exploders.info - Портал по взрывчатым веществам и пиротехнике
АВТОРИЗАЦИЯ
ЛОГИН:
ПОРОЛЬ:

Получение азида натрия

Опубликовано: 2013-08-03
Автор: СЭП
Последний раз делал следующим образом:
Стадия №1 = получение бутилнитрита (далее б/н).
Придерживался методы из "Неорганические синтезы", сборник 2, М., ИИЛ, 1951 год, авт. (перевод) Терентьева, и др., стр. 136.
Сабж делал два раза = когда делал в первый раз, перемешивал р/м от руки, термометром, причём практически в середине синтеза (по моей вине) образовалась из жидкой р/м - вязкая эмульсия, в результате чего подскочила температура, и т.д. и т.п., и в результате чего был получен низкий выход орг. нитрита, порядка 60% от теории...
Данный процесс весьма капризный, т.к. стоит на несколько секунд прекратить перемешивание р/м, она "схватывается", образуя "вязкую эмульсию", которая трудно перемешивается и это сопровождается скачком температуры, в результате чего сильно понижается выход продукта...
Поэтому, если будете проводить перемешивание от руки, термометром, старайтесь перемешивать р/м непрерывно, особенно после добавления половины всего количества бутилсерной кислоты...
Поэтому во второй раз было решено для удобства использовать магнитную мешалку...
Итак, поехали...
Химизм и расчёты:
22,2 г----х=20,66 г--х=14,68 г--х=30,886 г (100%)
2C4H9OH + 2NaNO2 + H2SO4 = 2C4H9ONO + Na2SO4 + 2H2O
148,24-----138,0------98---------206,24 г/моль
Загрузки (сколько было взято):
основные реагенты:
Р-р №1 = р-р 22,8 гр NaNO2 в 90 мл дист. воды;
Р-р №2 = р-р 22,4 гр н-бутанола в р-ре 15,7 гр 95,5%-ной СК в 6,9 гр дист. воды = что = р-ру н-бутанола в 66%-ной СК;
вспомогательные:
Р-р №3 = р-р 4,5 гр NaCl и 0,5 гр NaHCO3 в 18 мл дист. воды (для промывки б/н);
MgSO4 безв. = 1,0 гр.
Основной прибор = хим. стакан на 250 мл, установленный в бане с охл. смесью (снег+соль). В стакан налит р-р № 1, помещён магнит во фторопластовой оболочке, установлен термометр. Капельная воронка с р-ром № 2, капиллярная трубка которой введена под р-р №1. Охл. баня с реакционным стаканом установлена на мешалке...
Ход (как делал):
Приготовили р-р №1, закинули туда магнит и поставили его в баню с охл. смесью (снег + соль)...
Р-р №2 готовили так: р-рили конц. СК в воде при перемешивании и охлаждении (охл. баня = вода + лёд), затем медленно, при перемешивании и охлаждении (охл. баня = вода + лёд) добавляли н-бутанол, темп. в основном держали в пределах от +2 до +5 Ц. (но пару раз она доходила и до +8 Ц.), времени на добавление всего спирта ушло около 15 минут. Затем р-р охладили до 0 Ц. и перелили в капельную воронку.
Затем начали под р-р №1, охлаждённый до темп. -2 Ц., подавать из капельной воронки холодный р-р №2 (с темп. около 0 Ц.), медленно, при магнитном перемешивании и охлаждении (баня = снег + соль). Темп. по ходу добавления в основном была в пределах от -1 до 0 Ц., но к окончанию добавления р-ра №2, опустилась до -8 Ц., на добавление всего р-ра №2 ушло около 30 минут. Затем мя решил смальца "промыть" капельную воронку от остатков бутилсерной кислоты (чтобы она более полнее ушла на реакцию с р-ром №1) с помощью дист. воды (это была ошибка !!! не повторяйте её !) Как только дист. вода попала в р/м из кап. воронки = р/м сразу же превратилась в вязкую эмульсию, что сопровождалось скачком температуры до +8 Ц., и как следствие падением выхода продукта в следствии его высокой летучести. Перемешивание р/м при этом остановилось , т.к. р/м была слишком вязкая и не давала магниту крутиться в ней... Пришлось перемешивать вручную термометром, до тех пор, пока темп. не упала до 0 Ц., на что ушло около 5 минут...
Затем собрали с поверхности р/м весь б/н с помощью пипетки (стеклянной, на 50 мл, можно использовать для этого и баян, кубов на 20). Затем р/м (вязкую эмульсию) разбавили водой, хорошенько перемешали и собрали дополнительное количество всплывшего на поверхность б/н, затем перелили его к основному кол-ву б/н. Затем полученный б/н был перелит в делительную воронку и три раза промыт р-ром №3 (3 раза по 6 мл) прямо в делительной воронке (сильно перетряхивая смесь р-ров, периодически выпуская от туда газы, открывая краник). Затем, разделили слои (в делительной воронке) и перелили б/н в пузырёк с 1 гр безводного MgSO4 (осушитель), плотно закрыли пробкой, хорошо взболтали и оставили стоять при комнатной темп. в течении суток... Причём масса сырого б/н составляла 26,7 гр... Затем осушенный б/н отфильтровали (от осушителя и мех. примесей) в чистый и сухой, предварительно взвешенный пузырёк для хранения...
Масса чистого и сухого б/н составила 25,1 гр, что соотв. 81,3%-ному выходу от теории...
Вывод: в целом всё норм, но если бы мя не тупанул и не стал промывать кап. воронку от остатков бутилсерной кислоты дист. водой, в следствии чего р/м схватилась в вязкую эмульсию, что сопровождалось скачком температуры и некоторыми потерями продукта в следствии его высокой летучести, то и выход бы получился более высоким... Но в принципе и так не плохо получилось...
Кстати, советую при проведении данного синтеза юзать вытяжку... Поперсы понимаешь... В башню может дать, если начуфанитесь...
Едем дальше...
Стадия №2 = получение азида натрия (далее а/н).
Химизм и расчёты:
20,0 г---------х=15,9 г-----Х=18,5 г---х=10,0 г--х=11,4 г---х=21,8 г---х=11,1 г
N2H4*H2SO4 + C4H9ONO + 3NaOH = NaN3 + C4H9OH + Na2SO4 + 4H2O
130--------------103------------120-------65-------74----------142-----------72
Загрузки:
Наименование---------------------план------------сколько было взято
1) N2H4*H2SO4----------------20,0 г------------20,0 г (самодельный, из белизны и мочевины)
1) NaOH (ЧДА)-----------------26,7-27,0 г----------28,0 г *
1) Этанол (абс.)---------------40 мл=31,56 г------46,26 мл=36,5 г **
2) Этанол (абс.)---------------67 мл=52,86 г------64-65 мл *** (для промывки Na2SO4 от гидразина)
2) C4H9ONO-----------------------19,3 г-------------19,7 г **** (самодельный)
Примечания:
* NaOH было взято 28,0 г вместо 26,7-27,0 г из-за неаккуратности при его отмеривании/добавлении, короче из-за криворукости. Его избыток в системе составляет:
28 - (12,3+6,2) = 9,5 гр, что на 51% больше стехиометрии (=18,5 г)...
По Солонину берут избыток NaOH на 44% больше стехиометрически необходимого;
** Абсолютного этанола (конц. около 99,7% мас.д.) было взято примерно на 5 гр больше методического из-за неаккуратности/криворукости при отмеривании/добавлении. Избыток этанола в данном случае нам абсолютно не страшен;
*** Промывали осадок Na2SO4 (на фильтре Шотта, со взмучиванием) от спиртового р-ра гидрата гидразина, абс. этанолом, до тех пор, пока общ. объём фильтрата (в колбе Бунзена) не достиг примерно 110 мл, на что ушло около 50-60 мл абс. этанола;
**** 19,7 г б/н было налито в капельную воронку, в р/м же попало около 19,5 г б/н (остальное осталось на стенках кап. воронки). Его избыток в системе составляет:
19,5 - 15,9 = 3,6 г, что на 22,6% больше стехиометрически необходимого ( = 15,9 г)...
По Терентьевой берут избыток примерно на 21,4 % больше стехиометрии.
Таким образом, имеем единственный существенный касяк, могущий слегка сказаться на выходе продукта (= NaN3) - это большой взятый избыток NaOH = на 1 гр больше методического...
А в остальном всё ровно...
Кстати, по поводу абс. этанола = по методе нужен именно абсолютный, у меня он был, естественно мя его и взял. Но думаю, что вполне прокатит и ректификат (95-96% этанол), но это смальца снизит выход и чуток подзасрёт азид натрия сульфатом натрия, поэтому, если использовать этанол-ректификат - необходимо будет перекристаллизовать азид натрия, для очистки его от примеси сульфата натрия... Но это в принципе делается элементарно и быстро, об этом подробнее напишу ниже...
Если всё же кто-то захочет замутить именно абсолютированный этанол = спрашивайте = прикольну как это делается...
По методе:
синтез был разбит на две части = ходом первой части (= получение спиртового раствора гидрата гидразина), руководствовался проф. Солониным (см. стр. 82-83); ходом второй части (= получение азида натрия) руководствовался инфой из Терентьевой (см. второй том, стр. 136-137)...
В ходе совмещения этих двух подстадий/метод в одну = получилась та метода, которой мя старался придерживаться, выглядит она так:
"20 г гидразин-сульфата смешивается с 26,7 г порошкообразного NaOH и после приливания 40 мл (=31,56 г) абс. этанола, смесь нагревается в колбе с обратным холодильником (на вод. бане) в течении 3-4 часов. После охлаждения осадок Na2SO4 отсасывается на воронке Бюхнера и промывается абс. этанолом, до тех пор, пока в общем кол-во жидкости не достигнет 107 мл...
