Неорганический синтез (стр. 3 )

4. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

Таблица 4

№ п/п	Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин	Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
Методы неорганического синтеза	Окислительно-восстановительные реакции в неорганическом синтезе	Методы твердофазного высокотемпе-ратурного синтеза	Основные методы очистки неоргани-ческих веществ
1	Научно-исследо-вательская работа	+	+	+	+

5. Содержание дисциплины

Модуль 1

Тема 1. Введение в неорганический синтез. Цели и тенденции неорганического синтеза. Посуда. Приборы неорганического синтеза. Техника неорганического синтеза. Техника безопасности.

Тема 2. Методы неорганического синтеза. Измельчение, растворение, упаривание, перекристаллизация, осаждение, декантирование, фильтрование при нормальном давлении и под вакуумом. Сушка веществ. Прокаливание. Работа в сухих боксах с инертной атмосферой. Типовые осушители. Границы их применения. Хранение гигроскопичных, легкоокисляющихся веществ.

Тема 3. Расчеты в неорганическом синтезе.

Модуль 2

Тема 1. Синтез на основе реакций ионного обмена в водной среде. Планирование синтеза. Выбор методов и исходных веществ. Характеристика исходных веществ. Методы разделения продуктов синтеза и побочных веществ в водных растворах. Получение нерастворимых и растворимых соединений. Синтез двойных солей и комплексных соединений. Характеристика продуктов и их свойств. Реакции в водных растворах. Реакции в неводных растворителях. Апротонные растворители. Амфотерные растворители. Кислотные растворители. Основные растворители. Теория сольвосистем. Получение безводных солей металлов. Получение суперкислот и сильноосновных сред в неорганическом синтезе.

Тема 2. Окислительно-восстановительные реакции в неоргани-ческом синтезе. Диспропорционирование и конпропорционирование. Реакции в расплавах солей. Cинтезы путем электролиза. Металлотермия.

Тема 3. Синтез в неорганических и органических растворителях. Синтез в сжиженных газах.

Тема 4. Синтез летучих неорганических соединений. Молекулярные галогениды. Карбонилы переходных металлов. Планирование синтеза. Выбор методов и исходных веществ. Характеристика исходных веществ. Характеристика продуктов и их свойств. Выделение продуктов синтеза из реакционной смеси. Низкотемпературные ловушки.

Модуль 3

Тема 1. Методы твердофазного высокотемпературного синтеза. Понятие о наносинтезе.

Тема 2. Основные методы очистки неорганических веществ. Разделение смесей соединений металлов.

Тема 3. Экспериментальный синтез веществ, входящих в генетические цепи важнейших классов неорганических соединений.

Тема 4. Методы обезвреживания и утилизации отходов неорганического синтеза.

Вопросы для самопроверки

приводятся в описаниях синтезов и ответы на них должны быть приведены в отчётах по лабораторным работам

6. Планы семинарских занятий

Семинарские занятия учебным планом ООП не предусмотрены.

7. Темы лабораторных работ

1. Получение гидрата диамминотетратиоцианохромата(III) аммония, NH4[Cr(NCS)4(NH3)2]*H2O.

2. Получение нитрата гексамминкобальта(Ш) [Co(NH3)6](NO3)3

3.Получение и спектральное исследование иодида трисэтилендиаминникеля [Ni(en)3]I2

4. Получение тетрагидрата гексатиоцианохромата(III) калия, K3[Cr(NCS)6]*4H2O

5. Получение дигидрата фосфата ванадила VOPO4*2H2O (запасная работа)

1. Гидрат диамминотетратиоцианохромата(III) аммония, соль Рейнеке

NH4[Cr(NCS)4(NH3)2]*H2O.

(NH4)2Cr2O7+ 9 NH4NCS = 2NH4[Cr(NCS)4(NH3)2] +CO2 + SO2 + 6NH3 + 3H2O

Реактивы: кристаллические (NH4)2Cr2O7; NH4NCS.

Оборудование: песчаная баня с электронагревателем, технические весы, холодильник, термометры до 100 и 200 0С, тигельные щипцы, фарфоровая ступка с пестиком, две фарфоровых чашки, шпатели узкие пластиковые – 2 шт, шпатель металлический., мерный цилиндр на 50 мл., колба Бунзена – 2 шт., воронка Бюхнера, водоструйный насос, термостойкие стакан на 100 мл, фильтровальная бумага, ножницы, стеклянная палочка (мешалка).

· Приготовьте тщательно перетертую в фарфоровой ступке смесь по 3,4 г (NH4)2Cr2O7 и NH4NCS.

· Поместите в фарфоровую чашку диаметром 100 мм навеску 16,6 г NH4NCS.

· Поместите фарфоровую чашку в песчаную баню. Включите нагреватель и расплавьте соль на песчаной бане, поддерживая температуру расплава вблизи температуры плавления соли (от 120 до 150 0С)

· Внесите в расплав смесь (NH4)2Cr2O7 и NH4NCS небольшими порциями, примерно ¼ площади ложечки пластмассового шпателя при медленном перемешивании. Перемешивание осуществлять только при помощи стеклянной палочки.

