Телефон: +7 (383)-312-14-32

Статья опубликована в рамках: IV Международной научно-практической конференции ««Проба пера» ЕСТЕСТВЕННЫЕ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 12 февраля 2013 г.)

Наука: Химия

Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов


РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНОГО МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРАТОВ (VI) ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ


Казтаев Алимжан


Токбанов Бауыржан


класс 10, АОСКТЛИОЮ, г. Актобе, Казахстан


Агишева Алмагуль Абилкаировна


научный руководитель, канд. хим. наук, старший преподаватель, Актюбинский государственный педагогический институт, Казахстан


 


На основе анализа литературных данных, учета недостатков существующих методов получения ферратов [5, 4] был предложен электролитический метод анодного окисления железа и уточнены рабочие параметры соответствующей установки-электролизера [2]. Целью работы было создание несложного метода получения соединений шестивалентного железа, воспроизводимого в любой промышленной и научной лаборатории.


Как свидетельствуют литературные данные [3], ферраты аммония, меди, железа крайне неустойчивы, феррат калия (VI) более устойчив, чем феррат натрия (VI). Сухой феррат калия довольно стабилен — за двое суток стояния на воздухе следов разложения не наблюдается. Растворимость феррата калия сравнительно мала, при охлаждении раствора осадок можно отделить и высушить. Феррат натрия хорошо растворим. Сухая соль гигроскопична. Выделить ее из раствора достаточно сложно. Калийную соль при сушке можно промывать спиртом. Натриевая соль в этих условиях окисляет спирт.


Таким образом, получение феррата натрия связано с определенными сложностями. С другой стороны, малая растворимость феррата калия в холодных растворах ограничивает его использование в очистных сооружениях [1, 6]. Поэтому в соответствии с целью работы продуктом электролиза нами была выбрана натриевая соль шестивалентного железа. Известно, что газообразный хлор в щелочных растворах соединения железа (III) окисляет его до соединений железа (VI) — то есть до ферратов. Поэтому для более полного окисления железа в реакционный сосуд добавлялся хлорид натрия, при электролизе которого образовывался хлор.


По предлагаемой нами методике были взяты 1 литр дистиллированной воды, 150 граммов гидроксида натрия NaOH марки чда, 2 железных электрода (анод, катод), свинцово-кислотный аккумулятор и вольт-амперметр (мультиметр). В последующих опытах в электролит добавляли хлорид натрия марки хч массой 20 грамм.


В качестве электродов служили конденсаторные, аккумуляторные, трансформаторные пластины, металлический лом.


Время электролиза варьировалось от получаса до трех часов.


Сила тока составляла 2—15 Ампер.


Плотность тока 0,2—0,4 А/см2 и выше.


Качественное определение феррата (VI) натрия проводилось по наличию-отсутствию характерного фиолетового цвета раствора, по реакции вытеснения хлора из раствора концентрированной соляной кислоты, по обменной реакции с хлоридом бария.


Количественное определение выхода продукта заключалось в проведении обменной реакции 10 мл анолита с избытком 0,1 М хлорида бария, фильтровании образовавшегося темно-красного осадка феррата бария, промывании его спиртом, сушке на воронке Бюхнера водоструйным насосом и выдерживании в течении суток в вакуум-эксикаторе с последующим взвешиванием.


В процессе электролиза после подачи тока от анода начинают идти фиолетовые разводы, затем появляется устойчивое лёгкое фиолетовое окрашивание. Спустя пять минут окраска уже тёмно-фиолетовая в случае разделения анодного и катодного пространства. При этом в катодном пространстве можно наблюдать выделение пузырьков газа.


Анодный процесс: Fe0 + 8 OH- - 6e- = FeO42- + 4H2O


Катодный процесс: 2H+ + 2 e- = H2


Суммарно реакция выглядит так: Fe0+2NaOH+2H2O→Na2FeO4+2H2


После прекращения электролиза анолит был перелит в открытую емкость. При стоянии наблюдалось медленное выделение пузырьков газа — феррат натрия неустойчив. Идет реакция гидролиза, сопровождающаяся восстановлением железа и выделением кислорода.


