Разработка способа получения азида стронция Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Вестник СамГУ — Естественнонаучная серия. 2011. № 8(89)

УДК 54.052

163

РАЗРАБОТКА СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ АЗИДА СТРОНЦИЯ

© 2011 А.А. Мокров, И.К. Кукушкин1

В данной статье рассмотрены известные способы получения азида стронция. Предложен новый, более удобный способ получения азида стронция из азида натрия. Описаны оптимальные условия данного метода.

Ключевые слова: азиды щелочноземельных металлов, азид стронция, азид натрия, азид лития.

За последние годы масштабы потребления производственных азотисто-водород-ных кислот возросли, а область их применения расширилась. Одним из азидов металлов, который исследуется в целях применения для изготовления электровакуумных ламп и для космических исследований магнитного поля Земли, является азид стронция.

К началу выполнения данной работы было известно два метода получения азида стронция:

1) нейтрализацией азотистоводородной кислоты оксидом или гидроксидом стронция;

2) взаимодействием гидроксида стронция с азидом аммония.

Метод нейтрализации азотистоводородной кислоты опасен ввиду ее высокой чувствительности и мощности. Способ получения азида стронция на основе азида аммония также не заслуживает практического внимания, так как последний является труднодоступным, высокочувствительным и ядовитым продуктом.

Наиболее перспективным способом получения солей азотистоводородной кислоты считается гидразинный метод. Данный метод был использован для получения азида стронция по схеме:

2CH3OH + 2NaNÜ2 + H2SO4 = 2CH3ONO + Na2SÜ4 + 2H2O 2N2H4 + Sr(OH)2 + 2CH3ONO = SrNe + 2CH3 OH + 4H2O.

Максимальный выход азида стронция составил 11,3 % от теоретического, несмотря на изменение избытка метилнитрита, гидразина и продолжительности процесса. Низкий выход объясняется, по-видимому, недостаточной растворимостью гидроксида стронция в метиловом спирте. Таким образом, метод получения азида стронция из гидразина, ввиду невысокого выхода, мало приемлем.

1 Мокров Александр Александрович (a2mokrov@mail.ru), Кукушкин Иван Куприянович (prof-kik@mail.ru), кафедра химии и технологии органических соединений азота Самарского государственного технического университета, 443100, Российская Федерация, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244.

Представлял интерес способ получения азида стронция из азида бария путем перевода последнего серной кислотой в азотистоводородную кислоту и нейтрализации ее гидроксидом стронция (без выделения NN3)

БаЩ + И2804 = Ба804 + 2И^

2Ш3 + 8г(0И)2 = БШ6 + 2И20.

Сульфат бария выпадал в осадок, его отфильтровывали и получали раствор азотистоводородной кислоты. Таким образом, устранялась опасная операция перегонки азотистоводородной кислоты. По этому методу выделяли азид стронция с выходом 66—67 % от теории с содержанием основного вещества 96,5 %.

Наибольшего внимания заслуживает исследованный нами способ получения азида стронция из азида натрия, так как последний выпускается промышленностью и является доступным продуктом. В результате была предложена следующая схема получения азида стронция из азида натрия:

ЫС1 + ^^ = 1Ш3 + ШС1 (1)

+ БгСЬ = Бг^ + 2ЫС1. (2)

Возможность осуществления этой схемы мотивируется следующим. Азид лития, получаемый по реакции (1), переходит в раствор, так как известно, что он является одним из азидов, весьма хорошо растворимым в метиловом спирте. При этом хлористый натрий, не растворяясь в метиловом спирте, выпадает в осадок.

После отфильтровывания осадка получали спиртовой раствор азида лития. Последний использовали для осаждения азида стронция добавлением хлорида стронция.

При разработке данного способа изучалось влияние температуры, продолжительности процесса и избытка азида лития на выход и качество азида стронция.

Для определения зависимости выхода азида стронция от температуры процесса была проведена серия опытов, в которых азид лития применяли с 10 %-ным избытком от теории. При этом использовали 17 %-ный раствор азида лития. Температуру процесса при времени выдержки 1 ч изменяли в интервале 23... 65 °С. В результате проведенных исследований установлено, что повышение температуры процесса от 23 до 65 °С приводит к увеличению выхода продукта на 14 %.

Качество кристаллического азида стронция при проведении процесса в интервале температур 23. ..65 °С остается примерно одинаковым (содержание основного вещества колеблется в пределах 97,3. . . 97,5 %). Следовательно, оптимальным температурным режимом процесса азидирования следует признать температуру 65 °С.

Влияние избытка азида лития на выход и качество азида стронция изучали постановкой соответствующих опытов, в которых процесс проводили при температуре 65 °С и времени выдержки 2 ч. Избыток азида лития изменяли от 0 до 60 % от теории. В результате было установлено, что изменение избытка азида лития от 0 до 50 % от теории увеличивает выход азида стронция от 62,6 до 92,5 % от теории. Применение 60 %-ного избытка азида лития не дало значительного увеличения выхода азида стронция.