· После добавления некоторого количества смеси наступает довольно энергичная реакция, сопровождающаяся выделением аммиака. С помощью тигельных щипцов переставьте чашку на холодную конфорку электроплитки. Добавьте остаток смеси с такой скоростью, чтобы избежать бурной реакции. В случае затвердевания расплава до окончания прибавления смеси, поставьте чашку обратно в песчаную баню.

· Снимите чашку с песчаной бани с помощью тигельных щипцов.

· Перемешивание продолжайте некоторое время и в период охлаждения. При охлаждении продукта масса затвердевает. Перемешивание следует прекратить.

· После охлаждения продукта его аккуратно соскребают металлическим шпателем для растирания в ступке.

· Твердый продукт реакции разотрите в порошок в фарфоровой ступке (не путать с фарфоровой чашкой).

· Продукт после растирания снова перенесите в фарфоровую чашку, добавьте в нее 50 мл воды и в течение 1-2 минуты осторожно перемешивайте стеклянной палочкой.

· Оставьте смесь в морозильнике на 10-15 минут.

· Отфильтруйте на воронке Бюхнера осадок (смесь солей Рейнеке и Морланда) от раствора, содержащего преимущественно роданид аммония.

· Осадок вместе с фильтром снимите железным шпателем с воронки и перенесите в стакан на 100 мл.

· В этот осадок добавьте 50 мл нагретой до 70 0С дистиллированной воды.

· Полученный раствор тотчас же отфильтруйте на воронке Бюхнера в чистую колбу Бунзена. Если фильтрование задерживается по времени – периодически нагревайте фильтруемую смесь до 70 0С (не более!!!)

· Соль Морланда остается на фильтре, а горячий фильтрат, содержащий соль Рейнеке вместе с уже выпавшими кристаллами в колбе Бунзена перенесите в стакан. Поместите стакан в холодильник.

· Выпавшие после 15-минутного стояния в холодильнике рубиново-красные блестящие кристаллы отфильтруйте на воронке Бюхнера. Остаток (кристаллы + раствор) смойте из колбы Бунзена маточным раствором (не более чем 1/3 по объему).

· Кристаллы высушите на воронке Бюхнера в токе воздуха.

· На следующем занятии взвесьте продукт на технических весах и рассчитайте выход продукта

Примечание. Соль Морланда образована одинаковым с солью Рейнеке анионом и катионом гуанидиния C(NH2)3+. Этот катион получается при аммонолизе тиомочевины, образующейся из тиоцианата аммония.

2. Нитрат гексамминкобальта(Ш) [Co(NH3)6](NO3)3

2Co(NO3)2 +2NH4NO3 + 10NH3 + H2O2 = 2[Co(NH3)6](NO3)3 + 2H2O

Реактивы: кристаллические Co(NO3)2*6H2O, NH4NO3, концентрированный раствор аммиака (28,7%), концентрированный раствор перекиси водорода (37,2%), концентрированный раствор азотной кислоты (57,3%), активированный уголь, ацетон.

Оборудование: прибор для синтеза с барботажем воздуха, песчаная баня с электронагревателем, технические весы, холодильник, термометр до 1000С, шпатели узкие пластиковые – 2 шт, мерный цилиндр на 50 мл – 2 шт., мерный цилиндр на 25 мл.., пипетки мерные на 1-2 мл – 2 шт., фингер, колба Бунзена – 2 шт., воронка Бюхнера – 2 шт., водоструйный насос, термостойкие стакан на 250 мл, индикаторная бумага, фильтровальная бумага, ножницы, стеклянная палочка (мешалка).

· Соберите прибор для барботирования воздуха.

· Извлеките пробку с барботажной трубкой из прибора. В реакционный сосуд перенесите 7,3 г гексагидрата нитрата кобальта и добавьте 10 мл воды, осторожно перемешивая стеклянной палочкой.

· Добавьте к раствору 8 г нитрата аммония и 1 г тщательно перетертого в ступке активированного угля.

· В мерный цилиндр налейте 18 мл концентрированного водного аммиака. Добавьте его к реакционной смеси. Перемешайте полученную смесь.

· Для окисления в полученную смесь добавьте по каплям из мерной пипетки 3 мл концентрированного раствора перекиси водорода

· Вставьте в прибор барботажную трубку, присоедините соединительный силиконовый шланг и осторожно включите водоструйный насос. Затем пропустите воздух через раствор в течение одного часа.

· После окончания барботирования раствор слейте в стакан емкостью 300 мл, а колбу промойте 120 мл воды. Слив также поместите в стакан.

· Полученную смесь подкисляют азотной кислотой до слабокислой реакции (рН=3), внося ее порциями по 0,5 мл, каждый раз измеряя рН с помощью индикаторной бумаги.

· Полученный раствор нагрейте до 80 0С на песчаной бане.

· Затем раствор горячим отфильтруйте от угля на воронке Бюхнера. При необходимости раствор дополнительно нагревают. При забивании фильтра углем следует заменить фильтр.

· Далее прилейте к фильтрату 20 мл концентрированной азотной кислоты и дайте ему остыть.

· Выпавший кристаллический осадок оранжевого цвета отфильтруйте на воронке Бюхнера, промойте 10 мл ацетона и высушите на воздухе.

· Взвесьте продукт на технических весах и рассчитайте выход продукта.

3. Иодид трисэтилендиаминникеля [Ni(en)3]I2

NiSO4 + 3 en = [Ni(en)3]SO4 [Ni(en)3]SO4 + 2KI = [Ni(en)3]I2 + K2SO4

En = H2NCH2CH2NH2 – 1,2 диаминоэтан, этилендиамин

Реактивы: кристаллический NiSO4*7H2O; 10% раствор этилендиамина, иодид калия, ацетон.

Оборудование: фотоколориметр КФК-3, технические весы, холодильник, мерный цилиндр на 50 мл, пипетка мерная на 10 мл – 1 шт., колба мерная на 100 мл - 4, фингер, колба Бунзена, воронка Бюхнера., водоструйный насос, термостойкие стакан на 100 мл – 4 шт., на 150 мл – 1 шт., на 50 мл –1 шт., фильтровальная бумага, стеклянная палочка (мешалка), химический карандаш-стеклограф

· В четыре стеклянных стакана емкостью 100 мл насыпьте по 3,5 г семиводного сульфата никеля и добавьте по 40 мл воды. С помощью стеклянной палочки растворите сульфат никеля. Пометьте стаканы с растворами цифрами 1, 2, 3 и 4.

· Мерным цилиндром отмерьте 10, 20 и 30 мл 10% раствора этилендиамина и перенесите его в стаканы 2,3 и 4, соответственно. (Последний раствор готовится непосредственно перед измерением спектра).

· Полученные растворы перенесите в мерные колбы объемом 100 мл и разбавьте водой до метки. Перемешайте полученные растворы. Они отвечают растворам соединений [Ni(H2O)6]SO4, [Ni en(H2O)4]SO4 , [Ni (en)2(H2O)2]SO4 и [Ni (en)3]SO4

· Снимите электронные спектры поглощения полученных растворов на фотоколориметре КФК-3 в диапазоне 410-680 нм с шагом 10 нм.

· Для осуществления синтеза целевого продукта в стакане на 150 мл растворите 3,5 г семиводного сульфата никеля в 15 мл воды.

· Добавьте к раствору 30 мл 10% раствора этилендиамина.

· После перемешивания к полученному раствору добавьте раствор 5 г иодистого калия в 5 мл воды. Выпавший осадок отфильтруйте на воронке Бюхнера, промойте ацетоном и высушите на воздухе.

· Взвесьте продукт на технических весах и рассчитайте выход продукта

· После окончания синтетической части работы постройте зависимости оптической плотности растворов от длины волны на одном графике. Значения оптической плотности округлите до второго знака после запятой.

Правила работы на фотоколориметре КФК-3

· Подсоедините фотоколориметр к сети 220 В и включите с правого торца прибора тумблер «сеть».

· Нажмите клавишу ПУСК – на цифровом табло появится символ «г», соответствующее ему значение и значение длины волны.

· Выдержите прибор во включенном состоянии 10-20 минут.

· Откройте крышку кюветного отделения фотоколориметра. Налейте в кювету фотоколориметра (брать кювету только за узкие боковые части) дистиллированную воду (чуть выше риски на широкой боковой поверхности кюветы. В случае попадания раствора на стенку кюветы промокните каплю кусочком фильтровальной бумаги) и установите в дальнее гнездо кюветодержателя.

· В другую кювету налейте исследуемый раствор

· Закройте крышку кюветного отделения.

· Установите кювету с растворителем в световой поток. Для этого рукоятку на передней панели прибора поверните влево.

· Круглой ручкой на передней панели прибора выставьте начальную длину волны света (410 нм) и нажмите клавишу «г» (на цифровом табло высветится символ «г»).

· Нажмите клавишу «е» (высветится символ «е» и значение 0,000 ± 0,002). Это означает, что начальный отсчет оптической плотности установлен правильно. Если это не так, откройте крышку кюветного отделения, нажмите клавишу «нуль», закройте крышку, нажмите клавишу «е». Высветится символ «е» и значение 0,000 ± 0,002.

· Затем рукоятку на передней панели прибора поверните вправо до упора, запишите показания прибора (отсчет на световом табло справа от мигающей запятой соответствует оптической плотности исследуемого раствора).

· Для построения спектральной кривой оптической плотности (спектра) исследуемого раствора повторите процедуру, описанную ранее, выставив новую длину волны с шагом 10 нм (420, 430… 680).

4. Тетрагидрат гексатиоцианохромата(III) калия, K3[Cr(NCS)6]*4H2O

KCr(SO4)2 + 6KNCS = K3[Cr(NCS)6] + 2K2SO4

Реактивы: кристаллические KNCS, KCr(SO4)2 12H2O (хромокалиевые квасцы); 96% раствор этилового спирта.