Получение и свойства гидроксохлорида железа (III), текстурированного в полые шарообразные макрочастицы (1114500)
Текст из файла
Московский государственный университетим. М. В. ЛомоносоваХимический факультетПолучение и свойства гидроксохлорида железа (III),текстурированного в полые шарообразныемакрочастицыКурсовая работа студента1ХХ группыХХХХХХХРуководитель: доцент, к. х. н.ХХХХХХХХПреподаватель: к.
х. н. ХХХХХХМосква ХХХХОглавление1. Введение2. Литературный обзор2.1. Гидроксидные фазы железа (III)2.2. Гидроксохлоридные фазы железа (III)2.3. Гидроксоформы других солей железа (III)3. Экспериментальная часть3.1. Синтез макротекстурированного гидроксохлорида железа (III)3.2. Эектронно-микроскопическое исследование образцов3.3. Определение содержания в образцах хлорид-ионов3.4. Рентгенофазовый анализ3.5.
Tермoгравиметрический анализ4. Обсуждение результатов5. Выводы6. Список литературы3556788891415181920Введение2Свойства материалов зависят не только от их внутренней структуры,но и от того, какова текстура материала. Изучению текстуры различныхматериалов посвящено огромное число исследований. Однако в последнеевремя внимание стало привлекать не только микротекстурированиематериалов (масштаб которого обычно составлял 10-20 мкм), но и егомакротекстурирование, т.е. искусственное создание таких макротекстур,масштаб которых составляет от долей миллиметра до 2 - 4 миллиметров.В качестве модельного материала, на примере которогопредполагалось изучить влияние макротекстурирования на свойстваматериала, в лаборатории гетерогенных процессов выбрали гидроксиджелеза(III). Гидроксид железа - широко используемый на практике материал(в качестве сорбента, наполнителя и т.д.). Кроме того, при нагреваниигидроксида железа легко получить другой важный материал - оксиджелеза(III) Fe2O3.
Наконец, при нагревании гидроксида железа ввосстановительной атмосфере получают порошки железа, используемые каккатализатор и т.п.Для макротекстурирования гидроксида железа(III) был выбран метод,связанный с формированием слоя гидроксида железа на поверхности капельраствора хлорида железа(III) за счёт введения этих капель на определённоевремя в атмосферу аммиака.Исследования, выполненные в лаборатории ранее, показали, что привосстановлении таких полых частиц водородом при температуре от 3800С до7500С получаемое α-железо находится в двух формах.
Доминирующейформой выступает форма, связанная с образованием при восстановлениибесформенных частиц α-железа с размером 0.5 - 3 мкм. Но, кроме этойформы, постоянно возникает и вторая форма - нитевидные частицы αжелеза длиной до 150 - 200 мкм и диаметром около 1 мкм (рис.1).Возможно, что формирование нитеобразных частиц железа связано сособенностями состава и строения исходных макротекстурированныхчастиц гидроксохлорида железа.
Поэтому в данной работе была поставленацель - синтезировать и выявить важнейшие характеристики полыхмакротекстурированных частиц гидроксохлорида железа(III).В качестве методов исследования были выбраны: химический анализ(метод прямой потенциометрии с использованием хлорсеребряногоэлектрода), рентгенофазовый анализ и дифференциально-термическийгравиметрический анализ. Кроме того, поверхность полых макрочастицбыла охарактеризована по данным электронно-микроскопического анализа,а их качественный состав - по данным рентгенофлюоресцентногомикроанализа.а3бРис.
1. Нитеобразные частицы α-железа, образующиеся привосстановлении водородом полых макротекстурированных частицгидроксохлорида железа (III)Температуры восстановления:а - 500°С ; б - 600°С4Литературный обзор1. Гидроксидные фазы железа(III)В литературе не существует единого мнения по поводу состава,строения и свойств гидроксидных фаз, получаемых при осажденииразличными основаниями из солей железа(III).Так, в работе [12] сообщено, что при действии аммиака на растворысолей железа(III) выпадает в осадок некристаллизующийся гидроксиджелеза(III) в виде объёмистого геля светло-бурого цвета, содержание воды вкотором обычно больше, чем соответствует формуле Fe(OH)3. С моментаобразования это вещество начинает дегидратироваться, причём процессдегидратации идёт непрерывно и прекращается в тот момент, когда составсоединения отвечает формуле FeO(OH) [12].В других источниках можно найти несколько другой вариантописания процесса осаждения: там указано, что при действии аммиака нараствор солей Fe3+ образуется оксид трёхвалентного железа в виде краснобурого осадка, из которого образуются гели с различным содержанием воды[11].
