Доброго времени суток!
Прошу тех, кто в этом хорошо разбирается, подмигнуть мне, если все ниженаписанное вполне адекватно, в ином случае - ткнуть пальцем на недочеты.
Под спойлером видео процесса.
Раствор я сразу решил получать по первой реакции, которую увидел в википедии - Cu + HNO3. Пересмотрел почти все видеоролики с этой реакцией на ютубе, но они немного отличались друг от друга: обычно небольшие медные кусочки помещали в открытую колбу с разбавленной кислотой, а дальше любовались последующим выделением оксидов азота. Я себе поставил задачу иную: в рамках одной реакции, скажем, получить 1 литр чистого раствора нитрата меди для дальнейших с ним экспериментов. Причем получить не имея крутого оборудования (в виде всяких обратных холодильников для отлова паров азотки), вытяжки и пр.
Весь интерес здесь кроется во вторичных действиях, ведь закинуть медь в кислоту крайне просто. Чтобы провести реакцию по красоте, необходимо поглотить бОльшую часть нежелательных газов (опять-таки не используя навороченные приспособления и реактивы). Я мельком ознакомился с книжками и статьями по этой тематике, резюмирую: многие оксиды азота отлично поглощаются водой. Исходя из уравнения Cu + 4HNO3 => Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O нас больше всего будет интересовать поглощение NO2 и его димера N2O4 (NO2 частично полимеризуется в N2O4): 2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2, N2O4 + H2O = HNO3 + HNO2.
На нулевом шаге наша установка имеет обычную колбу, в которой будет протекать реакция. На первом шаге я добавил в эту установку 5 (захотел остановиться на таком количестве) последовательно соединенных башен - простых 2-ух литровых бутылок. На качество поглощения в нашей задаче влияет очень много факторов: объем воды через высоту и площадь сечения, температура воды, давление и др. Высоту решил выбрать максимально возможную до точки сужения бутылки (см. видео), с температурой остановился на 10 градусах (с охлаждением льдом, поглощение протекает лучше при пониженных температурах).
Вторым шагом по фану добавил в установку компрессор. Сначала он был легкий 5-вольтовый и качал 3 л/м воздуха в колбу. Добавил я его по причине того, что после окончания реакции мне не особо хотелось каждый раз пресекать движение воды в колбу ввиду перепада давления, а потом еще выдувать вручную оставшиеся оксиды из колбы. Позже я заменил на тот, который вдувал уже целых 70 литров. Это помогало шустро окислять выделяющийся NO, который образовывался при распаде азотистой кислоты HNO2 (2NO + O2 = 2NO2), а также на этапе реакции, когда концентрированная азотка уже превращалась в разбавленную и все шло немного по другому уравнению: 3Cu + 8HNO3 => 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O (Это ведь правда так?).
Третий. Усовершенствовал процесс, растворив в бутылках кальцинированную соду. В процессе экспериментов получать слабую азотку (примерно 10%-ную), поглощая оксиды азота, я научился. Но ее получение не является даже побочной задачей. Можно растворить соду (120г\литр) во всех 5 бутылках и получить в ходе реакции сразу нейтрализацию кислот: HNO3 + HNO2 + Na2CO3 = NaNO3 + NaNO2 + H2O + CO2. Это позволит не окислять NO на этапе распада HNO2, а значит не поглощать снова полученный NO2.
Еще пару моментов. Для получения 1 литра раствора с использованием 57% кислоты навскидку потребуется растворить около 200гр меди. Но 200гр какой-нибудь стружкой и 200гр в виде прутка - это совершенно разные вещи в плане скорости их растворения. Я взял пруток, его намного меньшая площадь соприкосновения позволит оксидам выделятся постепенно (мне не важно время, за которое пройдет реакция, а важен фактический результат и настройка этого процесса таким образом, чтобы можно было все запустить, включить камеру и заниматься своими делами).
Охлаждение-нагревание колбы водой. Помогает регулировать ход реакции (понижать на раннем этапе, ускорять на самом последнем).
Вроде самое основное расписал🙂 При таком подходе мне удалось растворить 130 гр меди без особого напряга примерно за 5 часов. На видео я добавил пару бутылок для сравнения прозрачности в них воздуха. Безусловно, это не самый лучший метод, но все же. Жду замечаний и пожеланий по усовершенствованию и оптимизации процесса.
П.С. В школе по химии всегда была тройка, а тут что-то потянуло на естественные науки.