Смесь переливают в колбу с обр. холодильником, слегка подогревают на водяной/паровой бане и добавляют 1,5-2,0 г б/н в качестве затравки. Затем колбу снимают с водяной/паровой бани и вводят остальное кол-во б/н с такой скоростью, что бы р/м слегка кипела. Обычно эта операция длится около часа. Затем колбу вновь нагревают на водяной/паровой бане в течении 15 минут для завершения реакции. Во время р-ции из р-ра выпадает NaN3. Колбу охлаждают в бане со льдом. Азид натрия отфильтровывают и промывают 4 раза по 7-8 мл холодным абс. этанолом. Далее сабж сушат. Выход должен составить 78-84% от теории. Сабж должен иметь чистоту около 98,9% осн. вещества...
В случае необходимости сабж можно очистить путём р-рения в минимальном кол-ве дист. воды и последующем высаживанием сабжа добавлением абс. этанола (можно использовать ректификат), около 2-х объёмов спирта на один объём р-ра азида. Затем р-р охлаждают в бане (вода + лёд), фильтруют и промывают абс. этанолом. Выход очищенного сабжа может достигать 90-95% от взятого изначально азида...
Для высаживания сабжа также можно применять ацетон (вместо этанола)...
Кстати, инфа по очистке сабжа была взята из Багала и Терентьевой (см. том первый, стр. 81-82)...
Ну а на практике всё проходило следующим образом:
В конической колбе на 200 мл смешали 20,0 г сульфата гидразина и 28,0 г NaOH (чешуированного) и залили 36,5 г абс. этанола, хорошо взболтали и снабдили обратным холодильником (р/м при этом сама по себе начала нагреваться, сильно, практически до кипения), поместили реакционную колбу в водяную баню и вкл. слабый нагрев... Через 15 минут р/м закипела. Р/м выдержали в режиме рефлюкса в течении 4 часов, затем нагрев выключили, р/м охладили до комн. темп., взболтали и быстро отфильтровали под вакуумом на фильтре Шотта. Кристаллы Na2SO4 промывали со взмучиванием (прямо на фильтре) до тех пор, пока кол-во жидкости (= спиртового р-ра гидразина) в колбе Бунзена не достигло примерно 110 мл (на колбу нужно заранее нанести риску, соответствующую необходимому объёму), после этого жидкость из колбы Бунзена перелили в коническую колбу на 200 мл. Колбу Бунзена ополоснули 5-10 мл абс. этанола (от остатков спиртового гидразина) и вылили к осн. р-ру (в реакционную коническую колбу на 200 мл). Колбу-реактор снабдили двурогим форштосом с обратным холодильником и капельной воронкой, в которую залили 19,7 г б/н. Реакционную колбу нагрели на водяной бане почти до кипения, затем нагрев (вод. баню) убрали и добавили из кап. воронки 2-3 гр б/н в р/м в качестве затравки - через несколько секунд началась р-ция, сопровождающаяся выделением кристаллов азида натрия и тепла (р/м закипела из-за экзотермы р-ции). Остальной б/н добавили к р/м медленно, по каплям, с такой скоростью, чтобы р/м слабо кипела, на что ушло около 55 минут. Затем для завершения реакции колбу с р/м вновь нагрели на вод. бане почти до кипения (р/м при этом слабо кипела) и выдержали при нагревании в течении 20 минут. Затем нагрев убрали, подставили под колбу баню с холодной водой и дали р/м медленно остыть до комнатной температуры, на что ушло около 30 минут, затем колбу с р/м отсоединили от системы, герметично закрыли пробкой, хорошо взболтали и убрали в морозилку на полчаса, где р/м за это время охладилась до темп. от 0 до -5 Ц., затем колбу с р/м достали из морозилки, хорошо взболтали и вылили на фильтр Шотта (фильтровали под вакуумом). Полученные кристаллы NaN3 промывали 3 раза, со взмучиванием осадка (прямо на фильтре), холодным абс. этанолом, которого ушло на промывку около 50-55 мл. Затем кристаллы NaN3 перенесли на лист ф/б и высушили при комнатной темп. (около часа)...
Масса сухого NaN3 составила 6,3 г, что соотв. 63%-ному выходу от теоретически возможного...
Чистота продукта д.б. не менее 95-98% мас. ч. осн. вещества...
При необходимости сабж можно дополнительно очистить, р-ряя его в минимальном кол-ве дист. воды (тёплой) и последующем высаживанием азида натрия из р-ра с помощью двух-трёх кратного кол-ва (по объёму) этанола (абс./ректиф.), - подробнее об этом было написано выше...
Вывод:
В целом всё прошло ровно и предсказуемо...
Выход сабжа получился не шибко высокий, но всё же весьма приемлемый для "скрещенной" методы и для первого раза её проведения...
Не забывайте о ТБ = азид натрия = сильный яд, хорошо р-римый в воде, по действию на организм во многом сходный с цианидами... Поэтому думайте репой о том, что необходимо подготовить перед синтезом, как его проводить и как обращаться с готовым продуктом... И старайтесь ни крошки не уронить на пол, особенное если у вас есть кошки/собаки и прочая живность, т.к. этой "крошки" им вполне может хватить...

1) Стадия №1 = приготовление р-ра №2 (н-бутилсерной кислоты)

2) Стадия №1 = подготовка к синтезу (стакан-реактор с р-ром №1, магнитом во фторопластовой оболочке и кап. воронкой, капиллярная трубка которой введена под слой р-ра №1)

3) Стадия №1 = к старту всё готово

4) Стадия №1 = по ходу синтеза

5) Стадия №1 = финиш

6) Стадия №2 = получение спиртового р-ра гидразина (рефлюкс р/м, состоящей из гидразин-сульфата, гидроокиси натрия и абс. этанола), отводная ПВХ трубка выходит в форточку...

7) Стадия №2 = по ходу отделения спиртового р-ра гидрата гидразина от Na2SO4 (в Бунзене спиртовой р-р гидразин-гидрата, в Шотте сульфат натрия... эт для танкистов пояснение :)

8) Стадия №2 = всё готово к синтезу азида натрия (в реакционной колбе находится спиртовой гидразин, в капельной воронке - бутилнитрит, отводная ПВХ трубка выведена в форточку)

9) Стадия №2 = начало реакции (внешний нагрев уже убран)

10) Стадия №2 = середина реакции

11) Стадия №2 = конец реакции (весь б/н добавлен)

12) Стадия №2 = перед фильтрованием азида натрия (колбу с р/м только что достали из морозилки)

13) Стадия №2 = сабж по ходу фильтрования/промывок на Шотте

14) Стадия №2 = готовый сабж сохнет

15) Стадия №2 = сухой азид натрия (крупным планом)

© Добрейшей души человеки, 2003-2017

При использовании материалов ресурса ссылка обязательна.