Учебное пособие Санкт-Петербург




НазваниеУчебное пособие Санкт-Петербург
страница7/18
Дата конвертации03.02.2013
Размер0.99 Mb.
ТипУчебное пособие
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   18

2.2 Нахождение в природе и получение металлов.



Благодаря высокой химической активности щелочные металлы встречаются в природе только в виде соединений. Из щелочных металлов наиболее распространены натрий (2,27 мас.%) и калий (1,84 мас.%). Значительные количества соединений натрия и калия растворены в воде океанов, морей, озер. Основными источниками натрия и калия являются минералы, образовавшиеся в результате высыхания морской воды: NaCl − галит или каменная соль, Na2SO410H2O − мирабелит или глауберова соль, KCl − сильвин, KClNaCl − сильвинит, KClMgCl26H2O − карналлит. Толщина пластов каменной соли иногда бывает более километра. В отличие от натрия и калия, соединения лития, рубидия и цезия в природе встречаются значительно реже и не образуют самостоятельных месторождений, поэтому эти элементы относят к числу редких и рассеянных. Интересно отметить, что цезий  это первый элемент, который открыт методом спектрального анализа. Литий и цезий входят в состав различных силикатных пород – алюмосиликатов и алюмофосфатов. Важнейшим минералом лития является сподумен LiAl(SiO3)2, единственным и очень редким минералом цезия − поллуцит CsAl(Si2O6). Рубидий, не имеющий собственных минералов, получают при переработке близких по свойствам солей калия и цезия и их промышленных концентратов. Содержание франция в природе ничтожно мало – один из изотопов Fr является продуктом -распада актиния:

.

Щелочные металлы – сильнейшие восстановители, поэтому для их выделения из соединений необходимо использовать равновеликие по силе восстановители или процесс электролиза. Окислительно-восстановительные потенциалы щелочных металлов в водных растворах имеют столь отрицательные значения (табл. 2.1), что выделить их электролизом водных растворов солей можно только на ртутном катоде. При этом получаются сплавы металлов с ртутью (амальгамы), из которых щелочной металл отделяют дистилляцией.

В принципе для получения щелочных металлов можно использовать электролиз растворов солей в жидком аммиаке или в органических апротонных растворителях. Однако по экономическим соображениям для получения лития и натрия применяется электролиз их расплавленных солей и гидроксидов. В случае калия, рубидия и цезия более эффективны методы термического восстановления.

Основной способ получения натрия − электролиз расплавов, содержащих хлорид натрия. Чистый NaCl плавится при 801С, что близко к температуре кипения металлического натрия (882,9С), при этом давление насыщенного пара натрия при t  800С приближается к атмосферному, что приводит к большой потере натрия вследствие его испарения. Но, главное, при высокой температуре натрий растворяется в жидком NaCl и его нельзя собрать без потерь. Поэтому к NaCl добавляют другие соли (NaF, KCl, CaCl2, BaCl2), что позволяет снизить температуру плавления шихты ниже 600С. Применяемая конструкция электролизера с разделёнными анодным и катодным пространствами исключает возможность взаимодействия образующегося на катоде натрия и выделяющегося на аноде хлора:


Стальной катод: Na+расплав + e  Na.жидк.

Графитовый анод: 2Clрасплав – 2e  Cl2


Второй по значимости способ производства натрия − электролиз расплава NaOH (tпл. = 321С). Металлический натрий выделяется на катоде, а на аноде – кислород:


Медный катод: Na+расплав + e  Na.жидк.

Никелевый анод: 4OH − 4e  O2 + 2 H2O.


Достоинством этого способа является низкая температура процесса и возможность получения натрия высокой чистоты, недостатком − дорогостоящее сырье.

Металлический литий получают аналогично натрию, электролизом низкоплавкого электролита из смеси равных масс LiCl и KCl.

Для получения калия в основном используют реакции замещения:


Naжидк. + КОН жидк. NaOHжидк.+ Кжидк. (380  500С),

Na пар + KCl жидк. NaClжидк.+ К пар (850С),


которые проводят в инертной атмосфере в вертикальных никелевых или стальных колоннах. Смещение равновесий вправо достигается тем, что калий покидает зону реакции. Так в щелочном расплаве более лёгкий калий собирается в верхней части колонны, а в солевом расплаве более летучий калий концентрируется в газовой фазе. Полученный калий, содержащий некоторое количество натрия, направляют для очистки на ректификацию.