 


4Na2FeO4 + 10 H2O = 8NaOH + 4Fe(OH)3 + 3O2


 


При разбавлении анолита водой разложение более заметно, поскольку появляются хлопья Fe(OH)3, фиолетовое окрашивание феррата превращается в ржавую окраску, и через 4 часа на дне посуды собирается осадок гидроксида железа (III). Разбавление щелочью стабилизирует феррат. Сухой феррат натрия выделить не удалось из-за быстрого разложения и высокой растворимости соли.


При приливании к анолиту концентрированной соляной кислоты выделяется хлор, который можно определить по резкому характерному запаху.


 


2Na2FeO4 + 16HCl = 3Cl2 + 4NaCl + 2FeCl3 + 8H2O


 


Обменной реакцией K2FeO4 с хлоридом бария был получен розово-коричневатый осадок нерастворимого феррата бария. Он более устойчив и был выделен фильтрованием и последующей сушкой.


Чтобы щелочь не поглощала из воздуха СО2 с переходом в карбонат и ускорением гидролиза, в последующем анолит содержался в колбе с притертой крышкой для ограничения доступа воздуха.


По результатам нескольких экспериментов были рассчитаны массы образовавшегося феррата натрия.


1)  m (BaFeO4)= 0,8013 г


Na2FeO4 — BaFeO4


166 г/моль — 257г/моль


Х г — 0,8013


Х= 0,5175г


m (Na2FeO4)анолит= 31,05 г


2)  m (BaFeO4)= 0,9763 г


Na2FeO4 - BaFeO4


166 г/моль — 257 г/моль


Х г — 0,9763


Х= 0,6300г


m (Na2FeO4)анолит= 37,8 г


3)  m (BaFeO4)= 0,8905 г


Na2FeO4 - BaFeO4


166 г/моль — 257 г/моль


Х г — 0,8905


Х= 0,5750 г


m (Na2FeO4)анолит= 34,5 г


Для обменной реакции анолит брался объемом 10 мл, объем анолита всего 600 мл. Учитывая это соотношение, была рассчитана масса синтезированного феррата натрия. Результаты показывают определенную сходимость (31,05 г; 37,8 г; 34,5 г).


По закону Фарадея масса феррата натрия:


 



m= 0,0002867x10800x15=46,450 г


 


Вычисленное значение отличается от рассчитанного аналитическим методом. Это связано с неустойчивостью продукта и высокой степенью его гидролиза, кроме того могут происходить неучтенные электродные процессы.


Таким образом, полученный щелочной раствор феррата натрия не подлежит длительному хранению и должен использоваться в течение четырех часов после приготовления. Осадки феррата бария, высаженные через 1 час после приготовления, приблизительно в четыре раза меньше по массе осадков, высаженных сразу после прекращения электролиза. В результате высокой окисляющей способности уже за 1 час феррат натрия в щелочном растворе разлагается на 25 %.


В результате проведенной работы был разработан новый анодный метод получения феррата натрия. Метод характеризуется использованием недорогих реактивов, металлического лома, подручных источников тока. Планируется продолжение данной работы для получения воспроизводимых результатов, усовершенствования конструкции электролизера и последующего предложения области его применения в зависимости от запросов потенциальных пользователей.


 


Список литературы:


1.Армоэс П., Хенце М., Лякурянсен Й., Арван Э. Очистка сточных вод // М.: Мир, 2004. — С. 20—60.


2.Казтаев А.Е., Дуйсен А.Б., Рахметова Г.Т., Агишева А.А. Перспективность получения соединений шестивалентного железа методом анодного окисления // Мат. II М-нар. интернет-конф. «Современные проблемы естественно-математического образования», Актобе, 2012. — С. 368—372.


3.Кокаровцева И.Г. Кислородные соединения железа (VI, V, IV) // Успехи химии. — 1972. — Т. 41. — С. 1978—1993.


4.Куликов Л.А., Юрченко А.Ю., Перфильев Ю.Д. Получение феррата (VI) цезия из металлического железа // Вестн. Моск.ун-та. Сер. 2 химия. — 1999. Том 40. — № 2. — С. 137—138.


