Получение NaNO₃  

designer & tester *FLAMIN*

Нитрат натрия образуется согласно следующему уравнению (общий вид): 

Na₂CO₃ + 2NH₄NO₃ = 2NaNO₃ + (NH₄)₂CO₃

При т-ре <58°С кристаллический (NH₄)₂CO₃  разлагается по следующему уравнению: 

(NH₄)₂CO₃ = H₂O + CO₂ + 2NH₃

В результате реакции получается раствор карбоната аммония, который полностью разлагается при 70°С с выделением H₂O + CO₂ + NH₃   

(NH₄)₂CO₃ (крист.)  весьма неустойчив и уже при 20°С начинает разлагается с образованием NH₃        NH₄НСO₃   и NH₄СО₂NH₂ (карабаминат аммония). 

При нагревании, карбаминат аммония переходит в  (NH₄)₂CO₃   :  

NH₄СО₂NH₂  + H₂O = (NH₄)₂CO₃ 

Аммиак препятствует гидролизу NH₄СО₂NH₂ и переходу его в (NH₄)₂CO₃ 

Давление разложения (NH₄)₂CO₃ (кПа): 

7,859 (25,4°С);  37,03 (45°С); 108,56 (59,3°С); 

Растворимость в воде (г. в 100г. H₂O) : 21 (20°С);  27(30°С);  36,6 (40°С); 

Выше 40°С в водных растворах (NH₄)₂CO₃  начинает бурно разлагаться.

...Таким образом, суммарное уравнение реакции можно представить так: 

Na₂CO₃ + 2NH₄NO₃ = 2NaNO₃ + H₂O + CO₂ + 2NH₃

В результате, в реакционной массе после прохождения реакции остаётся только концентрированный раствор NaNO₃

Аммиак из смеси NH₃ + CO₂ можно улавливать. Но это ведёт к усложнению аппаратной схемы (поэтому я этого не делаю).

Общие рекомендации таковы:

1.     Производится развеска компонентов.

2.     Далее, они растворяются в горячей воде.

3.     Полученные насыщенные растворы фильтруются.

4.     После этого всё быстро сливается в большую реакционную колбу  (хороша на 3-5л)

При этом, объём реакционной массы не должен превышать 50%  от ёмкости колбы.

При 20°С реакция начинается немедленно, сразу начинает выделяться аммиак.

При крупнотоннажном производстве рекомендую приобрести цилиндрический жбан

из нержавейки с приваренным к торцу широким патрубком. Удобнее и надёжнее J.

5.  Колба со смесью подогревается (тяга!)

Нагрев должен быть постепенным, наличие кипелок – обязательно. Во время прохождения реакции ничего не добавляйте в реакц.массу (это относится и к кипелкам). Постоянно контролируйте ход реакции, если необходимо, корректируйте её уменьшая или увеличивая нагрев. Если перегреть смесь, то реакция выйдет из - под контроля, масса сильно вспенится и… Будьте сторожны!

Т-ра кипения насыщенного водного раствора NaNO3   119°С

Т-ра плавления NaNO3   306,6°С ; r 2,26 г/см ³ .

Выше 380°С  NaNO3  начинает разлагаться до NaNO2 и O2

Конечные продукты разложения - Na2O, NO2 + NO, O2 (в небольшом количестве – N2).

Растворимость нитрата натрия при 25°С  (г/100 г. органического растворителя) : 

этанол - 0,036 г., метанол – 0,41 г., пиридин – 0,35 г.

Если реагенты сильно загрязнены (а как же иначе?) то необходимо растворить их в минимальном количестве горячей воды (желательно предварительно её прокипятить, чтобы удалить соли кальция) дать раствору немного отстояться, затем профильтровать. Это необходимо для того, чтобы реакционная масса была достаточно прозрачной, т.к. окончание реакции определяется визуально (по исчезновению белой мути карбоната натрия и по прекращению выделения пены и маленьких пузырьков).

