кислоты в платиновых чашках и, наконец, превращают их в чистые карбонаты путем прокаливания.

Получение карбонатов щелочных металлов из хлоридов щелочных металлов

Итак, осадок хлорида цезия с избытком щавельной кислоты (после упаривания) прокипятил с азотной кислотой. Получился нитрат. Теперь нужно перевести его в карбонат. Вместо платиновой чашки взял стеклоуглеродный тигель, прокалил нитрат с избытком щавелевой кислоты. Были опасения, что комбинация: нитрат щелочного металла (в т.ч. - цезия) плюс щавелевая кислота даст при нагревании пиротехнические эффекты, поэтому поставил тигель в фарфоровую чашку, а другой чашкой накрыл. Получился карбонат.

Из карбоната цезия обменной реакцией с азидом бария получил немного азида цезия - примерно 2.2 г. Высушил его над серной кислотой.

__________________________________________________
1 О простом способе получения металлического цезия / Simple method of metallic caesium preparation [ссылка]

2 Азид калия (получение и разложение) / Potassium azide (preparation and decomposition) [ссылка]


Азид цезия и азид калия. Азид цезия имеет желтоватый оттенок. Азид калия чисто белого цвета. Caesium azide and potassium azide
Азид цезия и азид калия. Азид цезия имеет желтоватый оттенок. Азид калия чисто белого цвета
Caesium azide and potassium azide




Пробовал разложить азид цезия в кварцевых цилиндриках (в таких цилиндрах я разлагал азиды калия и бария [2]). При нагревании азид цезия вначале плавится, появляются пузырьки, соль желтеет. Потом происходит резкое разложение азида с выбросом продуктов реакции (примерно, как в случае азида калия). В результате на стенках цилиндра получается красновато-желтый налет цезия, быстро исчезающий. В отличие от калия, цезий не собирался в капли. Плохо также, что реакция идет более бурно, чем в случае азида калия. Калий можно получить в пробирке разложением азида, пусть и небольшой кусочек. Этого калия хватает на несколько реакций с водой. А вот цезий "просто так" не получается.

Решил еще несколько раз провести разложение азида цезия с целью все-таки получить металлический цезий.

Разлагал примерно 0.5 г азида цезия в пробирке, заранее продув аргоном и нацепив сверху резиновую перчатку, наполовину наполненную аргоном (использовать воздушный шарик вместо перчатки не рекомендую: его может разорвать при разложении). Вначале вещество плавится и желтеет, затем большая часть пробирки мгновенно, с хлопком покрывается зеркалом из цезия. Золотистым и довольно красивым. Но далее зеркала дело не идет. В этом отличие цезия от калия: разложение азида калия идет спокойнее, калий собирается в крупные капли, которые затем сливаются в одну каплю.

Была мысль соскрести цезий со стенок пробирки. Внутрь пробирки с помощью шприца налил "осч" гексан (чтобы не нарушить инертную атмосферу, перчатку проколол шприцом). Слой цезия быстро потускнел и начал исчезать.

Если просто срезать резиновую перчатку и пустить в систему воздух, цезиевое зеркало на стенках пробирки исчезает за считанные секунды.

Вывод напрашивается неутешительный: вряд ли можно получить простым способом существенные количества цезия путем разложения азида.

А как же литературные данные, согласно которым при разложении азида цезия выход металла даже выше, чем при разложении азида калия? Лабораторные методики получения металлического цезия разложением азида цезия предусматривают разложение азида в высоком вакууме со строгим соблюдением температурного режима, причем реакция длится очень долго - несколько дней.

Никто не утверждает, что "цезий из азида получить нельзя", но на коленках это вряд ли реально. Ниже приведено видео разложения азида цезия, которое я снял "ради самого процесса" - к тому времени уже не было надежды получить металлический цезий разложением азида.


Sodium azide decomposition

Разложение азида цезия. Sodium azide decomposition
Разложение азида цезия
Sodium azide decomposition

Разложение азида цезия. Sodium azide decomposition

Разложение азида цезия. Sodium azide decomposition

Разложение азида цезия. Sodium azide decomposition

Разложение азида цезия. Sodium azide decomposition

Разложение азида цезия. Sodium azide decomposition

Разложение азида цезия. Sodium azide decomposition

Разложение азида цезия. Sodium azide decomposition

Разложение азида цезия. Sodium azide decomposition

Разложение азида цезия. Sodium azide decomposition
Если пустить в пробирку воздух, цезиевое зеркало быстро исчезает

Разложение азида цезия. Sodium azide decomposition

Разложение азида цезия. Sodium azide decomposition

Разложение азида цезия. Sodium azide decomposition

Разложение азида цезия. Sodium azide decomposition

Разложение азида цезия. Sodium azide decomposition




Разложение азида натрия (на воздухе)
Sodium azide decomposition (in air)
Для сравнения провел разложение азида натрия в открытой пробирке (т.е. на воздухе). Образование зеркала из металлического натрия на стенках не наблюдалось. Зато пары натрия были видны внутри пробирки, а у горлышка они сгорали характерным желтым пламенем.

Обратите внимание, что азид натрия разлагается до плавления - в отличие от азида цезия.


Sodium azide decomposition (in air)

Разложение азида натрия (на воздухе). Sodium azide decomposition (in air)
Разложение азида натрия (на воздухе)
Sodium azide decomposition (in air)

Разложение азида натрия (на воздухе). Sodium azide decomposition (in air)

Разложение азида натрия (на воздухе). Sodium azide decomposition (in air)

Разложение азида натрия (на воздухе). Sodium azide decomposition (in air)

Разложение азида натрия (на воздухе). Sodium azide decomposition (in air)

Разложение азида натрия (на воздухе). Sodium azide decomposition (in air)

Разложение азида натрия (на воздухе). Sodium azide decomposition (in air)

Разложение азида натрия (на воздухе). Sodium azide decomposition (in air)

Разложение азида натрия (на воздухе). Sodium azide decomposition (in air)

Разложение азида натрия (на воздухе). Sodium azide decomposition (in air)



<Щелочные металлы> <Азиды, Азидоводородная кислота>

<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)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]