5.Рылов Ю.Б., Дворецкий С.И. Разработка энергосберегающего процесса и аппаратурно-технологического оформления производства регенеративного продукта с ферратом (VI) калия // Вестник ТГТУ. 2012. Том 18. № 3. — С. 656—663.


6.Cтупин Д.Ю. Удаление Ni(II) из водных растворов в присутствии ЭДТА ферратом (VI) натрия // Журнал прикладной химии. — 2004. — № 8. — С. 1327—1330.

Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Комментарии (59)

# Damir 20.02.2013 02:00
Я думаю то что этот проект сделали очень умные люди так как проект потрясающий!
# Жанат 20.02.2013 02:11
Для молодых парней такого возраста, участвующих по олимпиаде по химии, это хорошие перспективы для дальнейших развитии науки Казахстана. Проект отличный!!!!
# Рустам 20.02.2013 02:18
Этот проект выполнен идеально ,сразу видно умные люди выполняли эту работу, работа не легкая за то потрясающая...Я думаю они в будущем принесут много чего для страны...
# Дармен 20.02.2013 02:27
Проект изумителен и шикарен! Нет слов. МОЛОДЦЫ!!!
# Арман 20.02.2013 02:30
очень грамотно,слов нет,думаю что сам Д.И Менделеев позавидовал бы этим двум парням,так держать ребята
# Фариза 20.02.2013 02:31
Проект сделан на таком высоком уровне,задеты важные вопросы именно по направлению химии. Бауыржан и Алимжан молодцы! ребята проделали такую огромную работу,они достойны похвалы!!!
# Марина 20.02.2013 02:32
Проект мне понравился!Молодцы ребята потрудились на славу!
# Ерсерик 20.02.2013 02:41
Эх если бы наши министры заметили этот проект, а не сидели в соц сетях.на ЭКСПО было бы участвовать на стыдно....
# Кирилл 20.02.2013 02:52
Проект супер! выполнен на отлично!
# Саламат 20.02.2013 02:58
Молодцы парни, так держать
# ZUKHRA 20.02.2013 03:01
Очень полезный проект.Выполнен по уму.Ребята постарались на славу!
# ZUKHRA 20.02.2013 03:02
Проект очень полезный. Выполнен по уму.Ребята постарались на славу!
# Ботагоз 20.02.2013 03:04
Проект отличный аж слов нет умные парни
# Евгения 20.02.2013 03:07
Очень грамотно написанная и отличная работа, молодец!
# Константин 20.02.2013 03:09
Красивый а главно точный проект!!!!!!!!!!!!
# Есет 20.02.2013 03:09
Неординарный метод не требующий больших расходов, мне понравилось!
# Айбек 20.02.2013 03:12
Молодцы ребята по работали на славу уважуха
# Aizhan 20.02.2013 03:13
хороший проект! сразу видно подошли к работе ответственно. молодцы! хорошо потрудились.
# Aizhan 20.02.2013 03:13
хороший проект! сразу видно подошли к работе ответственно. молодцы! хорошо потрудились.
# Альбина 20.02.2013 03:14
Мне нечего сказать!Проект изумительно хорош!
# Ерболсын 20.02.2013 03:14
По больше бы нам таких парней умных
# Rabiga 20.02.2013 03:15
несколько лет изучала химию, и могу сказать, что работа выполнена на высоком уровне, очень подробно описаны свойства ферратов. ребята провели хорошее исследование и сумели все грамотно изложить. молодцы, очень хороший доклад, сразу видно, что парни талантливые. если продолжат в том же духе, из них выйдут отличные специалисты в этой области
# ANARA 20.02.2013 03:16
Я думаю что это проект будущего!
# Arman 20.02.2013 03:18
Фриц Габер гордился бы вами,достойные ребята
# Эльмурат 20.02.2013 03:18
Мне очень понравился этот проект, работа выполнена на все 100%
# Жансая 20.02.2013 03:19
Вау!Я восхищаюсь этими ребятами.Отличный проект.Вами можно гордиться.
# Serik 20.02.2013 03:20
Хорошая интересная работа, молодцы парни, так держать! Не останавливайтесь на достигнутом!!!
# Кайрат 20.02.2013 03:21
Молодцы парни
# Laura 20.02.2013 03:32
Я хочу присоединица ко всем кто прокоментировал этот проект и хочу поздравить ребят!МОЛОДЦЫ!!!
# жанара 20.02.2013 03:37
хороший проект,молодцы.
# жанара 20.02.2013 03:40
хороший проект,молодцы ребята!
# Сания 20.02.2013 05:07
Поздравляю Ребята!Прочитав ваш научный доклад можно понять что материал был изучен глубоко,в нем были раскрыты все основные аспекты данного материала и затронуты все задачи для решения данной проблемы.Удачи вам!Вас ждет большое будущее в химии!
# Табынбаева К.Т. 20.02.2013 16:20
Интересная работа. Перспективное направление. В свете надвигающейся проблемы человечества связанной с продуктами его жизнедеятельности, учитывая значение ферратов, как наиболее мощных окислителей, широкий спектр областей его возможного применений (очистка бытовых и промышленных стоков, окисление токсичных химических веществ до малотоксичных продуктов и т.д.), ребятами внесен достойный вклад в создание простых, неэнергоемких и дешевых способов получения ферратов щелочных металлов.
# Айжанова Гульнара 20.02.2013 16:40
Статья представляет итог большой работы и выполнена на высоком научно-теоретическом уровне. Проведен анализ научной литературы, выполнены ряд экспериментов. Результаты исследования могут использоваться в различных отраслях народного хозяйства и имеют научно-практическое значение. Следует учесть, что итогом работы молодых ученых стал новый метод получения химического вещества, это очень важно с точки зрения развития казахстанской науки. Желаю ребятам успехов в нелегком научном труде. Не останавливайтесь на достигнутом. Великих открытий в научных областях!
# Гульхашима 20.02.2013 16:56
Будучи сильными окислителями ферраты легко окисляют органические загрязнения(имеют антисептическое действие)и меня радует( как геолога),что молодое поколение занимается необходимым (для народа) полезными изыскательскими работами.
# Ильтузиров Б.Б. 20.02.2013 17:00
Очень подробное и доступное изложение информации. По образованию я не химик, но даже я понял в чем перспективы данного метода. Желаю дальнейших успехов и достижения планируемого улучшения метода!
# Сауле 20.02.2013 17:26
Молодыми начинающими учеными школьного возраста изучена очень серьезная и актуальная в современном мире тема. В условиях загрязнения окружающей среды, земельных и водных ресурсов, изучение и открытие новых возможностей использования ферратов может иметь очень ценное практическое применение. Статья носит эмпирический характер, структурно содержит все необходимые элементы и выполнена на достаточна высоком уровне. Хотелось бы пожелать авторам статьи - успехов, а жюри – поддержать и мотивировать Казтаева Алимжана и Токбанова Бауыржана победой на продолжение начатых экспериментов и научных открытий!!!
# Нургуль 20.02.2013 17:30
Очень интересная работа, радует, что молодое поколение проявляет интерес и новаторские способности. Желаю удачи в улучшении метода, не останавливаться на достигнутом. Успехов!!!
# Светлана 20.02.2013 19:00
Проведена глубокая исследовательская работа. Предлагается соверешенно новый метод получения феррата натрия, вдобавок недорогой метод, что может дать при промышленном применении принести хороший экономический эффект.Проект очень актуален ввиду важности применения ферратов щелочных металлов, к примеру, для очистки сточных вод. Обычно для этих целей применяется токсичный хлор. Именно ферраты щелочных металлов являются нетоксичным, эффективным методом очистки.Тем актуальнее данная разработка. Ценностю данной работы является глубина изучения вопроса, строго научный и детальный подход к изучению вопроса, а также возможность дальнейшего развития направления. Поздравляю авторов работы. Успехов и новых побед!
# Талгат 20.02.2013 19:02
Материал привлекает внимание своей актуальностью, альтернативой и достаточностью формата для изложения своей исследовательской мысли в рамках школьного проекта. При дальнейшей разработке темы и аналитике экономической эффективности проекта, имеет по моему мнению, потенциал прикладного характера научных работ в областях промышлености, связанных с добычей ферросплавов, производства изделий радиоэлектроники и химии. Приятно осознавать наличие и проявление пытливого ума и творческого мышления у данных участников, показывающее преемственность поколений в научной и исследовательской деятельности.