Следует отметить, что при использовании избытка азида лития 40 и 50 % азид стронция получается лучшего качества (содержание основного вещества 98,4... 98,7 %). Поэтому оптимальным условием является применение азида лития с избытком 50 % от теории.

Разработка способа получения азида стронция

165

Влияние продолжительности процесса на выход и качество азида стронция изучалось при использовании азида лития с избытком в 50 % от теории и температуре процесса 65 °С. Продолжительность выдержки изменяли от 1 до 4 ч.

Увеличение времени выдержки от одного до двух часов приводит к повышению выхода продукта на 5,5 %. Дальнейшее увеличение продолжительности процесса не оказывает существенного влияния на выход азида стронция. При времени выдержки 2 ч азид стронция получается несколько лучшего качества (содержание основного вещества — 98,7 %). Следовательно, оптимальное время выдержки — 2 ч.

Таким образом, оптимальными условиями получения азида стронция следует считать:

избыток азида лития — 50 % от теории; температура процесса — 65 °С; продолжительность выдержки — 2 ч.

Маточник при получении азида стронция по данному способу представляет собой раствор хлористого лития в метиловом спирте. Вследствие того что хлористый литий довольно дорогой продукт, то целесообразно использовать маточный раствор вновь, направляя его в реакцию получения азида лития. При удачном решении этого вопроса хлористый литий для получения азида стронция будет необходим лишь в начале процесса, а в дальнейшем придется компенсировать его механические потери. С этой целью были проведены опыты по использованию маточника без концентрирования (табл. 1) и с предварительной концентрацией путем отгонки определенного количества метанола (табл. 2).

Таблица 1

№ опыта Избыток Т, °С Время вы- Выход Содержание

1Ш3, % от держки, ч Бг^, % от основного

теории теории вещества, %

1 50 65 2 92,5 98,6

2 50 65 2 78,3 98,3

3 50 65 2 68,1 98,4

Таблица 2

№ опыта Избыток Т, °С Время вы- Выход Содержание

1Ш3, % от держки, ч Бг^, % от основного

теории теории вещества, %

1 50 65 2 92,5 98,3

2 50 65 2 87,5 98,1

3 50 65 2 72,3 98,3

Анализ полученных данных указывает на возможность многократного использования маточных растворов при получении азида стронция.

Экспериментальная часть

Получение раствора азида лития

В трехгорлую колбу, снабженную обратным холодильником, мешалкой и термометром, помещали 100 г (1,61 М) хлористого лития (ЫС1*Н20) и 500 мл мети-

лового спирта. После растворения хлористого лития присыпали 108,3 г (1,61 М) азида натрия с содержанием основного вещества 96,7 %. Реакционную массу нагревали на водяной бане до 65 °С и давали выдержку при этой температуре (с перемешиванием) 1 ч. Затем раствор охлаждали, отфильтровывали хлористый натрий и промывали его метиловым спиртом. 1 мл раствора содержит 0,136 г азида лития. Выход азида лития 92... 94 % от теории. Получение азида стронция

В трехгорлую колбу, снабженную обратным холодильником, мешалкой, термометром и капельной воронкой, помещали 68,2 мл 0,189 М раствора азида лития (избыток — 50 % от теории) и прикапывали за 30 мин раствор 10,15 г (0,063 М) безводного хлористого стронция в 55,7 мл метанола. Затем реакционную массу нагревали на водяной бане до 65 ° С и давали выдержку при этой температуре 2 ч. После окончания выдержки содержимое колбы охлаждали до комнатной температуры, выпавший осадок азида стронция отфильтровывали, промывали метанолом и сушили на воздухе. Выход азида стронция — 92,5 % от теории. Содержание основного вещества — 98,7 %.

Литература

[1] Багал Л.И. Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ. М., 1975.

[2] Brown H., Houben F. J. Am. Chem. Soc. 1911. 331732.

[3] Реми Г. Курс неорганической химии. М.: Иностр. лит., 1963. Т. I. 304 с.

[4] Справочник химика. М.: Госхимиздат, 1951. Т. 2.

Поступила в редакцию 22/IX/2011; в окончательном варианте — 22/IX/2011.

METHODS OF OBTAINING STRONTIUM AZIDE

© 2011 A.A. Mokrov, I.K. Kukushkin2

In this paper all the ordinary ways of obtaining strontium azide are discussed. A new and more appropriate method of obtaining strontium azide from sodium azide is introduced. The most effective conditions of this method are described.

Key words: alkaline earth metal azides, strontium azide, sodium azide, lithium azide.

Paper received 22/IX/2011. Paper accepted 22/IX/2011.

2Mokrov Alexander Alexandrovich (a2mokrovSmail.ru), Kukushkin Ivan Kupriyanovich (prof_kikamail.ru), the Dept. of Chemistry and Technology of Organic Nitrogen Combinations, Samara State Technical University, Samara, 443100, Russian Federation.