Как получить из оксида металла металл: Получение металлов из оксидов с помощью восстановителей

Содержание

Получение металлов из оксидов с помощью восстановителей

Для получения металлов из оксидов используются различные восстановители. Использование водорода позволяет получать активные металлы, не восстанавливаемые оксидом углерода (II). Также этот способ применяется для получения металлов с низким содержанием примесей, например, для химической лаборатории. Стоимость этого способа довольно высока. В качестве примера можно привести реакцию восстановления меди из оксида меди (II) при нагревании в струе водорода:

CuO + H2 = Cu + H2O

С указанием степени окисления элементов:

Cu+2O + H20 = Cu0 + H2+1O

Хотя реакция обратимая, но проведение ее в токе водорода, и, как следствие, удаление паров воды из зоны реакции позволяет сместить равновесие вправо и добиться полного восстановления меди.

Железо, поступающее в школьную лабораторию, часто на этикетке имеет надпись: «Восстановлено водородом»:

Fe

2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O

Способ восстановления металлов алюминием получил название «алюминотермия» или «алюмотермия». Алюминий является еще более активным восстановителем. Этим способом получают хром, марганец:

2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr

При реакции оксида железа (III) с порошком алюминия (смесь необходимо поджечь магниевой лентой) выделяется много тепла:

2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe

Алюминотермией получают некоторое количество кальция. Обратите внимание, что в электрохимическом ряду напряжений кальций находится левее алюминия, но это не делает невозможным данный способ — не следует забывать, что ряд напряжений говорит о возможности или невозможности протекания реакций только в растворах.

Оксид углерода (II) применяется наиболее широко. Например, при выплавке чугуна в доменной печи восстановителями являются кокс и образующийся оксид углерода(II). Суммарное уравнение получения железа из красного железняка:

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

Чистые металлы в современной технике используются сравнительно редко. Чистые медь и алюминий применяются для изготовления электрических проводов. Цинк, никель, хром, золото наносятся на поверхность стальных изделий для защиты от коррозии и придания красивого внешнего вида.

Сплавы обладают более высокой прочностью. Легкие сплавы на основе алюминия, например, дуралюмины (содержат медь и магний) — особенно широко применяются в изготовлении летательных аппаратов, автомобилей, скоростных судов.

Сплавы на основе железа — чугун и сталь — основные конструкционные материалы современной техники. Чугун, благодаря более низкой стоимости, устойчивости к коррозии, хорошим литейным качествам широко применяется для изготовления станков, печных плит, декоративных садовых решеток и пр.

Сталь хорошо обрабатывается и обладает высокой прочностью. Добавление в сталь легирующих добавок позволяет придавать ей особые свойства: высокую твердость, устойчивость к коррозии (нержавеющие стали), кислотам (кислотоупорные), высоким температурам (жаропрочные) и т. д.

Сплавы на основе меди — латуни и бронзы — обладают хорошей теплопроводностью, устойчивостью к коррозии (в том числе в морской воде), красивым внешним видом. Применяются для изготовления радиаторов, в судостроении, для декоративных целей.

Сплавы олова и свинца — припо́и — обладают более низкой температурой плавления, чем олово и свинец в отдельности. Используются при пайке.

автор: Владимир Соколов

водорода, алюминия, оксида углерода (II). Роль металлов и сплавов в современной технике

Для получения металлов из оксидов используются различные восстановители. Использование водорода позволяет получать активные металлы, не восстанавливаемые оксидом углерода (II). Также этот способ применяется для получения металлов с низким содержанием примесей, например, для химической лаборатории. Стоимость этого способа  довольно высока. В качестве примера можно привести  реакцию восстановления меди из оксида меди (II) при нагревании в струе водорода:

CuO + H2 = Cu + H2O

С указанием степени окисления элементов:

Cu+2O + H20 = Cu0 + H2+1O

Хотя реакция обратимая, но проведение ее в токе водорода, и , как следствие, удаление паров воды из зоны реакции позволяет сместить равновесие вправо и добиться полного восстановления меди.

Железо, поступающее в школьную лабораторию, часто на этикетке имеет надпись: «Восстановлено водородом»:

Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O

Способ восстановления металлов алюминием получил название «алюминотермия» или «алюмотермия». Алюминий является еще более активным восстановителем. Этим способом получают хром, марганец:

2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr

При реакции оксида железа (III)  с порошком алюминия (смесь необходимо поджечь магниевой лентой) выделяется много тепла:

2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe

Алюминотермией получают некоторое количество кальция. Обратите внимание, что в электрохимическом ряду напряжений кальций находится левее алюминия, но это не делает невозможным данный способ – не следует забывать, что ряд напряжений говорит о возможности или невозможности протекания реакций только в растворах.

Оксид углерода (II) применяется наиболее широко. Например, при выплавке чугуна в доменной печи восстановителями являются кокс и образующийся оксид углерода(II). Суммарное уравнение получения железа из красного железняка:

Fe

2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

Чистые металлы в современной технике используются сравнительно редко. Чистые медь и алюминий применяются для изготовления электрических проводов. Цинк, никель, хром, золото наносятся на поверхность стальных изделий для защиты от коррозии и придания красивого внешнего вида.

Сплавы обладают более высокой прочностью. Легкие сплавы на основе алюминия, например, дуралюмины (содержат медь и магний) – особенно широко применяются в изготовлении летательных аппаратов, автомобилей, скоростных судов.

Сплавы на основе железа – чугун и сталь – основные конструкционные материалы современной техники. Чугун, благодаря более низкой стоимости, устойчивости к коррозии, хорошим литейным качествам широко применяется для изготовления станков, печных плит, декоративных садовых решеток и пр.

Сталь хорошо обрабатывается и обладает высокой прочностью. Добавление в сталь легирующих добавок позволяет придавать ей особые свойства: высокую твердость, устойчивость к коррозии (нержавеющие стали), кислотам (кислотоупорные), высоким температурам (жаропрочные) и т.д.