# Aziya 20.02.2013 19:26
Молодцы ребята!!!! В таком юном возрасте....Это похвально,,,,
# Светлана 20.02.2013 21:22
Проведена глубокая исследовательская работа. Предлагается совершенно новый метод получения феррата натрия, вдобавок недорогой метод, что может при промышленном применении принести хороший экономический эффект.Проект очень актуален ввиду важности применения ферратов щелочных металлов, к примеру, для очистки сточных вод. Обычно для этих целей применяется токсичный хлор. Именно ферраты щелочных металлов являются нетоксичным, эффективным методом очистки.Тем актуальнее данная разработка. Ценностью данной работы является глубина изучения вопроса, строго научный и детальный подход к изучению вопроса, а также возможность дальнейшего развития направления. Поздравляю авторов работы. Успехов и новых побед!
# Гаухар 20.02.2013 21:48
Поздравляю ребят с отлично проделанной работой! Очень важное и перспективное направления, как для науки, для и для народного хозяйства. Глубоко, со знанием дела освещен вопрос получения ферратов щелочных металлов. Хочется пожелать юным ученым новых побед на благо прогресса науки!
# Акмарал 20.02.2013 22:45
Несомненной заслугой является глубокая и качественная проработка исследователями имеющихся по данной проблеме научных источников, умелая опора на них в процессе раскрытия темы и грамотное использование отдельных материалов. Молодцы ребята успехов Вам!
# Урумбай 20.02.2013 23:00
Актуальность данной статьи не вызывает сомнений. Проделана хорошая исследовательская работа, грамотно использованы материалы, раскрыта тема. Поздравляю авторов работ, желаю успехов и не останавливаться на достигнутом
# Алимжан 21.02.2013 00:58
Офигенная работа! Просто супер! Молодцы!! Так держать!
# erzhan 21.02.2013 01:43
Проведена глубокая исследовательск ая работа. Предлагается соверешенно новый метод получения феррата натрия, вдобавок недорогой метод, что может дать при промышленном применении принести хороший экономический эффект.Проект очень актуален ввиду важности применения ферратов щелочных металлов, к примеру, для очистки сточных вод. Обычно для этих целей применяется токсичный хлор. Именно ферраты щелочных металлов являются нетоксичным, эффективным методом очистки.Тем актуальнее данная разработка. Ценностю данной работы является глубина изучения вопроса, строго научный и детальный подход к изучению вопроса, а также возможность дальнейшего развития направления. Поздравляю авторов работы. Успехов и новых побед!
# Элеонора 21.02.2013 02:33
Радует, что в наше время еще есть молодежь, которое еще занимается научными изысканиями. Хотелось бы пожелать Алимжану не останавливаться и стать ученым мирового масштаба. Надеюсь, что твоя работа будет оценена по достоинству. Удачи!
# Aigerim 21.02.2013 04:41
Alimjan molodec. . .4estno priznayus' ne 4itala,no iskrenne rada 4to u nas est' pokolenie stremyaweesya v u4enyi svet buduwego =) UDA4I!!! my verim v tebya!
# Кыдырбек-улы А.Б. 21.02.2013 15:02
Представленное исследование имеет несомненную атуальность, так как является изысканием в области гидрометаллургии, представляющей альтернативной существующим способам добычи полезных ископаемых и пирометаллургическим процессам. И это на уровне школы!Дальнейшая работа в этом направлении позволит изыскать новые эффективные методы гидрометаллургии и электролиза. Отрадно что казахстанская наука вновь возрождается, а творческий потенциал страны закладывается и именно уже со школьной скамьи.

Страницы

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом