exploders.info - Портал по взрывчатым веществам и пиротехнике
АВТОРИЗАЦИЯ
ЛОГИН:
ПОРОЛЬ:
Автор: Балург
2003-07-26 [#6195]

Разделение растворимых веществ.

Форум: Хим. реактивы

Мужики, приколитесь! Тут кое-кто получает, скажем, калиевую селитру из хлорида калия и аммиачной селитры и перекристаллизует, им будет интересно. Стукнула мне в дурную голову одна идея насчёт препаративного разделения веществ. Есть широко известный т.н. фракционный метод разделения растворимых веществ, основанный на принципе противотока (похоже на фракционную перегонку). Грубо говоря, потоки смеси твёрдых веществ и растворителя движутся навстречу друг другу. Первые порции растворителя на выходе при этом будут содержать самое растворимое вещество, вторые - второе по растворимости и т.п. Например, насыпаем смесь солей (выпаренный раствор, содержащий разные соли, или вообще равномерную механическую смесь, скажем, сухих хлорида калия и нитрата аммония для получения нитрата калия) в 20 одинаковых (пронумерованных от 1 до 20) баночек поровну. Далее каждые примерно 2 часа (можно делать сколь угодно долгие перерывы на сон и отдых :))) ) делаем следующее ("серии переливаний"). Сначала льём воду в первую. Через 2 часа выливаем раствор из первой во вторую, а в первую опять наливаем воду. Ещё через 2 часа выливаем раствор из второй в третью, из первой во вторую, а в первую (если там ещё что-то осталось) наливаем воду. И так далее, причём переливаем только растворы, оставляя кристаллы. Когда раствор дойдёт до последней баночки, выливаем из неё первую порцию "отгона" в освободившуюся (где-то на предыдущих стадиях вся соль из первой, как правило, уйдёт, если там нет уж очень малорастворимых солей) первую. На следующем шаге - в освободившуюся вторую. Если есть малорастворимые соли и первая банка и последующие потому освобождаются медленно или не освобождаются вовсе, придётся запастись ещё баночками для сбора растворов. Кайф в том, что мы сразу получили фактически полностью и точно разделённые соли. То есть смешав аммиачную селитру и хлорид калия, мы получим в первых баночках "отгона" раствор только хлорида аммония, а в последних - только нитрата калия, и только три-четыре (больше - если плохо отделять кристаллы при переливании или давать мало времени между сериями переливаний) баночки посередине будут заметно смешаны. Наибольшая чистота - по краям линейки "отгонов", а три-четыре баночки из середины можно использовать для следующей операции как растворитель перед водой. Тут есть два подводных камня. (1) В данном случае всё получается, но, например, обратный процесс (нитрат аммония и хлорид калия из нашатыря и калийной селитры) не пойдёт, так как тут самая малорастворимая часть определяет путь обменной реакции, и в данном случае при комнатных и более низких температурах из четырёх сочетаний (KCl, KNO3, NH4Cl, NH4NO3) это - нитрат калия, то есть реакция пойдёт в сторону нитрата калия и хлорида аммония. (2) Существуют некоторые сложные соли (пример - квасцы, напр., алюмокалиевые KAl(SO4)2), имеющие растворимость меньше растворимости обоих составляющих (в данном случае сульфатов калия и алюминия), которые могут иногда направить реакцию обмена в неожиданную сторону. Оба этих камня не имеют места в случае, когда разделение производится растворителем, сольватирующим не более одного компонента смеси (например, разделение сахара и соли водой). Метод можно модифицировать, используя "колонну" - высокий узкий сосуд с фильтрующим отверстием в днище, снабжённым дозирующим зажимом. Сверху льём воду, снизу капает раствор наиболее растворимого вещества. Казалось бы, красиво, но тут есть ОЧЕНЬ большое "но": если насыщенный раствор наиболее растворимого вещества смеси легче, чем такой же раствор второго по растворимости, то мы не добьёмся точного разделения: представьте, как более лёгкий раствор первого вещества остаётся снизу более тяжёлого раствора второго - это невозможно, они смешаются, и на выходе будет смесь... Придётся делать какие-то ёмкости, из нижней части каждого из которых трубка ведёт к верхней части следующей или наоборот... то есть фактически те же баночки, только изящнее. И теперь главное. Есть такая идея. Большинство солей растворяется больше при большей температуре. Значит, насыпаем смесь в колонну, заливаем ГОРЯЧЕЙ водой ТОЛЬКО ЧТОБЫ СМОЧИТЬ (нам надо, чтобы получилась мокрая каша), и помещаем в нижней части нагреватель "а-ля зонная плавка" (необязательно ВЧ :))), можно чисто тепловой), теплоизолируя верхнюю от нагревателя часть. Мы получаем такое распределение температур - сверху всё нагрето почти до одинаковой температуры из-за конвекции, а небольшая часть ниже нагревателя почти не нагрета: конвекция там не работает, и она активно отдаёт тепло (можно вообще поставить там радиатор). Теперь: что получится, если мы плавно, по сантиметру в час-два, поднимем нагреватель? Снизу будет образовываться почти монолитная "отливка" самой малорастворимой соли, далее - следующей и т.д.! Сверху же останется раствор самой растворимой соли, и при охлаждении она выпадет дополнительно. Теперь выливаем раствор самого растворимого компонента, вытаскиваем "колбасу" и отрезаем слои: тут селитра, а тут нашатырь... Тут есть камешек: кривые растворимости веществ могут пересекаться (или вообще перегибаться) при некоторых температурах, что означает, что иногда при некоторых температурах (например, слишком сильном нагреве) разделение не пойдёт. И ещё, мощность нагревателя при движении вверх надо уменьшать во избежание перегрева, так как объём прогреваемого столба уменьшается. Более того, точное фракционирование может не получиться из-за плотного окружения кристалла одного компонента кристаллами другого. Метод можно модифицировать: оставить надолго кашу кристаллов в колонне, сверху которой стоит нагреватель, снизу радиатор, а середина колонны теплоизолирована. Получится градиент температур, направленный вниз, и наиболее растворимый компонент окажется сверху, под своим же раствором, а наименее растворимый - снизу. Тут главное - не переборщить с нагревом, чтобы процесс не пошёл слишком быстро, а то разделение будет плохим. Достоинство - почти полное отсутствие водяных включений: они всё равно "мигрируют" вверх, их более тёплый верх растворяется, а более холодный низ осаждается (ИМХО таков же механизм уплотнения растворимых веществ, когда они долго стоят в банке с растворителем: роль теплового давления тут, хотя и слабее, играет гравитация). Другое дело, что из-за различия плотностей растворов разных веществ возможны механические напряжения и временные трещины в "отливке", когда вверху растворяется большая масса, чем оседает внизу. Это не должно сильно влиять на итог. Кстати, так можно не только разделять вещества, но и просто делать монолиты из растворимых веществ, плавление или прессование которых невозможно или нежелательно (например, кисы - кисоплавы, вам посвящается! :))) - и т.п. чувствительных ВВ, только вот вытаскивать "колбаску" при этом никак нельзя по понятной причине). Кто-нибудь это пробовал?

Мне нравится
  • Dikobrazz My humble opinion(+) 2003-07-28 [#6279]
  • kosten Напоминает хроматографическую колонку, а простоты ей точно не хватает. 2003-07-30 [#6327]
  • Pirotecha Получение нитрата калия из хлорида калия и аммиачки 2014-05-02 [#42560]

© Добрейшей души человеки, 2003-2019

При использовании материалов ресурса ссылка обязательна.