Сплавы на основе меди – латуни и бронзы – обладают хорошей теплопроводностью, устойчивостью к коррозии (в том числе в морской воде), красивым внешним видом. Применяются для изготовления радиаторов, в судостроении, для декоративных целей.

Сплавы олова и свинца – припóи – обладают более низкой температурой плавления, чем олово и свинец в отдельности. Используются при пайке.

Скорость химических реакций и факторы от которых она зависит: природа реагирующих веществ, их концентрация, температура протекания химических реакций, поверхность соприкосновения реагирующих веществ, катализаторы

В жизни мы сталкиваемся с разными химическими реакциями. Одни из них, как ржавление железа, могут идти несколько лет. Другие, например, сбраживание сахара в спирт, – несколько недель. Дрова в печи сгорают за пару часов, а бензин в моторе – за долю секунды.

Чтобы уменьшить затраты на оборудование, на химических заводах повышают скорость реакций. А некоторые процессы, например, порчу пищевых продуктов, коррозию металлов, – нужно замедлить.

Скорость химической реакции можно выразить как изменение количества вещества (n, по модулю) в единицу времени (t) – сравните скорость движущегося тела в физике как изменение координат в единицу времени: υ = Δx/Δt. Чтобы скорость не зависела от объема сосуда, в котором протекает реакция, делим выражение на объем реагирующих веществ (v), т.е. получаем изменение количества вещества в единицу времени в единице объема, или изменение концентрации одного из веществ в единицу времени:

           n2 – n1            Δn               Δсυ = –––––––––– = –––––––– = ––––––––     (1)       (t2 – t1) • v         Δt • v             Δt

где c = n/v – концентрация вещества,

Δ (читается «дельта») – общепринятое обозначение изменения величины.

Если в уравнении у веществ разные коэффициенты, скорость реакции для каждого из них, рассчитанная по этой формуле будет различной. Например, 2 моль сернúстого газа прореагировали полностью с 1 моль кислорода за 10 секунд в 1 литре:

2SO2 + O2 = 2SO3

Скорость по кислороду будет: υ = 1 : (10 • 1) = 0,1 моль/л·с

Скорость по сернúстому газу: υ = 2 : (10 • 1) = 0,2 моль/л·с – это не нужно запоминать и говорить на экзамене, пример приведен для того, чтобы не путаться, если возникнет этот вопрос.

Скорость гетерогенных реакций (с участием твердых веществ) часто выражают на единицу площади соприкасающихся поверхностей:

          Δnυ = ––––––           (2)         Δt • S

Гетерогенными называются реакции, когда реагирующие вещества находятся в разных фазах:

  • твердое вещество с другим твердым, жидкостью или газом,

  • две несмешивающиеся жидкости,

  • жидкость с газом.

Гомогенные реакции протекают между веществами в одной фазе:

  • между хорошо смешивающимися жидкостями,

  • газами,

  • веществами в растворах.

Оценка возможности получения металлов из их оксидов.


Оценка возможности получения металлов из их оксидов по величине dG

Металлы можно получать, восстанавливая их оксиды (см. разд. 10.5). Для этой цели используются такие восстановители, как углерод и другие металлы. Но как можно определить, будет ли углерод или другой металл самопроизвольно восстанавливать оксид конкретного металла? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим два следующих случая.

Случай 1

Металл + Оксид углерода = Оксид металла + Углерод Например,


В этом случае металл играет роль восстановителя. Он восстанавливает углерод из диоксида углерода.

Случай 2

Оксид металла — Углерод = Металл + Оксид углерода Например,


В этом случае роль восстановителя играет углерод. Он восстанавливает металл из его оксида.

Нетрудно видеть, что случай 2 является обратным по отношению к случаю 1. К некоторым металлам применим случай 1, а к другим металлам-случай 2. Каким же образом можно заранее предсказать, какой случай применим к какому-либо конкретно рассматриваемому металлу? Другими словами, как предсказать-какая реакция окажется самопроизвольной: соответствующая случаю 1 или случаю 2?

Ответ заключается в сопоставлении устойчивости оксидов. Выше было указано, что мерой устойчивости соединения является свободная энергия его образования. Мы видели также, что для самопроизвольного протекания реакции изменение свободной энергии ΔG, которым она сопровождается, должно быть отрицательным, т. е. ΔG < 0. Если применить это условие к изменению свободной энергии, выраженному с помощью уравнения (25), то получится следующее условие самопроизвольного протекания реакции:


В каждом из двух рассмотренных выше случаев один из продуктов и один из реагентов являются свободными элементами. Поскольку стандартные молярные свободные энергии образования свободных элементов равны нулю, условие самопроизвольного протекания рассмотренных реакций приобретает следующий вид:


Следовательно, в обоих случаях более устойчивый оксид, т. е. оксид с более отрицательным значением свободной энергии образования ΔG т должен быть продуктом, а не реагентом. Стандартные молярные свободные энергии образования оксидов, рассмотренных в примерах, приведены в табл. 5.15. Эти значения показывают, что в первом из рассмотренных выше примеров оксид магния обладает большей устойчивостью, чем диоксид углерода. Поэтому оксид магния оказывается продуктом, а не реагентом.

 

Таблица 5.15. Стандартные молярные свободные энергии образования некоторых оксидов

Оксид

CO2 (г.)

MgO (тв.)

NiO (тв.)

СО (г.)

ΔG, к Дж/моль

— 394

— 569

— 213

— 137

Самопроизвольно протекает прямая, а не обратная (по отношению к записанному уравнению) реакция. Другими словами, к данной реакции применим случай 1.

Второй пример оказывается более сложным. Согласно значениям ?G, приведенным в табл. 5.15, продуктом рассматриваемой реакции должен быть NiO(TB.), а не СО (г.). Почему же эта реакция была выбрана в качестве примера к случаю 2? Дело, оказывается, в температуре реакции. Эта реакция не протекает при 298 К. Для ее осуществления необходима более высокая температура.