Электролиз расплавов соединений рубидия и цезия связан с недопустимо высокими потерями металлов и потому не применяется. Расплавленные Rb и Cs имеют низкие температуры кипения и хорошо испаряются в вакууме. Поэтому их удобно получать из солей и гидроксидов вакуумтермическим восстановлением менее активными, но и менее летучими металлами, коксом, карбидом кальция или кремнием. Равновесие реакций сдвигается вправо за счёт испарения образующегося щелочного металла:


2RbCl + Ca CaCl2 + Rb, (700   800оС; 0,001 −1 мм рт. ст.)

2KF + CaC2 CaF2 + 2C + 2K↑.


Вакуум-термическое восстановление используют и для получения легких щелочных металлов, например, лития:


2Li2O + Si + 2CaO 2CaSiO3 + 4Li , (950С; 0,001 мм рт. ст.).


В небольших количествах Na, K, Rb и Cs можно получать термическим разложением их азидов:


2CsN3  2Cs + 3N2, (400С; 0,1 мм рт. ст.),


или восстановлением в вакууме хроматов, молибдатов или вольфраматов порошком металлического циркония:


4Rb2CrO4 + 5Zr  8Rb + 5ZrO2 + 2Cr2O3, (700  800С).


1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   18

Похожие:

Учебное пособие Санкт-Петербург iconУчебное пособие Санкт-Петербург
Учебное пособие предназначено для студентов II курса химических специальностей

Учебное пособие Санкт-Петербург iconНовые поступления в библиотеку балтийского русского института
Федералогия: учебное пособие / Р. Г. Абдулатипов. Санкт-Петербург: Питер, 2004. 320 с.: ил. (Учебное пособие)

Учебное пособие Санкт-Петербург iconУчебное пособие санкт-петербург
Вязкость жидких сред: Учебное пособие / И. В. Степанова, А. В. Тарасов. – Спб.: Петербургский государственный университет путей сообщения,...

Учебное пособие Санкт-Петербург iconУчебное пособие Издательство спбгпу санкт-Петербург
Учебное пособие соответствует дисциплинам опд ф10 «Сети ЭВМ и телекоммуникации» государственного общеобразовательного стандарта направления...

Учебное пособие Санкт-Петербург iconУчебное пособие Санкт Петербург 2002 удк 629. 76
Керножицкий В. А., Бызов Л. Н. Надежность. Лабораторный практикум: Учебное пособие. Балт гос тех ун-т, спб., 2002. – с

Учебное пособие Санкт-Петербург iconУчебное пособие Санкт-Петербург 2001 2 удк 532. 517. 4 Б 43 Моделирование турбулентных течений: Учебное пособие / И. А. Белов, С. А
Дан структурный анализ одного из важнейших направлений в исследовании турбулентных те

Учебное пособие Санкт-Петербург iconУчебное пособие Санкт-Петербург 2008 Авторы : Кокин В. Г., кандидат военных наук, доцент; Абликов В. И. Под общей редакцией
Учебное пособие предназначено для должностных лиц и специалистов го и рсчс организаций, преподавателей умц гочс и пб

Учебное пособие Санкт-Петербург iconУчебное пособие Санкт-Петербург 2007 Научный редактор: Шипицына Л. М. д б. н., проф., заслуж деят науки рф
Профилактика вич-инфекции у несовершеннолетних в образовательной среде: Учебное пособие / Под ред. Л. М. Шипицыной. – Спб, 2007

Учебное пособие Санкт-Петербург iconТехника и технические науки в целом 22. 30. 10я73 Метрология, стандартизация, сертификация и электроизмерительная техника : учеб пособие для вузов / К. К. Ким [и др.]; под ред. К. К. Кима. Санкт-Петербург и др. Питер, 2006. 367 с. (Учебное пособие)
Метрология, стандартизация, сертификация и электроизмерительная техника : учеб пособие для вузов / К. К. Ким [и др.]; под ред. К....

Учебное пособие Санкт-Петербург iconУчебное пособие для студентов гуманитарных факультетов Санкт-Петербург


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница