, учитель хімії ГБОУ ЗОШ № 000
Дослідницька діяльність в школі в рамках впровадження ФГОС
«ОТРИМАННЯ МЕТАЛІВ І НЕМЕТАЛІВ В СВІЙСЬКОЇ ЛАБОРАТОРІЇ»
"Вчення без роздумів - марний труд;
Роздуми без вчення - згубні ". Конфуцій
I. Прості речовини-метали
1. Металевий літій, покритий плівкою чорного нітриду. З металевого літію роблять катоди літієвих елементів живлення (не плутати з Li-ion акумуляторами). Літій можна витягти з кнопкових і пальчикових літієвих батарей. У них електроди зроблені з довгої стрічки, для компактності, скрученої в рулон. Відразу ж після вилучення літій переплавляється під шаром осушенного масла для отримання компактного злитка і видалення окислів. Далі літій можна зберігати в цьому ж маслі або інших інертних рідинах в герметичній посуді.
2. Металевий натрій.
Натрій можна отримати електролізом розплавленого гідроксиду натрію з великою силою струму. На поверхні розплаву над катодом з'являється зростаючий кулька розплавленого натрію, коли він досягає великих розмірів, він вичерпується сухий залізної ложкою і заливається бензином (для уникнення окислення киснем повітря). Замість бензину можна використовувати сухий толуол, ксилол, гас, тетрагідрофуран, гексан, мінеральне і машинне масло, рідкий парафін. Також можна проводити електроліз розплаву хлориду натрію, але це пов'язано з великими труднощами (висока температура плавлення, близька до температурі кипіння натрію, виділення хлору). Натрій можна витягти з пальників ламп ( «Дуговая Натрієва Трубкова», ДНТ).
3. Металевий кальцій, покритий оксидами.
Кальцій можна отримати алюмінотермічеським відновленням його оксиду: 4CaO + 2Al = CaAl2O4 + 3Ca
Або електролізом розплаву хлориду кальцію, при цьому метал виділяється на катоді.
Чистий металевий марганець можна отримати з сольових вугільно цинкових батарейок в кілька стадій:
1) витяг з батарейок оксиду марганцю
2) багаторазова промивка оксиду марганцю гарячою водою для видалення солей
3) розчинення очищеного оксиду марганцю в концентрованій соляній кислоті (більше 30%)
4) фільтрування розчину хлориду марганцю від залишків оксиду на вакуумному фільтрі
5) кип'ятіння розчину до повного видалення залишків соляної кислоти
6) електроліз розчину хлориду марганцю з графітовими електродами при великій щільності струму і напрузі близько 12В. При електролізі виділяється багато тепла і ємність з розчином необхідно охолоджувати, щоб температура не перевищувала кімнатну, інакше реакція піде в неправильному напрямку.
7) зняття з катода порошку марганцю і промивка холодною водою (для видалення солей), потім абсолютним ацетоном (для видалення води). Після електролізу порошок марганцю покритий оксидами і має сірий або чорний колір, необхідно його переплавити.
8) переплавлення електролізного порошку марганцю в скляній трубці в вакуумі для видалення окислів і отримання компактного злитка.
5. Молібден (дріт). З молібдену роблять нітедержателі багатьох ламп розжарювання.
6. Нікель (пластинки і порошок). Порошок і фольгу нікелю можна витягти з катодів Ni-Mn акумуляторів.
7. Металевий цинк можна витягти з цинк-вугільних сольових батарейок, катодний стаканчик батарейки зроблений з цинку. Так само з цинку робилися деякі деталі касетних і бобінних магнітофонів (ці деталі можна дізнатися по характерному кольором металевого цинку).
8. Вольфрамова спіраль. Вольфрам можна витягти з ламп розжарювання: з нього зроблена спіраль.
9. Ниобий з кольоровою плівкою оксиду і без неї.
Металевий ніобій можна отримати з електролітичних конденсаторів типу К53-35 і подібних до них. Анод конденсатора зроблений з ніобієві циліндра, покритого чорним оксидом. Далі для видалення оксиду циліндрик вариться в розплаві лугу без доступу повітря. Щоб зберегти кольорову оксидну плівку протруювання ведеться в концентрованій соляній кислоті (вище 30%) при невеликому нагріванні.
Отримання: тантал високої чистоти можна витягти з електролітичним танталові оксидних конденсаторів типу ЦЕ (танталовий анод) або з сучасних танталових SMD-конденсаторів (чорного кольору). Далі поверхню металу очищується протруєнням або шліфуванням. Спосіб протруєння - на сторінці Ниобий.
11. Залізо у вигляді сплавів застосовується для виготовлення деталей, приладів, інструментів, посуду, тощо. З технічно чистого заліза виготовляють скріпки, кнопки, дужки. Залізо високої чистоти можна отримати електролізом водних розчинів солей заліза або відновленням чистого оксиду заліза воднем при нагріванні.
12. Металевий свинець можна витягти з брухту свинцево-кислотних акумуляторних батарей, повністю зі свинцю в них зроблений катод. Так само зі свинцю роблять мисливську дріб і рибальські грузила.
13. Металеве олово
Оловом зсередини покривають деякі бляшані консервні банки. Для отримання олова треба акуратно зіскоблити гострим лезом (наприклад, бритвою) олив'яне покриття і переплавити порошок олова в пробірці під шаром інертного флюсу. Після виливання розплаву з пробірки невелика кількість залізного порошку залишиться на її стінках.
14. Металевий хром (шматочки тонкої фольги)
Основне застосування хрому - красиві і стійкі до впливу агресивних речовин гальванічні покриття. Хромовані металеві деталі можна при нагріванні розчинити в 50% сірчаної кислоти, при цьому хром розчиняється. Після розчинення заліза тонкі хромові пластинки фільтрують через дрібне сито і промиваються водою.
15. Металевий вісмут
З вісмуту і його легкоплавких сплавів роблять деякі багаторазові плавкі запобіжники, деякі датчики температури, мисливську дріб.
16. Мідь можна витягти з силових проводів. ВИСОКОЧИСТИХ мідь можна отримати електролізом водних розчинів солей міді.
17. Металевий кадмій можна витягти з деяких Ni-Cd акумуляторів, у яких катод зроблений з спресованого порошку кадмію. Після вилучення порошок кадмію промивається і переплавляється для отримання компактного злитка.
18. Металевий церій
Сплав фероцерій (50% Ce. 50% Fe) можна витягти із запальничок, кремінь зроблений з Фероцерій, але отримати з нього чистий церій дуже складно.
19. Срібло в чистому вигляді перебувати в реле. Металеве срібло високої чистоти можна отримати з мідних електричних контактів з реле, покритих сріблом. Контакти розчиняються в міцної азотної кислоти (більше 70%), і після розчинення відновлюється металевої міддю. Через кілька годин все срібло у вигляді кристалів випадає в осад. Для прискорення реакції можна підігріти розчин на водяній бані. Контакти реле старих холодильників зроблені у вигляді невеликих таблеток з чистого срібла.
20. Золото в основному міститься в вітчизняних деталях: транзисторах, мікросхемах. Для вилучення його з деталей, необхідно підготувати суміш сірчаної (1000мл.) І соляної (250 мл.) Кислот, нагріти її до 60-70 0С, і занурити туди деталі. Опустивши деталі в суміш, додають азотну кислоту для утворення царської горілки. яка і є розчинником золота.
II. Прості речовини-неметали
1. Алотропні модифікації вуглецю
Отримання: аморфний вуглець можна отримати піролізу органічних сполук (деревина, сахароза, целюлоза, і ін.). Графіт можна витягти з сольових батарейок (анодний стержень), а з графіту, просоченого мастилом, роблять щітки двигунів, контакти. Синтетичні дрібні алмази застосовують як тверду вставку в деяких склоріз. Велика кількість дрібних алмазів можна витягти з дисків для різання бетону, вони спресовані в ріжучі сегменти диска.
2.Хлор можна отримати реакцією концентрованої соляної кислоти (вище 30%) з чорним оксидом марганцю: 4HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + 2H2O
Оксид марганцю для реакції можна отримати з вугільно-цинкових сольових батарейок. У циліндр із спресованого оксиду марганцю вставлений анодний графітовий стрижень батарейки. Після вилучення оксиду марганцю його обов'язково потрібно ретельно промити кілька разів гарячою водою, тому що оксид марганцю з батарейок просочений сольовим електролітом. Так само хлор можна отримати електролізом водного розчину хлориду натрію. Хлор виділяється на аноді.
3. Білий фосфор з домішкою червоного
Фосфор можна отримати із сірникових коробок. Для цього з коробок зрізаються бічні сторони, покриті фосфорної намазуванням, і нарізаються на квадратики зі стороною приблизно 5мм. Вони засипаються в пробірку, пробірку треба наповнити вуглекислим газом (якщо не наповнити, то частина фосфору згорить) і заткнути пробкою. Далі пробірка нагрівається на спиртівці до повного почорніння подрібненої намазки з коробок. На стінках пробірки Сконденсована жовтий фосфор, велика частина його розплавлена. Чи не відкриваючи пробірку треба охолодити її до 0 ° C. Після цього кульки білого фосфору витягуються і поміщаються в воду або іншу інертну середу для запобігання окислення киснем повітря. Червоний фосфор з білого можна зробити, опромінюючи білий фосфор потужним пучком світла (можна використовувати велику лінзу).
4. Кристалічний кремній можна витягти з напівпровідникових приладів (кристали мікросхем і транзисторів).
5. Високочистий чорний селен можна витягти з радянських селенових випрямлячів типу АВСМ та інших. Випрямляч складається з великої кількості напівпровідникових квадратних пластинок. Кожна пластина складається з алюмінієвої основи, шару селену (середній шар), і сплаву різних металів, яким покритий селен. Для вилучення селену верхній шар сплаву зрізається бритвою, так, щоб зняти мінімум селену. Частина, що залишилася алюмінієва пластинка з селеном нагрівається газовим пальником до температури плавлення селену. Потім розплав селену знімається бритвою з алюмінієвої основи.
6. Кристалічний йод можна отримати змішуванням спиртового 5% йодного розчину з великим об'ємом холодної води. При цьому спирт змішується з водою і майже весь йод випадає в осад. Далі осад фільтрується, сушиться при низькій температурі силікагелем або безводних хлоридом кальцію і очищається сублімацією.
7. Німеччин високої чистоти можна витягти з радянських германієвих транзисторів типу П210 - П217. Кристал цих транзисторів є германій, покритий індієм. Для вилучення з транзистора акуратно (не зачіпаючи нутрощів) знімається капелюшок, потім нижня частина транзистора нагрівається газовим пальником до температури плавлення індію і різким ударом об тверду поверхню струшується розплавлений індій і кругла пластинка з германію. Далі платівка витримується в концентрованій соляній кислоті (більше 30%) для стравлювання залишків індію. Отриманий попутно індій теж Високочистий.
Робота з вилучення металів і неметалів може допомогти будь-якому учневі, що цікавить хімією усвідомити для себе питання їх вилучення в домашніх умовах і застосування.
2. Розповіді про металах. М. Металургія, 1986.
7. Погодін А. Благородні метали. М. Знання, 1979