Оглавление:

ВОССТАНОВЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ • Большая российская энциклопедия

  • В книжной версии

    Том 5. Москва, 2006, стр. 746

  • Скопировать библиографическую ссылку:


Авторы: А.{n+}}$ – ион ме­тал­ла, $\ce{n}$ – ко­ли­че­ст­во элек­тро­нов. При­ме­ня­ет­ся на раз­ных эта­пах ме­тал­лур­гич. про­из-ва: при об­жи­ге, плав­ке, элек­тро­ли­зе, це­мен­та­ции, ра­фи­ни­ро­ва­нии и др. В. м. осу­ще­ст­в­ля­ет­ся: в ре­зуль­та­те ре­ак­ций с по­сто­рон­ним вос­ста­но­ви­те­лем, при воз­дей­ст­вии элек­трич. то­ка, раз­ло­же­ни­ем (ча­ще все­го тер­ми­че­ским) не­ус­той­чивых со­еди­не­ний до ис­ход­но­го ме­тал­ла; про­во­дит­ся на воз­ду­хе (напр., до­мен­ный про­цесс), в рас­тво­ре или рас­пла­ве (элек­тро­лиз), в ва­куу­ме (ра­фи­ни­ро­ва­ние), инерт­ной ат­мо­сфе­ре (ме­тал­ло­тер­мия) и плаз­ме (плаз­мен­ная плав­ка).

Пер­во­на­чаль­но под В. м. по­ни­ма­ли толь­ко ре­ак­ции по­лу­че­ния ме­тал­лов из их ок­си­дов при уча­стии вос­ста­но­ви­те­лей – ве­ществ, имею­щих бо­лее вы­со­кое срод­ст­во к ки­сло­ро­ду, чем ме­талл: $\ce{MeO + B = Me + BO}$, где $\ce{MeO}$ – ок­сид ме­тал­ла, $\ce{B}$ – вос­ста­но­ви­тель. Пер­вы­ми при­ме­ра­ми В. м. яв­ля­ют­ся осу­ще­ст­в­ляв­шие­ся в брон­зо­вом и же­лез­ном ве­ках плав­ки мед­ных руд в пла­ме­ни ко­ст­ра и же­лез­ных – в дом­ни­це. Об­ра­зую­щий­ся при сго­ра­нии дре­вес­но­го то­п­ли­ва уг­ле­род вос­ста­нав­ли­вал со­еди­не­ния ме­тал­ла до сво­бод­но­го ме­тал­ла (кар­бо­тер­мия).

В. м. из рас­тво­ров в со­от­вет­ст­вии с элек­тро­хи­мич. ря­дом на­пря­же­ний (см. Элек­трод­ный по­тен­ци­ал) про­ис­хо­дит в ре­зуль­та­те вы­тес­не­ния ме­тал­лом-вос­ста­но­ви­те­лем вос­ста­нав­ли­вае­мо­го ме­тал­ла из рас­тво­рён­но­го со­еди­не­ния (напр., вы­тес­не­ние ме­ди из рас­тво­ра её со­лей же­ле­зом) – про­цесс це­мен­та­ции.

В. м. с ис­поль­зо­ва­ни­ем элек­трич. то­ка при­ме­ня­ет­ся в элек­тро­лиз­ных про­цес­сах. Ка­тио­ны ме­тал­лов, при­ни­мая элек­тро­ны от ка­то­да элек­тро­хи­мич. ячей­ки, раз­ря­жа­ют­ся до нуль-ва­лент­но­го (т. е. сво­бод­но­го) со­стоя­ния. Чем бо­лее элек­тро­по­ло­жи­тель­ный ме­талл в ря­ду на­пря­же­ний, тем мень­шее на­пря­же­ние при­кла­ды­ва­ет­ся к элек­т­ро­хи­мич. ячей­ке. Эле­мен­ты, бо­лее от­ри­ца­тель­ные в ря­ду на­пря­же­ний, чем во­до­род, по­лу­ча­ют элек­тро­ли­зом рас­пла­вов со­лей, а не вод­ных рас­тво­ров.

В. м., ос­но­ван­ное на раз­ра­бо­тан­ной в сер. 19 в. Н. Н. Бе­ке­то­вым тео­рии вы­тес­не­ния од­них ме­тал­лов из со­еди­не­ний (ок­си­дов, га­ло­ге­ни­дов) дру­ги­ми, бо­лее ак­тив­ны­ми ме­тал­ла­ми, на­зы­ва­ет­ся ме­тал­ло­тер­ми­че­ским. Наи­бо­лее ак­тив­ны­ми вос­ста­но­ви­те­ля­ми яв­ля­ют­ся $\ce{Ca, Mg, Na}$ и др. Ме­тал­ло­тер­мия ши­ро­ко при­ме­ня­ет­ся для по­лу­че­ния мн. ред­ких ме­тал­лов ($\ce{U, Zr, Hf, Ti}$, РЗЭ и др.).

В. м. в про­цес­сах ра­фи­ни­ро­ва­ния ос­но­вы­ва­ет­ся на разл. спо­соб­нос­ти осн. ме­тал­ла и при­ме­сей об­ра­зо­вы­вать со­еди­не­ния с кис­ло­ро­дом, се­рой и др. (напр., при ра­фи­ни­ро­ва­нии чер­но­во­го свин­ца со­дер­жа­щую­ся в нём медь пе­ре­во­дят в суль­фид­ный шлак, ис­поль­зуя срод­ст­во $\ce{Cu\: и\: S}$). Элек­тро­ли­тич. ра­фи­ни­ро­ва­ние со­сто­ит в рас­тво­ре­нии ано­дов, из­го­тов­лен­ных из чер­но­во­го ме­тал­ла, и пе­ре­оса­ж­де­нии чис­то­го ме­тал­ла на ка­то­де (напр., $\ce{Cu, Co}$).

В. м. (в ре­зуль­та­те тер­мич. раз­ло­же­ния не­ус­той­чи­вых со­еди­не­ний) ис­поль­зу­ет­ся для по­лу­че­ния ме­тал­лич. по­кры­тий или по­рош­ков ме­тал­лов по­вы­шен­ной чис­то­ты, напр., $\ce{W \:и\: Mo}$ – раз­ло­же­ни­ем хло­ри­дов.

Получение металлов и некоторых неметаллов из оксидов

    Реакции восстановления оксидов водородом наиболее часто используют для получения металлов и некоторых неметаллов в чистом состоянии. Особенность этих реакций в том, что они относятся к равновесным и гетерогенным. Равновесие может быть смещено как в сторону получения металла и паров воды, так п в сторону исходных продуктов, что определяется прочностью восстанавливаемого оксида. [c.6]
    КАРБОНИЛЫ МЕТАЛЛОВ — химические соединения оксида углерода СО с металлами, например, карбонил никеля N1 (С0)4, открытый первым в 1890 г. В настоящее время получены карбонилы многих металлов и некоторых неметаллов. К- м. бывают одноядерными и многоядерными, в зависимости от количества атомов металла в молекуле, а также смешанные, например [Ре (СО)4) Hg. Большинство К. м. при обычных условиях кристаллические, кроме N1 (С0)4, Ре (СО) Ни (СО),, 05 (С0)5. к. м. хорошо растворяются в органических растворителях, летучи, сильно ядовиты. Наибольшее значение в технике имеют К- м.— никеля, кобальта, железа. К. м. применяют для получения чистых металлов, для покрытия поверхности металлами, как ката- [c.120]

    I. ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАЛЛОВ И НЕКОТОРЫХ НЕМЕТАЛЛОВ ИЗ ОКСИДОВ [c.6]

    Отдельное место среди керамических материалов занимают керметы (керамикометаллические материалы). Это гетерогенные композиции из металлов и неметаллов, сочетающие тугоплавкость, твердость и жаростойкость керамики с проводимостью, пластичностью, термостойкостью и др. свойствами металлов. В качестве неметаллических компонентов используют различные тугоплавкие оксиды, металлоподобные соединения переходных металлов (карбиды, бориды, нитриды), некоторые силициды и др. неметаллические вещества, отличающиеся химической стойкостью, высокой твердостью и высокой температурой плавления. В качестве металлической составляющей керамик используют главным образом металлы и сплавы группы железа (Fe, Ni, Со) и переходные металлы VI группы (Сг, Мо, W), иногда легкие металлы (AI и др.). Для получения компактных композиций, сочетающих свойства исходных компонентов, стремятся обеспечить в керамике прочные межфазные связи. При этом существенное значение имеют характер взаимодействия фаз на поверхности их раздела, возможность образования тонких, равномерно распределенных прослоек промежуточного состава (ограниченные твердые растворы, соединения типа шпинелей и др.). Иногда металлический компонент вводят в расплавленном состоянии (спекание с участием жидкой фазы). [c.313]

    К специальным методам можно отнести метод рекристаллизации с попеременным чередованием механической деформации и отжига (до сих пор этот метод применялся для некоторых металлов, полупроводников и оксидов), а также метод выращивания, по которому летучее соединение металла разлагают на сильно нагретой проволоке, что ведет к осаждению соответствующего металла (или неметалла). Этот метод, называемый также процессом ван Аркеля и де Бура [20, 21], служит для получения некоторых металлов, которые другим путем в столь чистом состоянии получить нельзя (титан, цирконий, гафний, ниобий, тантал и др., см. также выше реакции в парах). [c.136]


    Для получения нитридов наиболее пригоден аммиак, который перед азотом имеет некоторые преимущества, которые связаны с разной прочностью химической связи в молекулах. В аммиаке эта связь непрочная, и при нагревании наблюдается его разложение, которое ускоряется на поверхности металлов. Выделяющийся атомный азот активен, поэтому реакции образования нитридов идут при более низких температурах по сравнению с реакциями, идущими с азотом. Атомный водород восстанавливает оксидные пленки на металлах, которые мешают получению чистых нитридов. Небольшое количество кислорода или паров воды в аммиаке не мешает получению чистых нитридов, если исходные металлы (медь, железо, кобальт, никель и т. д.) не обладают большой активностью к кислороду. Активные металлы (магний, кальций, алюминий и т. д.) соединяются даже со следами кислорода, поэтому нитриды будут загрязнены оксидами. Если при нитровании использовать азот, то следы кислорода или паров воды будут переводить металлы или неметаллы в оксиды даже при небольшом сродстве к кислороду. [c.79]

    Цель 1. Вам нужно понять, что оксиды неметаллов могут соединяться с водой, как и некоторые оксиды металлов, но соединение, полученное при этом, будет относиться к классу кислот. [c.90]

    Здесь рассматриваются некоторые общие свойства металлов и химические свойства оксидов и пероксидов. (на примере ряда металлов главных подгрупп периодической системы элементов Д. И. Менделеейа). Соединения металлов с серой, галогенами и другими неметаллами, а также некоторые способы получения металлов были представлены в других разделах книги. [c.165]

    Реакцир восстановления водородом наиболее часто используются для получения металлов и некоторых неметаллов из их оксидов. [c.37]

    Металлотермическими реакциями называют реакции бинарных соединений металлов или неметаллов с простыми веществами, которые протекают с выделением больших количеств теплоты и приводят к получению соответствующего металла или неметалла. В качестве исходных веществ часто используют оксиды, а в некоторых случаях — галогениды. Восстановительная способность простых веществ по отношению к оксидам определяется их химическим сродством к кислороду. Реакции восстановления оксидов протекают в том случае, когда теплота образования оксида восстановителя больше по сравнению с теплотой образования превращаемого оксида, например кальция, магния и алюминия, но магний и кальций находят ограниченное применение, так как при их использовании нельзя получить металлы в виде жидкого слоя (из-за высокой температуры плавления оксидов этих металло1в). Алюминий, несмотря на более слабые восстановительные свойства, используют для металлотермии, так как оксид алюминия плавится при более низкой температуре (2050 °С) и отделяется от расплавленного металла. [c.133]

    Книги по электротермии неметаллов, опубликованные за последние годы, являются монографиями, посвященными отдельным вопросам. В противоположность этому настоящая работа является попыткой комплексного изложения всей области электротермии неметаллов. Поэтому в той или иной мере книга охватывает все основные электротермические производства неметаллических веществ. Не включены лишь некоторые отдельные вопросы, к числу которых относятся электротермические способы получения глинозема для производства алюминия, рассматриваемые детально в трудах по металлургии алюминия, и электротермические методы получения карбидов вольфрама, титана и т. п. для производства так называемых твердых сплавов, излагаемые в соответствующих спег циальных курсах порошковой металлургии. Кроме того, в книге не рассматриваются введенные в производство, но не привившие ся в практике электротермические методы получения глиноземи стого цемента, а также оксидов и сульфидов некоторых щелочног земельных и щелочных металлов. [c.10]

    Водород — самый легкий из всех газов. Малорас воде, но хорошо растворим в некоторых металлах Pt, Вследствие неполярностй и большой прочности моле (АЯдис = 436 кДж/моль) при комнатной температуре малоактивен и взаимодействует только с фтором. При НИИ водород реагирует со многими неметаллами — хло мом, серой, кислородом и др. Восстановительная сп( водорода используется для получения некоторых прс ществ из оксидов и галогенидов. Так, например, при температуре происходит восстановление меди (II) окси, [c.226]


общие способы получения металлов / Справочник :: Бингоскул

Металлические элементы встречаются в земной коре, в почве и воде в виде простых и сложных веществ. Получение металлов в промышленности основано на химическом составе сырья и свойствах компонентов.

Понятие о металлургии

Металлургия — получение металлов из руд — один из древнейших видов человеческой деятельности. Еще во втором тысячелетии до н. э. в Египте умели выплавлять железо из железной руды. Так называемый железный век пришел на смену бронзовому, тот, в свою очередь, наступил после каменного.

Получают металлы из рудных полезных ископаемых. Например, халькопирит или медный колчедан — сырье для производства железа, меди и серы (Рис. 1). Химическая формула минерала CuFeS2. Металлы в составе других руд находятся в виде оксидов или солей неорганических кислот, химически связанных катионов.

Рис. 1. Халькопирит

Суть металлургического процесса заключается в восстановлении положительных ионов до свободных атомов металла. Используют в качестве источников электронов углерод и его соединения, водород, металлы. В процессе восстановления катионы получают недостающие электроны. Происходит восстановление электронных оболочек металла. Схема процесса:

Ме+n + ne → Me, где

  • Ме+n — металл в окисленной форме;
  • +n — степень окисления;
  • ne— количество присоединяемых электронов;
  • Ме — металл в восстановленной форме.

Способы получения металлов

В зависимости от того, кокой восстановитель используют в металлургическом процессе различают: пиро — ,  гидро, электро —  и биометаллургию. 

Наиболее распространенные способы получения металлов: пирометаллургический и электрометаллургический. Большинство реакций восстановления протекают при высоких температурах (Рис. 2). Так как металлическая связь обладает повышенной прочностью, то выделение металлов в чистом виде из природных соединений проводят при высоких температурах.

Рис. 2. Металлургическое производство

Пирометаллургический способ

Пирометаллургия — получение металлов из руд при высоких температурах при участии восстановителей. В переводе с греческого «пирос» означает «огненный». Используют в качестве восстановителей кокс, диоксид углерода, водород. Применяют активные металлы для получения менее активных.

Пирометаллургия подразделяется на 

  • карботермия, 
  • водородотермия, 
  • металлотермию. 

Карботермия: перевод сульфида металла путем обжига в оксид и дальнейшим восстановлением углем до чистого состояния.

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2 SO2

ZnO + C = CO + Zn

Руды, состоящие из оксидов и сульфидов железа, подвергают карботермии. Проводят восстановление коксом или диоксидом углерода (угарным газом). Получают сплавы железа — чугун и сталь. Первый содержит больше углерода, а также оксидов серы, фосфора и кремния. Углерод снижает твердость и другие характерные для металлов качества.

Химические реакции, лежащие в основе выплавки чугуна:

  1. C + O2 = CO2↑,
  2. CO2 + C ↔ 2CO↑,
  3. 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4+ CO2↑,
  4. Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2↑,
  5. FeO + CO = Fe + CO2↑.

Сталь выплавляют в специальных печах — электрических, конвертерных, мартеновских (Рис. 3). При продувании обогащенного кислородом воздуха выгорает избыточный углерод, его содержание уменьшается до 2% и ниже. Этот способ является более экономически применим, т.к. при помощи него получают сталь и чугун, которые широко используются в современной промышленности.

Рис. 3. Пирометаллургия

Восстановлением углем можно получить железо, медь, цинк, кадмий, германий, олово, свинец и другие металлы. В качестве сырья используют медную (Cu2O), оловянную (SnO2), марганцевую (MnO2) руды.

Схема получение железа и хрома(Cr2Fe)O4 + 4C(кокс) = Fe + 2Cr + 4CO↑
Реакция, лежащая в основе выплавки медиCu2O + C (кокс) = 2Cu + CO↑
Схема производство оловаSnO2 + 2C (кокс) = Sn + 2CO↑
Процесс выплавки марганцаMnO2 + C(кокс) = Mn + CO2
Схема получения свинца2PbO + C → Pb + CO↑

Металлы можно извлечь из сульфидных руд. Сначала проводят обжиг, затем — восстановление полученного оксида углем. Схемы обжига цинковой обманки и получение цинка:

  1. 2ZnS +3O2 = 2ZnO + 2SO2↑;
  2. ZnO + C = Zn + CO↑.

Карбонаты тоже прокаливают с углем для получения оксидов и последующего восстановления углем. Схемы обжига сидерита и восстановления оксида железа:

  1. FeCO3 = FeO + CO2↑;
  2. FeO + C = Fe + CO↑.

Водородотермия — производство металлов восстановлением водородом

Достоинством этого металлургического метода является получение очень чистых металлов. Восстановление меди из оксида CuO — пример восстановительных свойств водорода из школьного курса неорганической химии. Схема протекания реакции (Рис 4):

Рис. 4. Восстановление меди водородом

Водородом восстанавливают из оксидов тугоплавкие металлы молибден и вольфрам.

Металлотермия

Проводят восстановление одного металла другим, более химически активным. Этот способ применяют для получения металлов из оксидов и галогенидов.

В зависимости от природы металла-восстановителя различают алюминотермию, или алюмотермию, — восстановление алюминием и магнийтермию — восстановление магнием. 

Схема получение марганца3MnO2 + 4Al = 3Mn + 2Al2O3
Процесс выплавки хромаCr2O3 + 2Al → 2Cr + Al2O3
Схема получение кальция4CaO+ 2Al= 2Ca+ (CaAl2)O4

Силикотермия — восстановление металлов кремнием. Процесс протекает согласно схеме: 2MgO + Si → 2Mg + SiO2.

Гидрометаллургический способ

Гидрометаллургия — способ получения благородных, цветных, редких металлов. Например, оксид меди сначала переводят в сульфат с помощью серной кислоты. Медь вытесняют из раствора железом. Протекает следующая реакция замещения: CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4. Либо медь извлекают из раствора электролизом. Пропускают электрический ток, ионы Cu2+ осаждаются на катоде.

Преимущество гидрометаллургического способа — возможность получать металлы из бедных руд. Еще один плюс метода — снижение газообразных выбросов в атмосферу. Большое количество вредных газов и сажи поступает в воздух при обжиге руды и пирометаллургии.

Электролиз

Электролиз расплавов оксидов, солей и гидроксидов проводят для получения металлов, расположенных в ряду активности от лития до марганца. Электролиз водных растворов служит для производства менее активных металлов (Рис. 5).

Рис. 5. В цехе электролиза

Электролиз расплавов

Катодные (восстановительные) процессы. На катоде происходит восстановление катионов металлов и водорода или молекул воды.

  • Для растворов кислот: К(-) Н+ + 2 е⟶H20↑.
  • Для растворов солей или щелочей: К(-) Mn+, H2O.

Характер восстановительного процесса зависит от значения стандартного потенциала металла:

Li, Cs, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al

Катионы этих металлов не восстанавливаются, восстановлению подвергаются молекулы воды 2 H2O +2 е⟶H2 + ОН

Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Pb

Катионы этих металлов восстанавливаются одновременно с молекулами воды, поэтому на катоде одновременно выделяются и H2 и металл

Bi, Cu, Ag, Hg, Pt, Au

Катионы этих металлов легко и полностью восстанавливаются на катоде

Схема электролиза расплава хлорида натрия:  2NaCl (эл. ток) → 2Na + Cl2↑.

Схема электролиза сульфата марганца в растворе: 2MnSO4 + 2H2O (эл. ток) → 2Mn + O2↑+2H2SO4.

Способ термического разложения

Железо с диоксидом углерода при повышенных давлении и температуре образует пентакарбонил Fe(CO)5. Эту жидкую субстанцию перегоняют для очистки от примесей, затем нагревают. Карбонил разлагается с образованием порошка железа. Дальнейшее нагревание в вакууме или атмосфере водорода приводит к получению очень чистого железа. Схема процесса: Fe(CO)5 → Fe + 5CO↑.

Биометаллургия

Способ, основанный на биохимических процессах с участием микроорганизмов. Метод получил распространение на Западе, так как позволяет меньше загрязнять окружающую среду. Биометаллургия служит для получения меди, серебра, никеля, свинца, урана, рения и ряда других металлов.

Кроме собственно добычи металла из природных соединений (руд), металлургия включает в себя вторичную переработку сплавов и металлических изделий. Минеральные ресурсы Земли огромны, но конечны, а переплавка бывших в употреблении изделий бывает выгоднее и проще. Иногда обработку металлов тоже относят к металлургии, поэтому можно сказать, что это действительно одна из самых крупных областей промышленности.


 

Смотри также:

 

Оксиды металлов в порошках г. Новосибирск — ПО Трубное решение

Оксиды

Оксиды металлов — это неорганические вещества, которые образуются посредством реакции соединения между молекулярным кислородом и чистым металлом. Оксиды бывают основными (степень окисления металла 1 и 2) — оксид кальция, оксид натрия и так далее, а также амфотерными (степень окисления от 4 до 5) — оксид цинка, оксид алюминия). Оксиды металлов представляют визуально мелкий порошок, который имеет разные цветовые оттенки (оксид железа — бурый цвет, оксид вольфрама — фиолетовый, оксид меди — коричневый и так далее).

Большая часть оксидов металлов в сухом виде абсолютно нейтральна, поэтому не представляет угрозу для человеческого организма. К опасным оксидам металлов относят, например оксид свинца, оксид мышьяка, оксид плутония (оказывают токсикологическое действие), при работе с ними не нужно пренебрегать индивидуальными средствами защиты (респиратор, перчатки).

Химические характеристики

Оксиды имеют очень высокое распространение на земной поверхности (бурая ржавчина — оксид железа, глинозем — оксид алюминия и так далее). Также получить оксиды металлов можно из карбоксильных солей (карбонат кальция, карбонат натрия) с помощью реакции разложения. При реакции оксида металла и какой-либо кислоты получается соль кислоты, с которой проводилась реакция, и вода. Оксиды не растворяются в воде и спиртах. Большинство оксидов металлов имеют очень высокую температуру плавления от 1500 до 2500 градусов Цельсия.

Применение

Основное предназначение оксидов металлов — это металлургическая промышленность (выделение чистых металлов). Получение чистых металлов происходит посредством выжигания оксидов углем (углерод), а также с помощью электролитической реакции (на катоде образуется чистый металл, на аноде выделяется углекислый газ). Очень известна экзотермическая реакция (выделяется огромное количество энергии и происходит нагрев смеси до 2500-3000 градусов Цельсия) между оксидом железа (ржавчина) и чистым алюминием (термитные шашки, используемые для сварки железа в полевых условиях).

Условия доставки продукции: «Оксиды» по РФ и СНГз>

  • Доставка осуществляется транспортными компаниями на выгодных для заказчика условиях.
  • Доставка осуществляется с ближайшего к заказчику склада.
  • Есть возможность самовывоза приобретенной продукции.