И хотя в дальнейшем, для определения окончания реакции можно (нужно) пользоваться таймером,  лучше профильтровать всё сразу, нежели потом изводить время на бесконечные перекристаллизации полученного продукта и отскребание грязи со всей посуды. Для ускорения фильтрации мною был сконструирован следующий девайс:

Берётся РЕТ- бутылка скажем, на 2 л, в неё вставляется клапан.

(он нужен для закачивания газа внутрь).

Рабочее давление  – до 2 Атм (рекомендую поэкспериментировать).

В крышке сверлятся небольшие отверстия.

  Фильтрующий элемент – отрезок пластиковой трубки,  внутри которой находится прессованная вата (вискозная или стеклянная), кружки фильтроткани – для грубого или плотная фильтровальная бумага – соответственно, для тонкого фильтрования. Рекомендую располагать

вышеуказанные материалы слоями (самый плотный снизу), иначе фильтр быстро забьется. 

Температура заливаемого раствора до 80°С.

(Полезно дать ему отстояться несколько минут).

Вместо пластиковой бутылки лучше брать алюминиевый корпус от старого сифона. При должном подходе из него получится хороший фильтровальный агрегат. Т-ра заливаемого раствора может быть повышена до 100 - 140ºС,

а давление газа – до 6-10 Атм  (см. маркировку на днище баллона).

Чтобы после фильтрования не оставался грязный раствор, можно немного доработать фильтр-крышку: 

В случае, если объём фильтруемого раствора не превышает 1 л., можно сделать так.

Берётся пластиковый или алюминиевый контейнер из-под зубной пасты, вскрывается и тщательно промывается горячей водой. Далее, необходимо его выровнять. Это удобно делать изнутри деревянной палкой квадратного или  цилиндрического сечения. После этого берётся вискозная (для агрессивных растворов – минеральная) вата (1), легко сминается и набивается внутрь при помощи проволоки с U-образным концом.

Теперь можно фильтровать.

Температура заливаемого раствора зависит от материала "воронки".

Для алюминиевой она, конечно же, выше.

Данный метод подходит для т.н. грубого фильтрования, но этого во многих случаях достаточно. Применяю его в основном, для очистки раствора KNO3  от примесей. Фильтрат получается прозрачным, а кристаллы из него – большие и красивые J.

Если раствор сильно загрязнён, то фильтрат получается немного мутным, но это заметно, когда

он постоит примерно сутки и муть осядет на дно.

Конечно, можно фильтровать и под вакуумом… если он есть …J  

Итак, реакция закончилась. Теперь надо выделить продукт из раствора. Это лучше всего сделать старым добрым способом – выпариванием.

Причём, здесь есть свой тонкости. Поле того, как из раствора испарится энное количество воды, он превратится в вязкий плав, который будет противно булькать и разбрызгиваться. Поэтому, выпаривать раствор надо в посуде с высокими стенками

(желательно из нержавеющей стали или алюминия). Если в качестве источника тепла

используется что-то вроде электроплиты (оптимально), плитки или плиточки J, то желательно, чтобы днище посудины как можно плотнее прилегало к нагревательному элементу и было больше его диаметра на ~ 1 см.

Я использую для этого старый чайник. Результатами доволен.

При выпаривании желательно поддерживать уровень раствора высотой  ~ 2-3см., доливая его по мере испарения воды.

Резюме: данный способ удобен для получения больших объёмов ( > 0,5 кг.)  NaNO3  (кристаллического или безводного) при наличии кучи грязных реактивов.

Но вот, ко всеобщей зависти, долгожданные белоснежные кристаллики получены.

На этом можно и остановиться. Но если Вы настоящий экстремал и не боитесь спать под открытым небом, тогда продолжим…

Если Вам не нравится, что:

► Кристаллики занимают большой объём (при нынешних проблемах с жилплощадью это актуально);

► Могут содержать примесь нитрата аммония, отчего они становятся более гигроскопичными и быстрее слёживаются;

► …или непрореагировавшие между собой Na₂CO₃ + 2NH₄NO₃ ;

► …или адсорбированную влагу;

…То можно сделать так: нагреть кристаллики нитрата натрия до плавления, выдержать расплав при т-ре ~ 310°С и затем вылить его в подогретую металлическую форму (из алюминия или нержавеющей стали. Можно и железную).

После кристаллизации расплава образуется компактная твёрдая белая масса, которая после непродолжительного охлаждения (ещё теплой) вынимается из формы (в процессе кристаллизации происходит усадка, и литой блок вынимается довольно легко) расфасовывается в тару для хранения или сразу же используется для приготовления чего Вы там задумали. 

Т-ра плавления NaNO3   306,6°С ; r 2,26 г/см³ .

В то же время, температура кипения NH₄NO₃  составляет 235°С

NaNO3 начинает разлагаться до NaNO2 и O2  при температуре < 380°С

В интервале 200-270°С нитрат аммония начинает разлагаться:

NH₄NO₃ → N2O + 2H2O + 36,8 кДж/моль

причём, при т-ре < 270°С (резкий нагрев) может разлагаться со взрывом: 

NH₄NO₃ → N2 + 0,5O2  + 2H2 O + 112,6 кДж/моль. 

Как видите, температурный интервал между плавлением и началом разложения NaNO3 достаточно велик.

Общие рекомендащии:

1.  Приготовьте средства пожаротушения (сухой песок).

2.  Соблюдайте осторожность при работе с расплавом (плексигласовая маска, кожаные перчатки). Не допускайте его контакта с органикой во избежание её воспламенения.  Убедитесь, что в продукте, подлежащем переплавке, отсутствуют какие бы то ни было органические примеси (текстильные волокна, древесные опилки, и т.п.) иначе…

3.  После того, как кристаллы расплавятся, расплав должен быть выдержан при т-ре ~ 310°С (тяга!). Критерием его готовности служит прекращение выделения газовых пузырьков. Расплав должен быть прозрачным. Допускается присутствие небольшого количества маленьких пузырьков на стенках плавильной ёмкости.

5.     Для получения небольших количеств плавлёного нитрата натрия можно использовать широкогорлую колбу Эрленмейера на 500 мл. (Начинать эксперименты рекомендую именно с неё). В принципе, если у Вас есть чистые Na₂CO₃ + NH₄NO₃  можно поступить проще:

1.     Необходимо размолоть реагенты (чем мельче, тем лучше) и тщательно их перемешать.

2.     Полученную смесь нагревать (перемешивая!) под тягой до тех пор, пока она не перестанет вспучиваться, пениться и превратится в прозрачный, подвижный расплав без всплывающих в нём мелких газовых пузырьков.

3.     Расплав выдержать при т-ре ~ 310°С (см. выше).

Резюме: данный способ удобен для получения небольших объёмов безводного NaNO3 Реакцию удобно проводить в широкогорлой колбе Эрленмейера.   Вследствие напряжённого температурного режима, в котором она работает, целесообразнее использовать тигли из алюминия, нержавеющей стали или железа (после предварительного воронения в расплаве NaNO3).

Когда кристаллы нитрата натрия расплавятся, расплав будет непрозрачным и из него будут выделяться газовые пузырьки. Это реагируют между собой остатки соды и селитры. Подобное "кипение" может продолжаться довольно долго (0,5 - 1 час и более) и зависит от допущенных погрешностей при развеске реагентов. Как показала практика, нет необходимости дожидаться полного прекращения реакции в расплаве. Для большинства рецептов вполне подойдёт и это. Выдерживать расплав более часа, на мой взгляд, бессмысленная трата энергоресурсов. При литье такой массы в форму образуется не сплошной, а пористый блок, что облегчает его последующее дробление. В общем, ничего особенного. Прессованная эквимолярная смесь угольного порошка и полученного таким способом нитрата натрия при поджигании горит хорошо (тушить бесполезно J).

*FLAMIN*2003

Назад на http://www.pirotek.info - изготовление пиротехники и взрывчатые вещества, бомбы и СВУ

Продажа автозапчастей для грузовых грузовых иномарок . Магазин запчастей.