Синтез нитрата бария, его физические и химические свойства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Синтез нитрата бария, его физические и химические свойства

Введение

Широкое применение получили соли неорганических нитратов в различных отраслях науки и техники, в частности, как компоненты твердого топлива и пиротехнических смесей. А именно нитрат бария является важнейшим компонентом сигнальных, термитных и других композиционных смесей. Для ряда различных лазеров квантовая эффективность на основе кристалла Ba(NO₃)₂ может достигать 80%. Что позволяет применять кристаллы Ba(NO₃)₂ при изготовлении рамановских лазеров.

Нитрат бария мало распространён в природе и встречается в виде минерала баритовая селитра (нитробарит).

Основной целью моей курсовой работы явилось исследование физических и химических свойств кристаллического нитрата бария.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

Ш синтезировать нитрат бария;

Ш изучить физические свойства;

Ш исследовать химические свойства;

Ш сделать вывод по данной работе.

1. Строение молекулы нитрата бария

Связь в молекуле нитрата бария осуществляется по ионному механизму (диполь-дипольное взаимодействие). Молекула является полярной (µ - 0,254•10³), диамагнитной, по структуре представляет собой кубическую решётку (d_связи= 0,813 нм).

Оптические свойства нитрата бария: Исследования зонной структуры кристаллов нитрата бария носят отрывочный характер. В настоящее время не опубликовано ни экспериментальных, ни расчетных данных о структуре валентной зоны. Отсутствуют также и данные по фотопроводимости и оптическим переходам в области вакуумного ультрафиолета. Поэтому рассмотрим оптические свойства для нитратов щелочных металлов.

Наличие ионной связи между катионом и анионом и ковалентных связей внутри аниона в нитратах щелочных и щелочноземельных металлов позволяет отнести их к классу ионно-молекулярных кристаллов.

Кристаллы нитрата бария прозрачны в видимой и инфракрасной областях спектра в диапазоне от 350 до 1800 нм (рис. 1.2).

2. Способы получения

В промышленности наиболее часто применяются следующие способы производства нитрата бария: 1) из натриевой селитры и хлорида бария; 2) из хлорида бария и нитрата натрия; 3) из сульфида бария и азотной кислоты; 4) обменной реакцией между гидроксидом бария и азотной кислотой.

1) Получение нитрата бария этим способом проводят в два этапа:

а) BaCl₂ + Na₂CO₃ =BaCO₃v+ 2NaCl

Для получения карбоната бария горячие растворы хлорида бария и карбоната натрия смешивают в стехиометрических количествах. Выпадающий мелкий осадок BaCO₃v отделяют от раствора хлорида натрия, промывают тёплой водой до полного удаления примесей хлоридов, фильтруют и в виде пасты направляют для производства Ba(NO₃)₂:

б) BaCO_3(изб) + 2HNO_3(разб) = Ba(NO₃)₂ + CO₂^ + H₂O

Полученный раствор Ba(NO₃)₂ нагревают, фильтруют, фильтрат подкисляют азотной кислотой до слабо кислой реакции среды, выпаривают и подвергают кристаллизации. Затем слегка промывают водой и высушивают.

Рассмотрим другие способы получения:

2) BaCl₂ +2NaNO₃ = Ba(NO₃)₂ + 2NaCl

Это основной способ получения нитрата бария.

3) BaSO₄ + 4C = BaS + 4CO^

BaS + 2HNO₃ = Ba(NO₃)₂ + H₂S

4) Ba(OH)₂ + 2HNO₃ = Ba(NO₃)₂ + 2H₂O

В лаборатории безводный нитрат бария легко можно получить, удаляя воду из кристаллогидрата путём упаривания раствора на водяной бане и последующей сушки в эксикаторе над слоем хлорида кальция.

3. Свойства нитрата бария

Физические свойства

В обычных условиях нитрат бария - белое порошкообразное вещество (пл. 3,24 г./смі), плавящийся при 595°С. Нитрат бария несколько гигроскопичен, поэтому его следует хранить в хорошо закрытых склянках. Его молекула имеет молярную теплоёмкость 151,6 кДж/(моль*К), со стандартной энтальпией образования -978,6 кДж/моль. Растворимость в воде кристаллического нитрата бария показана в таблице 1. В присутствии Ca(NO₃)₂ и СаСl₂ растворимость нитрата бария в воде сильно снижается. В спирте и концентрированной азотной кислоте нитрат бария практически не растворяется.

Растворимость нитрата бария в воде

Нитрат бария разлагается при температуре 595°С до Ba(NO₂)₂, а при температуре в 670°С разлагается до BaO. Сам нитрат бария токсичен; ПДК = 0,5 мг/мі.

Химические свойства

В водном растворе подвергается диссоциации:

Ba(NO₃)₂ - Ba²⁺ + 2NO₃^-

При температуре выше 595°С разлагается до нитрита:

2Ba(NO₃)₂ = 2BaO + 4NO₂ + O₂^ (620 - 670°С)

Нитрат бария проявляет некоторую склонность к комплексообразованию, для которого известен нестойкий комплекс K₂[Ba(NO₃)₄].

Ba(NO₃)₂ + Na₂[Sn(OH)₆] = Ba [Sn(OH)₆] + 2NaNO₃

Ba(NO₃)_2(разб.) + 8H₂O = [Ba(H₂O)₈]²⁺ + 2NO^3?

Качественные реакции: на ион Ba²⁺:

1) Ba(NO₃)₂ + H₂SO₄ = BaSO₄v + HNO₃

2) Ba(NO₃)₂ + 2K₂CrO₄ = BaCrO₄v + 2KNO₃ - в результате этой реакции образуется осадок желтого цвета.

Качественные реакции: на ион NO₃^-:

3) Дифениламин (C₆H₅)₂NH с анионом NO₃ ^- образует интенсивное окрашивание (реакцию проводят в присутствии серной кислоты).

Другие реакции с участием нитрата бария:

2Ba(NO₃)₂ + Na₄P₂O₇v = Ba₂P₂O₇ + 4NaNO₃

3Ba(NO₃)₂ +2Na₂HPO₄ = Ba3 (PO₄)₂v + 4NaNO₃ + 2HNO₃

3Ba(NO₃)₂ + Fe2 (SO₄)₃ = 2Fe(NO₃)₃ + BaSO₄v

Ba(NO₃)₂ + 4H = Ba(NO₂)₂ +2H₂O (водород получается из Zn с разб. HCl)

Ba(NO₃)₂ + 2HCl = BaCl₂ + 2HNO₃

4. Получение и качественный анализ нитрата бария

нитрат химический барий соединение

Нитрат бария Ba(NO₃)₂ получали действием разбавленной азотной кислоты на чистый препарат BaCO_3. Для этого присыпали исходную соль небольшими порциями к кислоте до тех пор, пока она не перестала растворятся. Полученный раствор отфильтровали и, слегка подкислив, осторожно упаривали при температуре не выше 40°С до начала кристаллизации. Выпавшие при охлаждении бесцветные кристаллы нитрата бария отделяли, отжимали между листами фильтровальной бумаги и сушили непродолжительное время в эксикаторе над слоем хлорида кальция.

Соль гигроскопична и во влажном воздухе постепенно расплывается. При 100°С соль начинает терять кристаллизационную воду и при 130°С обезвоживается. Выпаривание раствора для кристаллизации проводят на водяной бане.

1) Получение нитрата бария в соответствии с ранее приведённой методикой:

BaCO₃ + 2HNO_{3 разб.} = Ba(NO₃)₂ + CO₂^ + H₂O

Расчёт выхода нитрата бария:

a) m(BaCO₃) = 20 г.;

b) n(BaCO₃) = 20/197=0,1 моль;

c) n(BaCO₃) = n (Ba(NO₃)₂) = 0,1 моль;

d) m (Ba(NO₃)₂) = 0,1*261 = 26,1 г;

e) ц = m_практ./m_{теоретич.} *100% = 24,65/26,1 *100% = 94,4%

Практический выход составил 94,4%.

2) Провели качественную реакцию на ионы Ba²⁺, добавив серную кислоту:

Ba(NO₃)₂ + H₂SO₄ = BaSO₄v + 2HNO₃

В результате реакции выпадает белый творожистый осадок BaSO₄v. Следовательно, в растворе присутствуют ионы Ba²⁺.

3) Провели качественную реакцию на нитрат ион NO₃^2-, добавив к раствору нитрата бария, слегка подкисленный серной кислотой, дифениламин - раствор приобрел ярко-синее окрашивание.

4) При горении нитрат бария окрасил пламя в зелёный цвет.

5. Применение нитрата бария

Нитрат бария широко применяется в пиротехнике при приготовлении зелёных фейерверков, бенгальских огней, в производстве некоторых взрывчатых соединений, компонент эмалей и глазурей, а также для получения ВаО и Ва₂O₂.

В лаборатории Ba(NO₃)₂ применяют вместо хлорида бария для осаждения солей серной кислоты в тех случаях, когда в раствор не хотят вводить ион Cl^- Нитрат бария служит также для получения обменным разложением других солей.

Заключение

В результате выполненной работы были изучены физико-химические свойства нитрата бария, а также его практическое применение. Нельзя забывать, что данное вещество является токсичным и необходимо соблюдать технику безопасности при проведении экспериментов с его участием. Несмотря на то, что свойства нитрата бария находится на стадии изучения, он находит большое практическое применение во многих отраслях, в частности как компонент твердого топлива и пиротехнических смесей, также является основной составляющей рамановских лазеров. Поэтому я считаю, что его изучение является важной и актуальной проблемой современной неорганической химии.

Список литературы

нитрат химический барий соединение

1. Джоли У. Синтезы неорганических соединений. Т.1. М.: МИР, 1966. 276 с.

2. Кнунянц И.Л. Химический энциклопедический словарь. М.: Сов. Энциклопедия, 1983. 792 с.

3. Нелюбина Н.В. Фотолиз нитрата бария: Дис. канд. хим. наук: 02.00.09. Кемерово: РГБ, 2006. 115 с. (Из фондов Российской Государственной Библиотеки)

4. Минович М.А. Соли азотной кислоты (нитраты): М, 1946. 190 с.

5. Ключников Н.Г. Руководство по неорганическому синтезу. М: изд-во «Химия», 1968 г.

6. Некрасов Б.В. Основы общей химии. Том 2. М: изд-во «Химия», 1973. 688 с.

7. http://www.ximicat.com/info.php? id=1066

8. http://ru.wikipedia.org/wiki/Бария_нитрат

Размещено на Allbest.ru