Условия реализации

  • Компания «Трубное Решение» может поставить оптом и в розницу практически все позиции из каталога.
  • Оплата осуществляется как безналичным способом, так и наличными средствами.
  • Постоянным клиентам можем предложить отсрочку.
  • Если вам нужна металлопродукция нестандартных размеров или редких марок стали, можем организовать производство.
  • Организуем упаковку товара по стандартам.

Гарантии

  • Продукция имеет все необходимые сертификаты.
  • Соответствует нормативным документам.
  • Гарантируем возврат товара в случае обнаружения факта поставки брака.

Использование углерода для извлечения металлов

Окислительно-восстановительная реакция

Процесс, используемый для превращения металлической руды в самородный металл, называется плавкой . Свинец был одним из первых металлов, извлеченных древними людьми, поэтому давайте возьмем его в качестве первого примера.

Свинцу нужна гораздо более низкая температура, чем железу. Вероятно, плавка была обнаружена случайно, когда глиняная посуда с глазурью, содержащей свинец, была обожжена внутри горящих углей.

Наиболее важной стадией превращения иона металла в ионное соединение в свободный металл является окислительно-восстановительная реакция.По сути, мы удаляем кислород из оксида металла (восстановление) и отдаем его углероду (окисление). В частности, реакция окисления-восстановления включает перенос заряда от одного элемента к другому. Когда мы говорим о преобразовании оксидов металлов в металлы, это следует простому определению. (Позже мы сможем нарезать зубы на более общем определении).

  • Окисление – элемент получает кислород
  • Восстановление — элемент теряет кислород

Свинец из оксида свинца

Если мы хотим получить свинец из оксида свинца (PbO), мы должны добавить углерод в виде кокса. Кокс похож на древесный уголь, за исключением того, что древесный уголь производится путем преобразования древесины в угольные кирпичи. Кокс производится путем нагревания древесного угля в бескислородной среде.

Оксид свинца содержит катион Pb+2 и оксид-анион O-2. Роль углерода заключается в передаче зарядов катиону металла. Затем катион металла меняет свой заряд с положительного на нулевой (все металлы имеют нулевой заряд, когда находятся в элементарном состоянии). Анион O-2 соединяется с углеродом с образованием углекислого газа.

Оксид свинца реагирует с коксом и образует металлический свинец и двуокись углерода. Поскольку свинец потерял кислород, он был восстановлен. Поскольку углерод присоединил к себе кислород, он окислился.

Оксид свинца восстанавливается углеродом до металлического свинца и углекислого газа.

Когда элемент меняется местами с другим элементом или сбивает один элемент с пути, это называется реакцией одиночного смещения или просто реакцией смещения .

Железо из оксида железа

Хотя существуют и другие формы оксида железа, оксид железа (III) является наиболее распространенной формой. Вы видите это каждый день в виде ржавчины. Это также видно в почве, когда почва оранжевого цвета. Избыток железа в почве не позволяет земле быть очень продуктивной.

Оксид железа(III) реагирует с углеродом с образованием железа и диоксида углерода. Железо восстанавливается, а углерод окисляется.

оксид железа (III) реагирует с углеродом с образованием металлического железа и диоксида углерода.

Итак, можем ли мы сделать это со всеми металлами? Ну, не совсем.Углерод способен передавать электроны только тем металлам, которые менее реакционноспособны, чем он сам. Металлы ранжируются по тому, какие металлы могут быть превращены углеродом из оксидов металлов в их металлическое состояние, а какие нуждаются в чем-то большем.

Металлы ниже уровня углерода могут быть восстановлены углеродом. Металлы выше углерода должны использовать электролиз

Металлы рангом ниже углерода (свинец, железо, медь) могут принимать заряды от углерода. Металлы, ранжированные выше углерода, более реакционноспособны, чем углерод, и поэтому их необходимо извлекать с использованием углерода в качестве электродов в процессе, вызванном электролизом («электро-» означает «использует электричество», а «-лиз» означает «резать»).Это все еще использует реакции окисления-восстановления, но для этого требуется электричество.

Например, оксиды свинца и железа восстанавливаются углеродом с помощью простой химической реакции, но для оксида алюминия требуется электролиз, чтобы обратить вспять нормальное течение реакции. Мы уже видели свинец и железо, давайте посмотрим, как меняется алюминий. Из диаграммы видно, что для этого потребуется электролиз.

Алюминий

В прошлом алюминий считался драгоценным металлом. Наполеон демонстрировал посетителям свое богатство, когда подавал им алюминиевые ножи и вилки.Монумент Вашингтона был построен с алюминиевым колпаком. На сегодняшний день алюминий является одним из наиболее широко используемых металлов.

Алюминий более реакционноспособен, чем углерод. Следовательно, доменную печь нельзя использовать для реакции оксида алюминия с коксом с получением металлического алюминия.

Вместо этого оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите в электрической печи. Печь имеет графитовую футеровку, выполняющую роль катода (отрицательного электрода). В раствор опускают угольные стержни, которые действуют как анод (положительный электрод).При пропускании тока через раствор анод вступает в реакцию с оксидом алюминия. Расплавленный алюминий опускается на дно.

Углерод в аноде окисляется и образует двуокись углерода. Алюминий восстанавливается, а углерод окисляется.

Электролиз оксида алюминия с использованием угольных анодов приводит к получению алюминия и диоксида углерода.

Из-за большого количества энергии, необходимой для получения электричества, переработка алюминия является более эффективным источником металла и поэтому важна в современном обществе.

Краткий обзор урока

Оксиды металлов превращаются в пригодные для использования металлы при взаимодействии с углеродом. Извлечение металлов в доменной печи с коксом (углерод из нагретого древесного угля) называется плавкой . Когда для извлечения металла из оксида металла используется электричество, это называется электролизом .

Оба этих вида реакций оксида металла с углеродом являются примерами реакции окисления-восстановления . Окислительно-восстановительные реакции происходят, когда элементы обмениваются зарядами.Упрощенно, окисление — это когда элемент получает кислород, а восстановление — когда элемент теряет кислород.