Как видно из вышесказанного, общим является мнение, чтогидроксидным фазам железа(III) свойственна интенсивная дегидратация.Также в литературе имеются данные об образовании при действииоснований на растворы солей железа (III) осадков нестехиометрическихосновных солей. Так, например, при действии аммиака на раствор сульфатажелеза (III) образуется осадок, состав которого отвечает формулеNH4Fe3(OH)6(SO4)2 [1]. Это вещество называют ярозитом.
В ярозите ионаммония при определенных значениях рН может легко замещатьсяпротоном [3]. При проведении осаждения не аммиаком, а раствором КОН,состав осадка изменяется лишь качественно - вместо иона аммония в осадкесодержится ион К+ [4].Однако, при проведении осаждения различными осадителями (NH3,КОН, NaOH) одинаковой концентрации, мольные соотношения входящих всостав осадка ионов не изменяются [5].Гораздо более существенное влияние на состав осадков оказываютусловия проведения осаждения. Так, при приливании раствора КОН краствору Fe2(SO4)3, полученное вещество содержит больше сульфат - ионов,чем осадок, полученный при проведении реакции в обратнойпоследовательности [2].Гидроксохлоридные фазы железа (III)При образовании осадка в растворе, в котором присутствуют ионыхлора, в состав образующегося вещества непременновходит хлор.3+могут быть полученыХлорсодержащие оксо- и гидроксосоли Feразличными путями.
Так, сообщено о получении фазы, содержащейоксихлорид железа(III), путём окисления кислородом воздуха смесиFe(OH)Cl и Fe(OH)2 в растворе, содержащем хлорид аммония. Авторыпредполагают, что состав осадка приблизительно выражается формулой3Fe(OH)2∗FeOCl∗xH20 [15]. Соединения подобного типа в литературеназываются «Green Rust» (зелёная ржавчина) из-за того, что они содержатодновременно двух- и трехвалентное железо [21, 22]. Упоминается такжетермическая нестабильность соединений подобного типа: при нагреванииони переходят в Fe3O4 [16].Фаза «Green Rust» может быть стабилизирована вприсутствии хлорид- или сульфат ионов, которые, однако не очень прочно сней связаны.В присутствии достаточно большого количества воды Green Rustобменивает стабилизирующие её анионы на гидроксо-группы, наличиекоторых ускоряет переход этой фазы в гидратированные оксидные формы,менее растворимые, а, следовательно, более устойчивые [14,17, 18, 19].Также сообщено об образовании различных двойных солей,содержащих как ионы аммония и трёхвалентное железо, так и воду:2NH4Cl∗FeCl3∗H2O, NH4Cl∗FeCl3, NH4Cl∗ ∗2FeC3∗4H2O,NH4Cl∗4FeCl3∗6H2O [20].FeOCl имеет тёмно-коричневую окраску, как и все основные солитрёхвалентного железа.
При нагревании до 300 °С он постепенноразлагается:3FeOCl → Fe2O3 + FeCl3При более высоких температурах начинает возгоняться хлориджелеза FeCl3 [10, 11, 13].В общем, оксихлоридные фазы трёхвалентного железа гораздо болееустойчивы к изменениям среды, чем гидроксофазы: они растворяютсятолько в растворах сильных кислот, таких, как Н2SO4, HCl, HNO3. Впроцессе старения гидроксидные фазы железа(III) переходят, отщепляяотносительно слабо связанную кристаллизационную воду, в оксо-соли [9].
Врезультате получается смесь аморфной и кристаллической фаз.Выполнено количественное определение содержания данных фаз наразличных этапах старения гидрогелей Fe(III) [7].При старениигидроксохлоридных фаз происходит постепенный переход сначала в α FeOOH (гётит), а затем в α-Fe2O3 [8].Гидроксоформы других солей железа (III)Существуетбольшоеколичестворазличныхсоединенийтрёхвалентного железа, в состав которых, помимо самого железа, входятатомы кислорода, водорода, хлора, серы, азота и многих других соединений.Разнообразие химии гидроксо- и оксосоединений железа (III) объясняется,во-первых, большим сродством атома железа к кислороду, во-вторых, оченьмалым значением произведений растворимости его гидроксосолей, и, втретьих, ярко выраженной склонностью к гидролизу иона Fe3+:Fe3+ + 2H2O ↔ FeOH2+ + H30+FeOH2+ + 2H2O ↔ Fe(OH)2+ + H3O+Fe(OH)2+ + 2H2O ↔ Fe(OH)3 + H3O+И, несмотря на то, что гидролизом по второй и третьей ступениможно, в принципе, пренебречь (из-за малости значений соответствующихконстант), именно присутствием в растворе гидроксидных формтрёхвалентного железа объясняют бурую окраску водных растворов егосолей [10].Помимо ярозита, к соединениям, содержащим гидроксидную фазутрёхвалентного железа более или менее стехиометрического состава, можноотнести и описанный в литературе аморфный основной сульфат2Fe2O3∗SO3∗x H2O.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
