Курстық жұмыс: Химия | Барий гидроксидін алу жолын зерттеу

Жоспар.
1. Барий және оның қосылыстарына химико – аналитикалық түсініктеме және жалпы сипаттама.
2. Барийді сапалық анықтау.
Топқа жалпы сипаттама.
3. Барийді сандық анықтау.
Гравиметриялық әдістер.
4. Қосалқы элементтерден барийді бөлу әдістері.
5. Комплексонаметриялық анықтау.
6. Барий тұздары.
Барий және оның қосылыстарына химико — аналитикалық түсініктеме және жалпы сипаттама.
Барий Д.И.Менделеевтің периодтық жүйесінде ІІ топтың негізгі топшасында орналасқан. Реттік саны 56, атом массасы 137,56г.
Барий атомының электрондық конфигурациясы ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 6s2. Барий көбінесе +2 тотықсыздану дәрежесін көрсетеді, +1 тотықсыздану дәрежесін көрсететін қосылыстары да бар, мысалы BaCl.
Табиғи барий 7 тұрақты изотоп қалдықтарынан тұрады: 130Ва, 132Ва, 134Ва, 135 Ва, 136Ва, 137Ва, 138Ва, осының ішінде 138Ва (71,66%)
Ең маңызды изотопы – 140Ва. Ол уранды, торийді, плутонийді ыдырату арқылы алынады; шығын 6,35% құрайды.
Минерлды барий (ауыр шпат, барий қышқылы, барий сульфаты) ХVІІ ғ. белгілі болған.
Металдық барийді 1808 жылы бірінші болып Дэви алды, одан кейін 1901 жылы барий қышқылын металдық алюминиймен қалпына келтіру арқылы А.Гунту алды.
Өндірісте металдық барийді алу әдісі – ваккумде 1200-1250°C барийді алюмотермиялық қалпына келтіруге негізделген.
Металдық барий – күміс түсті жұмсақ металл, ауада тез бұзылады, кубиктік границентрлік жүйеде кристалданады.
Т а б и ғ а т т а к е з д е с у і.
Барий көп тараған элемент. Жер шарындағы оның алатын орны 5*10-2 салмақ % құрайды, ал тасты метиориттерде — 9*10-4%. Космостық таралуы 3,68 атомға тең.
Барит BaSO4 (ауыр шпат, персиялық шпат) ~ 65% ВаО тұрады. Барит табиғатта түссіз трубалық кристалл, гранул түрінде кездеседі, қоспалары оны сары, қоңыр, қызыл, көк, жасыл немесе қара түстерге бояйды. Бариттің құрамында сонымен қатар стронций (боритоцелестин), қорғасын және радий сульфаттары болуы мүмкін.
Витерит BaCO3 (~78% BaO) – сұр немесежасыл түсті минерал, аз мөлшерде СССР, Англия, Жапония, АҚШ кездеседі. Ол кальций немесе стронций карбонатынан тұруы мүмкін.
Цельзиан Ba[Al2Si2O3] – аз кездеседі (Швецияда, СССР, Англия), түссіз моноклинді призма сияқты, марганец және темірдің оксидтерімен қызыл және қара түске болуы мүмкін.
Гиалофан K2Ba[Al2Si4O12] (барийдың жайлаулық шпаты) – түссіз, жылтыр криссталдар (қосылыстары оны көк немесе қызыл түске бояйды), СССР, Швеция, Швецария, Францияда кездеседі.
Барийдың соымен қатар келесі минералдары белгілі: барилит Ba4Al4Si7O24, барий брюстериті SrBa[Al2Si6O16](ОН)2 * 3H2O , барий апатиті [Ba10(PO4)6]Cl2 , барий селитрасы Ba(NO3)2 , ураноцирцит Ba(UO2)2(PO4)2*8H2O, алетонит (Ca ,Ba)CO3.

Б а р и й д ы ң ф и з и к а л ы қ ж ә н е х и м и я л ы қ
қ а с и е т т е р і.
Барий тартқыш күміс ақ түсті металл. Ол екі аллотропиялық модификация түрінде кездеседі. L – модификация 375°C дейін тұрақты; B – модификация 375°C түзіледі және балқу температурасына дейін тұрақты болады.
Барий кубиктік торлар түрінде кристалданады; a=5,01A°
Төменде барийдың константалары келтірілген:
Тығыздығы (20°C), гсм3 3,76
Балқу температурасы, °C 710
Қайнау температурасы, °C 1637-1640
Балқу жылуы, кал * гатом 2070±80
Қайнау тем-ы кезіндегі буланбау жылуы, калг*атом 36070
Атом жылу сыйымдылығы, калг*атом*град (0-100°C) 6,870
Линейлік көбеюдің коэффициенті (0-100°C) 1,9*10-5
Бринел бойынша қаттылық, кгмм2 4,2
Атом радиусы, A 2,21
Ион радиусы Ba2+, A 1,38
Ионизация энергиясы, ккалг-атом
Ba0 → Ba+ 119,6
Ba+ → Ba2+ 229,3
Орташа потенциал -2,92
Барий химялық активтілігі жағынан кальций және стронцийдан жоғары. Ол ауада тез тотықсызданады, нитрид, асқын тотық және оксид қабығымен қапталған. Оны керосин немесе петролейлі эфир қабатында сақтау керек. Ауада қыздырған кезде оңай жалын щығарады және жанады. Суды бөліп шығара алады және көптеген элементтермен қосылыс түзеді.
Қыздырған кезде сутекпен және азотпен әрекеттеседі. Тұрақты қосылыстары гидридтер және нитридтер түзіледі (BaH2 және Ba3N2).
Барий мен фосфор тұрақты қосылыс — барий фосфидін Ba3P2 түзеді.
Барий сульфатын 1200°C қыздырған кезде барий сульфидін алады BaS күкіртпен әрекеттестіру арқылы барийдің полисульфидтерін алады.
Барий галогендермен әрекеттеседі, өнімде галоген сутек қышқылдарына сәйкесінше тұздары түзіледі.
Барийді күшті қышқылдармен әрекеттестіргенде (HCl, H2SO4, HNO3) сәйкесінше тұздары түзіледі ( BaCl2, BaSO4, Ba(NO3)2) .
Барийдің барлық ерігіш тұздары уландырғыш.
Б а р и й д і ң қ о с ы л ы с т а р ы.
Арий оксиді барийді оттегімен әрекеттестірген кезде түзіледі, балқу температурасы төмен, балқытқаннан кейін салқындатқанда кристалды салмақта қалып қояды.
Барий оксиді түссіз кристалдар түзеді, ауада жылдам барий карбонатына өтеді, жылу бөле сумен жақсы әрекеттеседі, нәтижеде гидроксид түзіледі. Суықта барий хлормен әрекеттеседі, қыздырған кезде – қышқылмен, күкіртпен, азотпен, көміртегімен, күкірт (ІІ) оксидімен, қорғасын және кремниймен, темір және хром оксидімен әрекеттеседі.
Барий гидроксиді (Ba(OH)2) сусыз кезінде ақ аморфты ұнтақ күйінде болады, ыдырамай балқиды, металдық барийді немесе барий оксидін сумен әрекеттестіру арқылы түзіледі. өндірісте барий гидроксидін алу үшін барий сульфидін қыздырылған буда өңдейді.
Барий карбонаты BaCO3 – ақ түссіз кристалдар ромбылық торларымен: a=6,39A, b=8,83А, c=5,28A; тығыздығы 4,3-4,4 гсм3. табиғатта витерит минералы түрінде кездеседі.
Барий нитраты BaNO3 жай жағдайда түссіз, кубиктік тор пііндес кристалдар; а=8,13A; тығыздығы 3,24 гсм3.
Барий нитратына келесі кристаллогидраттар тән: Ba(NO3)2 * 4H2O, Ba(NO3)2 * 2H2O. Барий нитратын қатты қыздырған кезде ыдырайды
2Ba(NO3)2 = 2BaO + 2N2↑ + 5O2↑
Барий галогениттері. Б а р и й х л о р и д і жай жағдайда дигидрат BaCl2*2H2O түрінде кездеседі. 100°C дейін қыздырған кезде кристалл құрамындағы суды жоғалтады.
Б а р и й б р о м и д і BaBr2 сусыз күйде ақ салмақ, 847°C балқитын, суда жақсы ериді, дигидрат түрінде BaBr2*2H2O сулы ерітінділерінде кристалданады.
Б а р и й и о д и д і сулы ерітінділерінде судың әртүрлі молекулаларынан тұратын гидрат түрінде кристалданады.
Барий иодиді сусыз жағдайда ақ салмақты көрсетеді. Қатты күйде ерітіндіде ауа қатысында қараяды. Суда және спиртте жақсы ериді.
Б а р и й ф т о р и д і түссіз майда кристалл түрінде алынады, суда қиын ериді, фторсутек қышқылында және азот, тұз қышқылдарында ериді.
Б а р и й с у л ь ф и д і түссіз кубикті кристалдар, салқында сумен және қышқылдармен әрекеттседі. Орташа температурада буландырған кезде барийдің биосуьфиді түзіледі.
Барийді сапалық анықтау .
Топқа жалпы сипаттама.
Барий екінші аналитикалық топқа жатады; V-ІII топ катиондарын сапалық талдауда бөліп алғаннан кейін барий, кальций, стронций топ реагентімен тұнбаға түседі, амманий карбонаты аммоний хлориді қатысында аммиакты ортада қыздырады. Карбонаттың бөлінген тұнбасы сірке қышқылында ериді. Сілтілік жер элементтерінің катиондар қоспасын бөліп алғаннан кейін және алынған ерітіндінің бөлек бөлігінен барийды анықтауға болады.
Сапалық анализдің бірнеше схемаларында ІІ топ катиондарының тұбаға түсуін сульфат түрінде қарастырады, содан кейін аз уақыт қайнатып карбонаттарға айналдырады немесе сілтілік металдардың карбонаттарымен әрекеттестіреді.
Барий сульфатын барий карбонатына өткізу қиын, мұндай кездегі бөлу әдісін аз қолданады және оңай гидролизденетін катиондардың негізгі тұздары тұнбаға түседі. Гидролизді болдырмау үшін тұнбаға түсетін кезде күкірт ышқылын сілтілік металл сульфатымен бірге қолдану керек.
Барийді анықтау реакциялары.
Тұнбаның түзілуі.
Реакция қиын еритін қосылыстарға неізделген, барийді анықтауға көп мүмкіндік болып отыр.
Бейорганикалық реагенттер.
Аммоний карбонаты және сілтілік металдардың карбонаттары. Қыздырған кезде нейтралды ерітінділерден бөлінетін ақ кристалды барий карбонаты тұнбасы минералды қышқылдарда және сірке қышқылында ериді. Аммоний карбонатын сулы ерітіндіде гидролиздегенде қоспада бикарбонат және аммоний карбонаты болады, ІІ топ катиондарының тұздарын суда ерігіштігін береді, тұнбаға түсіру кезінде аммиак қатысында жүргізеді, ол бикарбонатты карбонатқа айналдырады және қыздырған кездекарбоминаттың түзілуіне жол бермейді.
Концентрлеген күкірт қышқылы және еритін сульфаттар.
Концентрленген минералды қышқылдарда ерімейтін барий тұзы ерітінісінен ақ кристалды барий сульфаты түзіледі. Sr2+ ионына қарағанда барий сульфаты тұнбасын кальций сульфаты ертіндісімен әрекеттестіру арқылы алуға болады.
Реакциядағы жоғарғы сезгіштік барий сульфатының түзілуі дәрілердегі барийды анықтауға қолданылады. Барийді 2N күкірт қышқылы немесе 0,5N натрий сульфаты тұнбаға түсіреді және нефелометрдің көмегімен опалесценцияны бақылайды. Барий ионын анықтағанд күкірт қышқылының артық мөлшерінің сезгіштігі жоғары тұздар реакциядағы сезгіштікті төмендетеді. Талдау келесі үлгі бойынша жүргізіледі:
1мл 100мкг барий бар, бір тамшы барий хлориді ерітіндісіне 10мл 2N күкірт қышқылын қосады және бір минут араластырғаннан кейін , 10мл зерттелетін ерітіндіні 10сек шайқайды және 5мин кейін опалесцнецияны бақылайды. Сұйықтық ретінде 10мл су қосылған барий хлориді және күкірт қышқылы еітіндісін қолданады.
Турбидиметриялық зерттеу бойынша барий сульфаты сияқты ауыр кристалдардың суспензиялары зерттеуге оңай болады, егер кнцентрленген реагент ерітіндісімен суспензия әрекеттескен болса. Реакцияы ішкі диаметрі 0,2-0,8 мин болатын копилярда жүргізген кезде сезгіштігі жоғарылайды, бұл алынған минимум 1,6мкг Ва құрайды, алдыңғы қатынас — 1: 6500. қалған барийді индуцирленген тұнбаға түсіру арқылы анықтауға болады.
2мл PbSO4 ерітіндісіне және 6,5M CH3COONH4 1мл зерттелетін ерітіндіні немесе суды (жек прбирирка) қосады, жылдам 2мл абсолютті спиртті алдымен жеке пробиркаға, содан кейін зерттелетін ерітіндіге қосады. Зерттелетін ерітіндідегі ~30сек ішінде пайда болған тұнба барийдің бар еендігін білдіреді.
Барий сульфатының тұнбаға түсуі реакциядағы сезгіштіктің жоғарлауы сонымен бірге, егер ерітіндіде KMnO4 болса изоморфты тұнбаның қызғылт түске боялуына алып келеді.
Кальций сульфаты кристалдары мұндай адсорбцияны қабылдамайды, стронций және қорғасын сульфаты эффект аз мөлшерде көрсетілген. Реакцияны фильтр қағазында немесе жіңішке түтіншеде тамшылатқыш пластинкада жүргізуге болады.
Зерттелетін ерітіндіге KMnO4 ерітіндісін және күкірт қышқылын қосып араластырамыз; 12мкг барий 1: 4200 қатысында анықтауға болады.
Барийді сандық анықтау.
Гравиметриялық әдістер.
Гравиметриялық әдісте барийді анықтауда әдетте сульфатты әдіс арқылы анықтайды.
Барийді анықтауда тұндырғыш ретінде органикалық реагенттер көп қолданылады.
Органикалық тұндырғыштар.
Барий BaC2O4*H2O оксалат түрінде анықталуы мүмкін. Спирттік ортада (~3 спирт көлемі) оксалатты тұндыру жүргізіледі. Шаюшы сұйықтық ретінде 50-70% этанол қолданылады. Тұнбаны 10 мин қалдырады, 70°C- да 2 сағат кептіреді. Анықтауға натрий хлориді, калий және аммоний, аммоний ванадаты кедергі жасамайды.
Жұмыста барий және қорғасынды бөлусіз анықтауға болады. Қыздырғанда барий оксалаты және қорғасын қоспасын 550°C жеткенде қорғасын қышқылға өтеді, ал барий оксалаты карбонатқа өтеді.
Таза тұнба алу үшін және магнийден бөлу үшін барий оксалатын комплексон ІІІ қатысында тұнбаға түсіреді.
Тұндырғыш ретінде натрийдің родизонатын қолданады.
[C10H4HSO3*(NO3)2Ba] қосылыс түрінде фловион қышқылында, құрамында натрий ацетаты бар бейтарап немесе әлсіз қышқыл ерітіндісінде барий тұнбаға түседі. Тұнбаны спирт және эфирмен жуады, кейін ваккумде кептіреді….