Страница 41 из 150
Учитывая, что горячий стронций прочно пристаёт к железу, второй способ предпочтительнее. Пригодна описанная у Брауэра аппаратура для перегонки в вакууме щёлочноземельных металлов. Если же пойти по первому пути, то следует в тигель вставить легко вынимаемую железную втулку на всю длину от загрузки до конца тигля. Она должна легко выниматься (слегка коническая), но плотно прилегать в горячей зоне к стенкам, чтобы металл не конденсировался между ней и стенкой тигля. Стенки втулки не следует делать толстыми, так как для отделения металла её придётся разрезать вдоль ножницами.
Вакуум для работы можно обеспечить способом, описанным у Брауэра для восстановления цезия кальцием из хлорида. Тигель вставляется в длинную пробирку из пирекса с зазором около одного миллиметра. Через 3–4 диаметра пробирки выше тигля следует припаять два баллончика из пирекса диаметром 30–40 мм с распыляемыми титановыми электродами для поглощения газов, штенгель для откачки и толстостенную трубку типа штенгеля, но запаянную и имеющую плавное сужение к концу. На эту трубку нанесён надрез и одета хлорвиниловая трубка с таким расчётом, чтобы обломав трубку по надрезу, в систему можно было впустить аргон без разгерметизации на атмосферу.
Вся сборка помещается в трубчатую печь с водородной атмосферой и откачивается роторным насосом. Давление следует контролировать ртутным манометром и по виду разряда в баллончиках. Последний способ позволяет судить и о составе остаточных газов в системе. Перед нагревом следует проверить искровым течеискателем герметичность системы. При наличии течей эксперимент можно прервать на этой стадии и починить систему.
Затем можно постепенно начинать разогрев. При медленном нагреве до температуры 300–600 градусов происходит интенсивное выделение водорода и паров воды, поэтому на насосе следует включить газобалласт. Далее вакуум начинает улучшаться, газобалласт становится излишним и вредным (повышает давление в системе) и его следует отключить. При этой температуре пирексовая пробирка плотно облегает тигель и старается приклеить его расплавленным стеклом к трубе печи. Чтобы печь не повредить, следует обернуть пробирку железной (никелевой) жестью или иначе изолировать её от стенок печи. Для защиты этой жести от быстрого и полного сгорания и следует применять водородную печь.
После нагрева тигля до ярко-красного каления газоотделение прекращается и штенгель вакуумного насоса можно отпаять. При этом следует контролировать давление по разряду и, в случае его повышения, выжигать газ титаном, пока разряд не погаснет. После того, как на стенках начнёт конденсироваться стронций, он поглощает газы самостоятельно и поддерживает хороший вакуум. Пары стронция в разряде дают интенсивное синее свечение и его появление служит указанием на начало реакции. Печь следует разогреть до температуры 1100°-1200°и вести реакцию несколько часов. Торец трубки напротив отверстия тигля следует сделать прозрачным (при работе без водяного холодильника), тогда можно будет наблюдать конденсацию восстановленного металла на стенках тигля. Когда она закончится, печь следует охладить до температуры около семисот градусов и вынуть из неё всю сборку. При охлаждении прилипшего к железному тиглю стекла оно неминуемо треснет. Поэтому в сборку до извлечения из печи, следует напустить аргон и продолжать его слабый ток до полного охлаждения.
Делается это следующим образом: Одетую на дополнительный штенгель хлорвиниловую трубку следует с помощью тройника соединить с волейбольной камерой или подходящим воздушным шариком, вакуумным насосом и с аргоновым баллоном. Баллон подсоединяется через длинный медный капилляр. После вакуумирования этой системы она промывается небольшой порцией аргона и повторно откачивается. Подавая в неё аргон через капилляр, можно регулировать его поток в штенгель. Давление в этой системе можно менять, уложив на резиновую камеру подходящую книгу. Чистота аргона вполне достаточна для защиты металла при его охлаждении и последующей плавки (для получения сплавов). На весь опыт требуется несколько литров аргона.
Пирексовая трубка трескается обычно по месту прилипания к тиглю. Ударив по трещине, её следует расширить и вынув остывший тигель, наполнить его подходящей защитной жидкостью — керосином или гексаном. После этого следует извлечь трубку с конденсированным металлом и поместить её в заранее приготовленную пробирку, залив её там этой же жидкостью.
Смоченный керосином, вакуумным маслом или погружённый в гексан стронций следует возможно более быстро отделить от железа, разрезав трубку ножницами, и поместить в пробирку с керосином или вакуумным маслом для хранения. Широких сосудов следует избегать, т. к. кислород в них легче диффундирует к поверхности металла.
Для получения сплавов можно применить несложное устройство, состоящее из кварцевой пробирки диаметром 10–20 мм, длиной 70-150 мм, которую соединяют встык с помощью резинового шланга со стеклянной трубкой, имеющей сбоку сужение для хлорвиниловой трубки и закрываемое пробочкой, и отверстие по оси для железной проволоки, которой перемешивают сплав. Трубка подсоединяется к резиновой камере, вакуумному насосу и баллону с аргоном (см. выше). В кварцевую пробирку вставляется железный тигель с зазором около миллиметра, чтобы он не разорвал пробирку при нагреве.
Металл для приготовления сплавов следует очистить механически от загрязнений и промыть чистым растворителем (не хлорированным!) типа гексана, взвесить под растворителем и уложить в тигель. После откачки, промывки системы аргоном и заполнения аргоном резиновой камеры открываем отверстие для проволоки и нагреваем тигель снаружи сквозь кварц пламенем гремучего газа. (Нагрев газо-воздушным пламенем может оказаться недостаточным). Можно греть пробирку и печью. Аргон медленно выходит сквозь отверстие (его ток следует заранее отрегулировать) и защищает металл от возгорания. Расплавляем металл и проволокой с колечком на конце перемешиваем его. Из-за наличия растворённых газов металл может выскочить из тигля, особенно при малом диаметре последнего. Для уменьшения этой опасности тигель следует вначале нагревать в вакууме и не повышать температуру сверх необходимой. Попадающая в сплав примесь железа для большинства наших применений не существенна.
После охлаждения в токе аргона тигель извлекается на воздух. Сплав можно выбить, слегка обстучав тигель на наковальне молотком. Следует проверить его на хрупкость (растерев пробу в ступке), на устойчивость на воздухе и в воде. Достаточно провести опыт с несколькими крупинками сплава. Результаты опытов позволят планировать способ работы с ним.
Хранить такие сплавы следует расфасованными в стеклянные вакуумированные ампулы.
Для наплавления сплава SrAl4 на внутреннюю поверхность полого катода стальную заготовку катода следует на треть заполнить крупинками сплава и нагреть до его расплавления в вышеописанном приборе для получения сплавов. Так как сплав имеет работу выхода электронов меньше чем у железа, то наплавлять его на всю длину катода нет необходимости. При горении разряда в лампе он самопроизвольно распространится по всему катоду. Получение других металлов ведётся аналогично. Литий ведёт себя подобно щёлочноземельным металлам (исключая низкую температуру плавления). Тяжёлые щёлочные металлы можно легко перегонять в вакууме.
На стекло они действуют слабо.
Получение металлического натрия и его сплавов
В отличие от тяжёлых щёлочных металлов, натрий ощутимо реагирует со стеклом. Вместе с тем, температура начала перегонки у него выше, чем у калия и тем более выше, чем у цезия. Поэтому его получение связано с определёнными трудностями. Хромат и бихромат натрия гигроскопичны, поэтому работать с ними сложно.
Для получения натрия можно восстановить титановым порошком его карбонат. Для этого карбонат нужно нагреть до температуры около двухсот градусов или выше для разложения бикарбоната и удаления воды. Безводный карбонат следует смешать с пятнадцатикратным весовым количеством титанового порошка. Дело в том, что титан реагирует с углеродом, образуя карбид.