Синтез та властивості натрій тіосульфату

Работа из раздела: «Химия»

ДІПРОПЕТРОВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ О. ГОНЧАРА

Факультет Фізичної та неорганічної хімії

КУРСОВА РОБОТА

З неорганічної хімії

на тему: Синтез та властивості натрій тіосульфату

м. Дніпропетровськ, 2015 р.

Зміст

Вступ

1. Літературний огляд

1.1 Загальні властивості натрій тіосульфату

1.2 Історія відкриття натрій тіосульфату

1.3 Будова молекули та її вплив на властивості Na₂S₂O

1.4 Хімічні властивості натрій тіосульфату

1.4.1 Взаємодія з кислотами

1.4.2 Окисно-відновні властивості натрій тіосульфату

1.4.3 Утворення комплексів тіосульфатів

1.5 Застосування натрій тіосульфату

1.6 Загальні основи одержання натрій тіосульфату

1.6.1 Сульфітний метод

1.6.2 Полісульфідний метод

1.6.3 Миш'яково-содовий метод

2. Експериментальна частина

Висновки

Список використаної літератури

Додатки

Вступ
Натрій тіосульфат займає особливе місце серед похідних тіосульфатів. Насамперед розчин цієї солі використовується у медицині в якості лікарського засобу дезинтоксикаціонної і антигістамінної дії. Застосування тіосульфату натрію в промисловості та побуті засноване, головним чином, на його здатності легко окислюватись, тобто діяти в якості відновника, а також на здатності приєднувати до себе багато речовин, з якими він утворює комплексні солі.
Натрій тіосульфат застосовують на шкіряних заводах, для відновлення хромової кислоти, що знаходиться в шкірі; в текстильній і паперовій промисловості для відбілювання матеріалу; в кіно- фото промисловості - у якості фіксажу (закріплювача) для фотографій, щоб розчинити бромисте або йодисте срібло, в харчовій промисловості зареєстрований в якості харчової добавки E539. Також використовується у якості протиотрути при отруєнні: As, Br, Hg та іншими важкими металами, ціанідами, може використовуватися як середовище для визначення молекулярних ваг по зниженню точки замерзання, а також в якості відновника при багатьох хімічних процесах.
Таким чином синтез натрій тіосульфату та дослідження його властивостей є дуже важливим, у зв'язку з широкими перспективами його практичного застосування.
натрій тіосульфат хімічний кислота
1. Літературний огляд
1.1 Загальні властивості натрій тіосульфату
Натрій тіосульфат (натрій гіпосульфіт) - динатрієва сіль тіосірчаної кислоти.
За зовнішнім виглядом - це безбарвні кристали. Кристалічна форма - моноклінна. Натрій тіосульфат на повітрі стійкий до 80 °C, при нагріванні у вакуумі при 300 °C розкладається на сульфіт натрію і сірку. Добре розчинний у воді. При 11-48 °C з води кристалізується у вигляді пентагідрату Na₂S₂O₃·5H₂O. Крім пентагідрату натрій тіосульфату нам відомі також і декагідрат натрій тіосульфату, який має формулу: Na₂S₂O₃·10H₂O. Кристалогідрати іншої молекулярної формули для натрій тіосульфату не виявлені.
Натрій тіосульфат проявляє відновні властивості. Молярна маса речовини дорівнює 158,11 гмоль. Молярна маса пентагідрату натрій тіосульфату становить 248,17 гмоль. Щільність1,667 г
Розчинність в 100 грамах холодної води становить 66,7 г, а в гарячій воді 266 г. [11]. Натрій тіосульфат розчинний в аміаку, водних розчинахSO₂, слабо розчинний у спиртах (етанолі).
При 48,5 °C плавиться в своїй кристалізаційній воді, зневоднюється близько 100 °C.
1.2 Історія відкриття натрій тіосульфату
Ім'я та час відкриття тіосульфату натрію нам не відомі. У всякому разі в історії хімії про це не згадується. Але наприкінці XVII і на початку XVIII століття, за часів правління Петра І в списках Аптекарського наказу ми зустрічаємо цю речовину.
Тому можна зробити висновок, що тіосульфат натрію був відкритий на початку або, що більш імовірно, наприкінці XVII століття. У ті часи найбільш розвиненою школою алхімії володіла Німеччина і Франція. Можна припустити, що честь відкриття тіосульфату натрію може належати одному з чільних ядрохіміков другої половини XVI початку XVII століття - Андреасу Лібава, який займався вивченням властивостей сірчаної кислоти та її застосування в медицині. Вже тоді натрій тіосульфат вживали при отруєннях. Він виводить з організму отруйні солі важких металів (ртуті, свинцю, міді, кобальту, кадмію), а також сполуки миш'яку, переводячи їх в малорозчинні та нешкідливі сульфіди і сульфати. Крім того, гіпосульфіт знімає часті головні болі, дратівливість, стомлюваність, порушення сну, загальну слабкість і усуває ламкість нігтів. Можна з його допомогою також лікувати гнійні рани.
Подальше згадка про натрій тіосульфат пов'язане з ім'ям Джона Гершеля. У 1819 році Джон Гершель відкрив розчинну дію натрій тіосульфату на галоїдне срібло, тобто сучасний спосіб фіксації фотографічних зображень.
1.3 Будова молекули та її вплив на властивості Na2S2O3
Розглянемо будову молекули натрій тіосульфату. Натрій тіосульфат Na₂S₂O₃ містить у своїй молекулі іон тіосульфітної кислоти складу S₂O₃^2-. За будовою іон тіосульфату близький до іона: SO₄^2- тетраедр [SO₃S] трохи спотворений через більшу довжину зв'язку S - S (1,97А)порівняно зі зв'язком S - O (1,48А). Раніше вважалося, що будова натрій тіосульфату буде таким як на рисунку 1.1:
Рис. 1.1. Будова молекули натрій тіосульфату
Але у зв'язку з проведеними ренгеноструктурними та іншими дослідженнями будови тіосульфатів, були отримані дані, що в іоні тіосульфатів всі хімічні зв'язки рівноцінні між собою. Тому будову іона можна зобразити так як він показаний на рисунку 1.2:
Рис. 1.2. Будова іона натрій тіосульфату
Але в більшості випадків при розгляді властивостей натрій тіосульфату продовжують використовувати його стару структуру, з деякою часткою допущення вважаючи, що атоми сірки в молекулі натрій тіосульфату володіють різним ступенем окислення. У зв'язку з наявністю атомів сірки зі ступенем окислення 0 і +4 іон володіє відновними властивостями.
1.4 Хімічні властивості натрій тіосульфату
Натрій тіосульфат можна віднести до досить нестійких речовин. При нагріванні до 220 °C він розпадається згідно схеми:
4Na₂S₂O₃ = 3Na₂SO₄ + Na₂S₅
Na₂S₅ = Na₂S + 4S
В реакції термічного розкладання натрій тіосульфату ми бачимо отримання натрій полісульфіду, який також далі розкладається на сульфід натрію і елементарну сірку.
1.4.1 Взаємодія з кислотами
Виділити тіосульфітну кислоту H₂S₂O₃ реакцією натрій тіосульфату з сильною кислотою неможливо, так як вона нестійка і відразу ж розкладається:
Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = H₂S₂O₃ + Na₂SO₄
H₂S₂O₃ = H₂SO₃ + S
H₂SO₃ = H₂O + SO₂
В таку ж саму реакцію буде вступати і хлоридна і нітратна кислоти. Розкладання супроводжується виділенням SO₂, який має неприємний запах і подразнює слизові оболонки дихальних шляхів, що вимагає обережного поводження з ним.
1.4.2 Окисно-відновні властивості натрій тіосульфату
У зв'язку з наявністю атомів сірки зі ступенем окислення 0 іон тіосульфату S₂O₃^2- володіє відновними властивостями, наприклад, слабкими окиснювачами (I₂, Fe³⁺) тіосульфат окислюється до іона тетратіоната:
2S₂O₃^2- + I₂ = S₄O₆^2- + 2I^-
Наведена реакція є дуже важливою, оскільки служить основою йодомерії. Слід зазначити, що в лужному середовищі окислення тіосульфату натрію йодом може йти до сульфату.
А більш сильні окисники окиснюють його до сульфат - іона:
S₂O₃^2- + 4Cl₂ + 5H₂O = H₂SO₄ + 8H⁺ + 8Cl^-
У зв'язку з використанням в останній реакції раніше тіосульфат називали 'антихлором'.
Сильними відновниками іон S₂O₃^2- відновлюється до похідних S^2-:
14OH^- + 3S₂O₃^2- + 9H₂O + 8Al = 6S^2- + 8[Al(OH)₄]^-
Як видно з наведених реакцій, залежно від умов, натрій тіосульфат може проявляти як окисні, так і відновні властивості.
1.4.3 Утворення комплексів тіосульфатів
Тіосульфат-іон - сильний комплексоутворювач, що використовується у фотографії для видалення з фотоплівки невідновленого броміду аргентума:
AgBr + 2Na₂S₂O₃ = Na₃[Ag(S₂O₃)₂] + NaBr
2AgBr + 3Na₂S₂O₃ = Na₄[Ag₂(S₂O₃)₃] + 2NaBr
Відзначимо, що металами S₂O₃^2-іон координується через атом сульфуру, тому тіосульфатні комплекси легко перетворюються у відповідні сульфіди, наприклад:
[Ag(S₂O₃)₂]^3- + H⁺= Ag₂S
Існують тіосульфатні комплекси багатьох металів. У літературі описано наявність близько 40 комплексних сполук з багатьма важкими металами. Наведені константи нестійкості комплексних іонів, де комплексоутворюючим іоном виступають атоми срібла, барію, кальцію, кадмію, кобальту, міді, заліза, ртуті, марганцю, магнію, натрію, нікелю. Для багатьох важких металів такі комплексні сполуки є надзвичайно стійкими і з їх допомогою можна виводити важкі метали з організму при отруєнні ними. Нижче, в таблиці 1 наведені значення деяких констант нестійкості комплексних іонів, які містять у своєму складі іон тіосульфату:
Таблиця 1. Значення констант нестійкості комплексних іонів

Формула іони	Константа	Формула іони	Константа

Зі значень констант нестійкості комплексів можна зробити висновок, що особливо стійкими будуть комплекси, які включають іони ртуті.
1.5 Застосування натрій тіосульфату
Натрій тіосульфат досить широко застосовується як в побуті так і в промисловості. Основними областями застосування натрій тіосульфату будуть медицина, текстильна і гірничорудна промисловість, фотографія.
Натрій тіосульфат в текстильній і паперовій промисловості використовується для видалення залишків хлору після відбілювання тканин і паперу, при виробництві шкіри його використовують як відновника хромової кислоти.
У гірській промисловості натрій тіосульфат застосовують для вилучення аргентуму з руд з низькою концентрацією аргентума. Комплексні сполуки срібла з тіосульфатом є досить стабільними, у всякому разі більш стабільними ніж комплексні сполуки з фтором, хлором, бромідами, роданідами. Тому виділення аргентума у вигляді розчинного комплексної сполуки складу Na₅[Ag(S₂O₃)₄] або Na₃[Ag(S₂O₃)₂] є промислово вигідною. Проходять роботи по застосуванню Na₂S₂O₃ при видобутку золота. Але в даному випадку константа нестійкості комплексної сполуки значно вище і комплекси менш стабільні в порівнянні зі срібними.
Першим застосуванням натрій тіосульфату була медицина. І досі Na₂S₂O₃ не втратив свого значення в медицині. Щоправда, для лікування багатьох захворювань вже знайдені інші, більш ефективні ліки, тому тіосульфат натрію почали більш широко використовувати у ветеринарії. Натрій тіосульфат в медицині використовують як антидот при отруєнні миш'яком, ртуттю та іншими важкими металами, ціанідами (переводить їх у роданіди):
Na₂S₂O₃+ CN^- = SCN^- + Na₂SO₃
Як було сказано вище тіосульфат-іон створює стабільні комплексні сполуки з багатьма металами, серед яких багато токсичних важких металів. Створені комплексні сполуки є малотоксичними та швидко виводяться з організму. На цій особливості тіосульфату натрію і засновано його застосування в токсикології та лікуванні отруєнь.
Також натрій тіосульфат використовують для дезінфекції кишкового тракту при харчових отруєннях, для лікування корости (спільно з соляною кислотою), як протизапальний і проти опіковий засіб.
Натрій тіосульфат широко використовують в аналітичній хімії, оскільки він є реактивом в йодометрії. Йодометрія є одним з методів кількісного визначення концентрацій речовин і для визначення концентрації йоду використовують окисно-відновну реакцію з натрій тіосульфатом:
2Na₂S₂O₃ + I₂ = 2NaI + Na₂S₄O₆
І останнім досить поширеним застосуванням натрій тіосульфату є його використання як фіксажу у фотографії. І хоча звичайна чорно-біла фотографія вже поступилася місцем кольоровий і звичайна фотоплівка використовується досить рідко, в чому поступаючись цифрової фіксації зображення, є досить багато місць, де досі використовують фотопластини і фотоплівку. Як приклад можна привести рентгенівські апарати, як медичного застосування, так і промислові, наукову апаратуру, фото телескопи.
Для того, щоб ми отримали фотографічне зображення достатньо, щоб проявилося близько 25% арґентум броміду в фотоплівці. А вся інша його частина залишається в фотоплівці і зберігає свою світлочутливість. Якщо фотоплівку після прояву винести на світло, то чи не виявлену галогенне срібло, яке залишилося в ній проявиться і негатив потемніє. Навіть якщо весь проявник буде вимитий, то на світлі негатив, так чи інакше, потемніє через розкладання аргентум галогеніду.
Щоб зберегти зображення на плівці, не виявлений аргентум галогенід з неї треба видалити. Для цього використовують процес фіксації зображення, під час якого арґентум галогеніди переводять в розчинні сполуки і вимивають з фотоплівки або фотографії. Для фіксування зображення і використовують натрій тіосульфат.
Залежно від концентрації натрій тіосульфату в розчині утворюються різні сполуки. Якщо в розчині фіксажу міститься невелика кількість тіосульфату, то реакція протікає згідно рівняння:
2AgBr + Na₂S₂O₃ = 2NaBr + Ag₂S₂O₃
Отриманий арґентум тіосульфат не розчинний у воді, тому його складно виділити з фотоплівки, він досить нестійкий і розкладається з виділенням сульфатної кислоти:
Ag₂S₂O₃+ H₂O = H₂SO₄ + AgS
Аргентум сульфід надає зображенню чорного кольру і його неможливо видалити з фотоплівки
При наявності в розчині надлишку натрій тіосульфату будуть утворюватися комплексні солі аргентуму:
AgBr + Na₂S₂O₃ = Na[Ag(S₂O₃)] + NaBr
Отримана комплексна сіль Na[Ag(S₂O₃)] - натрій тіосульфатоаргентат досить стійка, але погано розчинна у воді.
При великому надлишку тіосульфатів в розчині утворюються складні і добре розчинні у воді комплексні солі аргентуму:
AgBr + 2Na₂S₂O₃ = Na₃[Ag(S₂O₃)₂] + NaBr
2AgBr + 3Na₂S₂O₃ = Na₄[Ag(S₂O₃)₃] + 2NaBr
На цих властивостях натрій тіосульфату і засновано його застосування як фіксажу для фотографій.
1.6 Загальні основи одержання натрій тіосульфату
Існує багато методів отримання натрій тіосульфату виробниче значення мають головним чином наступні:
* сульфітний метод: Na₂SO₃ + S = Na₂S₂O₃;
* гідросульфідний метод: 2NaSH + 4NaHSO₃ = 3Na₂S₂O₃+CO₂;
* сульфідний метод: 2Na₂S + Na₂CO₃ + 4SO₂ = 3Na₂S₂O₃+CO₂;
* сірководневий метод: 2H₂S + 2Na₂SO₃ + 2NaHSO₃= 3Na₂S₂O₃+ 3H₂O;
*дисульфідний (полісульфідний) метод:
2Na₂S₂ + 6NaHSO₃ = 5Na₂S₂O₃ + 3H₂O
Крім того, натрій тіосульфат виходить в якості побічного продукту у виробництві гідросульфіту і при очищенні промислових газів від сірки. Його можна отримувати також сульфатним методом, використовуючи Na₂SO₄.
Механізм утворення тіосульфату був предметом багато чисельних досліджень. Висловлювалися припущення, що в будуванні сульфоксильної тіосульфідної та політіонової кислоти бере участь монооксид сірки.
На цій підставі механізм утворення тіосульфату при отриманні його гідросульфідним методом виявляється таким. Спочатку гідросульфід, взаємодіючи з бісульфітом, утворює в якості проміжного продукту тіосульфітну кислоту:
SH^- + HSO₃^- = S₂O₃^2- + H₂O
Іони водню, що з'являються внаслідок дисоціації бісульфіту 3HSO₃^-=3SO₃²+ 3H^+-вступають в реакцію з новою кількістю гідросульфіду і з тіосульфатною кислотою, утворюючи елементарну сірку:
SH^-+S₂O₃ + 3H⁺ = 3S + 2H₂O
Сірка яка виділяється в активному стані реагує з сульфітом, утворюючи тіосульфат:
3SO₃^2- + 3S = 3S₂O₃^2-
Сумарне рівняння процесу:
2SH^-+ 4HSO₃^- = 3S₂O₃^2-+ 3H₂O
При відношенні SH^-:HSO₃^- = 1:2, в результаті проміжних реакцій утворюються еквівалентні кількості натрій сульфіту і сірки, що зв'язуються в тіосульфат, чим виключається поява побічних продуктів реакції.
При отриманні тіосульфату сульфідним способом за загальним рівнянням:
2S^2- + CO₃^2- + 4SO₂ = 3S₂O₃^2- + CO₂,спочатку утворюється сульфіт і гідрогенсульфід:
CO₃^2- + SO₂ + H₂O = SO₃^2- + H₂S
S^2- + SO₂ = 3S₂O₃^2- + CO₂
S^2- + H₂S = 2SH^-
Гідрогенсульфід реагуючи з SO₂ також перетворюється в сульфіт:
2HS^-+ SO₂ + H₂O = SO₃^2- + 2H₂S
Таким чином ми можемо записати:
H₂S + SO₂ + H₂O = H₂S₂O₃ + H₂O
H₂S + H₂S₂O₃= 3S +2 H₂O
І, як і в попередньому методі, тіосульфат утворюється в результаті реакції сульфіту з сіркою:
3SO₃^2- + 3S = 3 S₂O₃^2-
Найбільший вихід тіосульфату досягається при відношенні вихідних реагентів Na₂CO₃: Na₂S, рівному 1:2, коли утворюються еквівалентні кількості сульфіту і сірки.
Утворення натрій тіосульфату при взаємодії натрій сульфіту з сіркою є окремим випадком цілого класу реакцій. Подібно тіосульфату синтезують селеносульфати при взаємодії сірки або селену з сульфітом лужного металу, амонію або кальцію.
При утворенні тіосульфату (так само як і полісульфідів) має важливе значення гідроліз сірки як первинна стадія процесу. Встановлено, що при кип'ятінні порошку сірки з водою гідроліз йде по реакції:
2S + 2 H₂O = H₂S + H₂SO₂
Унаслідок крайньої нестійкості сульфоксилова кислота H₂SO₂ розкладається при по реакції:
2H₂SO₂= SO₂ + S + 2H₂O
А при по реакції:
2H₂SO₂= S₂O₃^2- + H₂O +2H⁺.
1.6.1 Сульфітний метод
Проводять відповідно до рівняння:
Na₂SO₃+ S= Na₂S₂O₃
Сульфітний спосіб отримання натрій тіосульфату полягає в розчиненні мілко подрібненої сірки в гарячому розчині натрій сульфіту Na₂SO₃. Ця реакція протікає з малою швидкістю, особливо спочатку, коли йде повільне змочування сірки; для прискорення цього процесу рекомендують додавати в розчин катіонно-активні речовини - броміди аміл-, октіл-, децил-, додецил-, тетрадецил-, бензил- і цетилпіридиній та інші, або попереднє подрібнювати сірку в суміші з маточним розчином тіосульфату. Na₂SO₃
Кип'ятіння розчину сульфіту з сіркою виготовляють в чавунному реакторі з мішалкою і паровою сорочкою. У реактор завантажують воду, безводний сульфіт Na₂SO₃, 40-41% розчин гідроксиду натрію NaOH (4 л на 100 л води) для запобігання розкладання сульфіту та сірки. Кип'ятіння ведуть 3-5 годин при 90-100 °С. До кінця варіння густина розчину досягає 1,57 г / см³ і зміст сульфіту в ньому знижується до -1,5%.
Отриманий розчин має лужну реакцію і усереднюється розчином натрій бісульфіта, до якого попередньо додають кальциновану соду (3 кг на 30л розчину бісульфату). Усереднення триває 1 год. при 60-80 °С. Його виробляють для перекладу надлишкового лугу і утворених в процесі кип'ятіння натрію сульфіду та натрію дисульфіду в сульфіті та тіосульфаті:
NaOH + NaHSO₃ = Na₂SO₃ + H₂O
2Na₂S + 6NaHSO₃ = 3Na₂S₂O₃ + 2Na₂SO₃ + 3H₂O
Na₂S₂ + 6NaHSO₃ = 5Na₂S₂O₃+ 3H₂O
Присутність деякої кількості Na₂SO₃в розчині необхідно як стабілізатора для створення певного значення рН, а також для перехіду політіонатів в стійкий тритіонат і тіосульфат:
S₅O₆^2- + 2SO₃^2- = S₃O₆^2- + 2S₂O₃^2-
S₄O₆^2- + SO₃^2- = S₃O₆^2- + S₂O₃^2-
Усереднений розчин відфільтровують від домішок і направляют на кристалізацію.
Сульфітний спосіб отримання тіосульфату відрізняється більшою легкістю і високим ступенем використання сировини. Для видобутку 1 тонни тіосульфату натрію витрачають 0,61 т сульфіту натрію сорту «фото» (у розрахунку на 90% ), 0,2 т сірки (100%), 0,01 т кальцинованої соди (100%), 0,04 т каустичної соди і 0,4 г бісульфіта натрію (22,5%).
1.6.2 Полісульфідний метод
Проводять за рівнянням:
2Na₂S₂ + 6NaHSO₃ = 5Na₂S₂O₃ + 3H₂O
Для приготування розчину полісульфіду Na₂S₂ використовують теплий розчин натрій сульфіду (70 єС), зазвичай луг, одержаний при вилуговуванні плаву сірчистого натрію. Цей луг має густину 1,264 г / мл і приблизно наступний склад (у %): 20 - Na₂S, 2 - Na₂S₂O₂, 2,5 - Na₂CO₃, l,6 - Na₂SO₄. У ньому розчиняють стехіометричну кількість газової сірки. До розчину полісульфіду додають повільно (щоб уникнути сильного спінювання) розчин натрій бісульфіту до нейтральної реакції. Отримання полісульфіду і нейтралізація його бісульфітом здійснюють в сталевому котлі, забезпеченому паровим змійовиком і мішалкою, що обертається зі швидкістю 30 об/хв. Отриманий розбавлений розчин тіосульфату фільтрують і переробляють на кристалічний продукт тими ж прийомами, які застосовуються в сульфідному методі.
Ступінь використання сировини у виробництві тіосульфату полісульфідним методом становить: натрій сульфіту 84 - 85%, бісульфіта ~ 92%, сірки ~ 90%. На I тонну натрій тіосульфату витрачають: 0,235 т натрій сульфіту (62%), 0,056 т комовой сірки, 1,45 т натрій бісульфіту, 3,5 т пара, 2,5 м³ води, 40 кВт·год. електроенергії. Так як сировину (сірчистий натрій, бісульфіт) вводять у виробництво у вигляді водних розчинів, то на кожну тонну виготовленного продукту необхідно випаровувати ~ 870 кг води, майже половину кількості води, що міститься в слабкому розчині тіосульфату. Проте виробництво тіосульфату полісульфідним методом може бути організовано по замкнутій циклічній схемі, що дозволяє повністю усунути з виробничого процесу випарки тіосульфатного лугу.
За цією схемою розчинення соди для приготування бісульфіта має вестися не в воді, а в оборотному маточному розчині від кристалізації тіосульфату. Отриманий тіосульфатно-содовий розчин оброблюють звичайним сірчистим газом, після чого тіосульфатно-бісульфітний луг направляють на реакцію з натрій полісульфідом. При цьому утворюється концентрований розчин тіосульфату, який після фільтрування можна направляти безпосередньо на кристалізацію.
Незважаючи на відсутність випаровування, при роботі за цією схемою до розчину тіосульфату також потрапляють забруднюючі його домішки у вигляді осаду, які відокремлюють фільтруванням перед кристалізацією. У тіосульфатно маточному розчині, майже незалежно від його концентрації, можна розчинити значна кількість соди (~ 150 г / л).
У процесі обробки сірчистим газом сода переходить у бісульфіт, розчинність якого в присутності тіосульфату також дуже висока і який висолює з розчину сульфат, який є постійною домішкою в маточному розчині. Коли після реакції бісульфіта з полісульфідом утворюється тіосульфат, то переходячи в розчин, він висалює ту ж домішок, які виділяються і при випаровуванню розчину до тієї ж концентрації тіосульфату.
1.6.3 Миш'яково-сульфідний метод
В процесі очищення від сірководню коксового та інших промисловий газів миш'яково-сульфідним методом, крім основної реакції:
Na₃AsS₃O + H₂S = Na₃AsS₄ + H₂O
протікають побічні реакції, зокрема взаємодія сірководню з лугами, приводить до утворення NaHS. При регенераціі робочого розчину киснем повітря натрій тіомишьяковий переходить в натрій тіооксимишьяковий натрій з виділенням сірки:
2Na₃AsS₄+ O₂ = 2Na₃AsS₃O + 2S
а гідросульфіт окислюється в тіосульфат:
2NaHS + 2O₂= Na₂S₂O₃+ H₂O
Крім тіосульфата в розчині накопичуються також сульфат і роданід натрію Вміст у робочому розчині тіосульфата більше 250 г/л і натрій сульфату більше 40 г/л помітно знижує поглинальну здатність миш'яково-содового разчину, частина якого тому повинна виводитися з циклу і замінюватися свіжим. З відпрацьованого розчину виділяють натрій тіосульфат. Для цього частина регенерованого розчину, після відділення від нього сірки на вакуум-фільтрі, випарюють в вакуум-випарної апараті до щільності 1,48-1,52 г/см³. Утворений при випаровуванню осад, що містить зокрема Na₂SO₄, відокремлюють відстоюванням, далі розчин охолоджують в шнековому кристалізаторі до 25-30 °С. Виділилися кристали натрій тіосульфату які відокремлюють від маточного розчину центрифугуванням і випускають в якості технічного продукту. [7, c.268]
Чистий тіосульфат натрію отримують перекристалізацією технічного продукту. Для цього готують розчин тіосульфату щільністю 1,45 г/см³ при нагріванні до 66-80 °С і обробляють його 3 - 4 ч карбоном двооксидом для осадження сульфітних сполук миш'яку. Після відділення осаду з розчину викристалізовують чистий тіосульфат. Якщо технічний продукт забруднений роданистимисполуками, то для отримання з нього чистого тіосульфату необхідна подвійна перекрісталізація. До перекристалізації в продукті міститься 94 - 98% Na₂S₂O₃·5 H₂O, 2 - 4,5% NaCNS, 0,17 - 1, 7% NaHCO3, 0,03 - 0,17% As₂O₃; після першої перекристалізації 97-98,5% Na₂S₂O₃·5 H₂O, 0,2 - 1,45% NaCNS, 0 - 0,4% NaHCO3 і 0,015 - 0,05% As2O3; після другої перекристалізації 99,2 - 99,7%, Na₂S₂O₃·5 H₂O, від слідів до 0,03% As2O3, NaCNS і NaHCO₃ відсутні
2. Експериментальна частина
Синтез натрій тіосульфату за обраною методикою (сульфітний метод)
Для того щоб провести синтез будь-якої речовини потрібно, перш за все, провести відповідні розрахунки, для того щоб дізнатися, яку кількість реактивів потрібно взяти, щоб отримати вихід продукту конкретної маси.
Проводимо розрахунки на 5 г виходу Na₂S₂O_3:
Запишемо рівняння реакції:
Na₂SO₃+ S + 5H₂O = Na₂S₂O₃·5H₂O
н(Na₂SO₃·5H₂O)==0,02моль
Згідно з рівнянням реакції н(Na₂SO₃)=0,02моль, н(S)=0,02моль, н(H₂O)=0,1 моль.
Отже, m (Na₂SO₃)=2.52 г
m (S)=0.64г
m (H₂O)=1.8 г V(H₂O)=1.8 мл
Переходимо до практичної роботи. В стакан ємністю 50 мл заливаємо потрібну нам кількість дистильованої води і розчиняємо в ній потрібну масу сульфіту натрію. Зважуємо порошок сірки взяту з 10% надлишком від стехіометричної кількості (m(S)=0.64г.), на годинному склі змочуємо декількома краплями етилового спирту і за допомогою скляної палички переносимо її в розчин сульфіту натрію. Встановлювати на азбестову сітку, нагріваємо розчин невеликим полум'ям пальника і кип'ятимо 10-15 хв. постійно помішуючи скляною паличкою.
Отриману суспензію фільтруємо через складчастий фільтр, фільтрат збираємо в порцелянову чашку. Чашку з фільтратом встановлюємо на водяну баню до появи 'плівки' на поверхні фільтрату.
При охолодженні на повітрі з розчину виділяються кристали. Зважуємо отриману сіль:
m(Na₂S₂O₃·5H₂O)= 4,2 г.
Вираховуємо масову частку виходу продукту:
W=.
Висновки
Натрій тіосульфат широко використовується в побуті та промисловості. Метою даної роботи було розглянути використання тіосульфату натрію, методику його виготовлення в промисловості і його фізико-хімічні властивості.
За результати роботи можна зробити такі висновки:
Провели огляд хімічних та фізичних властивостей натрій тіосульфату.
Розглянули три методи синтезу:
1. Сульфідний метод
2. Полісульфідний метод
3. Миш'яково-содовий метод
Із трьох розглянутих методів для синтезу був обраний перший метод. Перед початком синтезу були проведені розрахунки на вихід продукту масою 5 г. Провівши синтез натрій тіосульфату було отримано 4,2 г виходу продукту, що складає 84% від запланованого. Можна зробити висновок, що на вихід продукту вливають зовнішні фактори, такі як вологість, тиск, техніка виконання та температура навколишнього середовища.
Список використаної літератури
1. Глинка Н.Л. Общая химия /Н.А. Глинка. - Л.: Химия. 1988. - 702 с.
2. Карякин Ю.В. Чистые химические вещества/ Ю.В. Карякин. - М. 1974. - 468 с.
3. Крешков А.П. Курс аналитической химии./М.: Химия, 1964. - 430 с.
4. Мельников Е.Я., Салтанова В.П., Наумова А.М., Блинова Ж. С. Технология неорганических веществ и минеральных удобрений/М.: Химия, 1983 - 587 с.
5. Мороз А.С., Ковальова А.Г. Физическая и коллоидная химия. /Л.: Мир - 1994. - 278 с.
6. Некрасов Б.В. Основы общей химии Т. 2./ М.: Химия. - 1973. - 560 с.
7. Позин М.Е. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот) Ч.1/. - Л.: Химия. - 1974. - 792 с.
8. Руководство по неорганическому синтезу //Под ред. Брауэра Г. Т. 1./ - М.: Химия. - 1985. - 846 с.
9. Синтезы неорганических соединений Т.2. Под ред. Джолли У. - М.: Мир. - 1967.
10. Скуг Д., Уэст Д. Основы аналитической химии./В 2 т. Пер с англ. М.: Мир. - 1979, - 438 с.
11. Справочник химика. В 3.т. Под ред. Б.П. Никольского./ Л.: Химия. - 1964. - 1169 с.
12. Тихвинская М.Ю., Волынский В.Е. Практикум по химической технологии/ - М.: Просвещение. - 1984.
13. Физическая химия. Практическое и теоретическое руководство. Под ред. Б. П. Никольского /Л.: Химия - 1987. - 875 с.