Ряд активности металлов ранжирует металлы, которые менее реакционноспособны, чем углерод и поэтому могут принимать от него заряды (железо, свинец и т. д.), или более реакционноспособны, чем углерод, и поэтому нуждаются в электролизе (алюминий и т. д.).

Получение металлов из оксидов металлов — Металлы — KS3 Chemistry Revision

Углерод — неметалл, но он более реакционноспособен, чем некоторые металлы. Это означает, что некоторые металлы могут быть извлечены из их оксидов с использованием углерода.

Менее активные металлы, чем углерод, могут быть извлечены из их оксидов путем нагревания с углеродом. В общем:

оксид металла + углерод → металл + диоксид углерода

Это работает для цинка, железа, олова, свинца и меди. Медь является наименее реакционноспособным из этих пяти металлов.

Углерод занимает место между алюминием и цинком в ряду реакционной способности

Извлечение меди из оксида меди

Медь настолько нереактивна, что не вступает в реакцию с холодной или горячей водой, поэтому ее используют для водопроводных труб

Чтобы извлечь медь, вы смешиваете медь оксидный порошок с угольным порошком.Затем вы сильно нагреваете смесь в течение нескольких минут в тигле. Важно держать крышку на тигле, иначе углерод будет реагировать с кислородом воздуха, а не с оксидом меди. Углекислый газ, образующийся в результате реакции, улетучивается в воздух.

Дав тиглю остыть, вы опустите смесь в холодную воду. Кусочки бурой меди опускаются на дно, оставляя в воде непрореагировавший порошок.

Эти уравнения представляют реакцию:

оксид меди + углерод → медь + диоксид углерода

2CuO + C → 2Cu + CO металл

Извлечение железа из оксида железа

Железо менее реакционноспособно, чем углерод, поэтому его можно извлечь из оксида железа с помощью углерода.Это делается в промышленных масштабах в огромной емкости, называемой доменной печью.

Доменная печь используется для производства промышленных металлов путем извлечения железа

Куски оксида железа смешивают с углеродом и бросают в верхнюю часть доменной печи. Горячий воздух подается снизу. Кислород воздуха вступает в реакцию с углеродом, образуя окись углерода:

углерод + кислород → окись углерода

2C +O 2 → 2CO

В доменной печи достаточно жарко, чтобы окись углерода могла вступить в реакцию с оксид железа:

оксид железа + окись углерода → железо + двуокись углерода

Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe + 3CO 2

Произошла ошибка настройки файла cookie пользователя

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Оксид металла – обзор

1968 Аноды с оксидным покрытием для хлор-щелочной промышленности: H.Пиво, белг. Пат. 710551 (1968), US 362492 (1972), US 4052271 (1972)
A. Martinsons et al., US 3562008 (1971)
V. Hock et al., US 5055169 (1991)
1972 США 3634736, Standard Oil Co . Огайо . (США): Электроды-пасты из активированного угля или карбидов или боридов металлов (например, BC, WC)
US 3652902, IBM (США), пластины из активированного угля, разделенные пористой инертной прокладкой, пропитанные КОН или H 2 SO 4 SO 4
19837
EP 0078404, CD 1196683 (1985): CD 1196683 (1985): керамические электроды, покрытые оксидным покрытием и псевдоопласную связь
1986 US 4633372, Стандартное масло CO . Огайо . (США): полиоксометрат адсорбированные на активный углерод, например, H 5 (PV 2 MO 10 O 40 ), (NH 4 ) 6 (P 2 MO 18 o 9 62 )
США 4766522, Hughes Aircraft Co .(США): Оксиды Pt и Ir в твердом электролите 1990 JP 2085387, Japan Gore Tex Inc . (Япония): Углеродный порошок, содержащий металл семейства Pt, или порошок RuO 2 , IrO 2 или PbO 2 , связанный ПТФЭ или ионообменной смолой, например, сополимер тетрафторэтиленсульфонилфторида и винилового эфира 1902 902 US 5079674, Motorola (США): Оксиды, хлориды, нитриды и другие соли Ru, Ta, Rh, Zr, Co, Ni, Mo, W, V, нанесенные на пористый углерод и связанные матрицей из фторполимер US 5136474, Giner Inc. (США): RuO 2 с тефлоновой связкой, порошки на нафионе 117 US 5151848, US Air Force : Титан, покрытый RuO 2 9090 пероксидным электролитом при давлении 3 бар100 перфторированной кислоты и перфорированной кислоте 1994 WO 9407272, Pinnacle Research Institute (США): электроды Bipolar RuO 2 /Ti; Смотреть текст5 de 4313474, EP 0622815, Dornier , Dornier (Daimler Group, Германия): Рушид оксид оксид гидрата термальных и осадков на никелевой и углеродной бумаге 1400365 JP 6345441, Япония Energy Corp .: Гидрат рутения оксида RuO 2 · x H 2 O однородного размера частиц путем восстановления прекурсора рутения (V или более) в водном растворе US 551164, 0 Фронтов Украины ): Chalcogended, например, Bi 2 , BI 3 , BI 3 SE 2 SE 3 1995 US 5429893, Motorola , Motorola (США): оксид металла и активированные углеродные электроды в водный и неводный раствор US 5392191, Motorola (США): Оксиды V, Zr, Hf, Ti, Nb, Sc со связанным хлором (MO 1.68 CL 0.68 ), смешанный с углеродом и полимером US 5388025, US Motorola

5, Motorola , Motorola (США): металлоцен, металлический порфирин, металл ацетилацетонат, металлический полимер, металлический бипиридин, например, ацетилацетонат марганца, никельский фталоцианин 1996 JP 8268722, Sumitomo Metal Mining Co . (Япония): порошок RuO 2 для толстопленочных резисторов. Водный раствор частиц RuO 2 в KOH или NaOH выпаривают, а оставшиеся частицы RuO 2 , покрытые гидроксидом, прокаливают при 200–1000 °C, промывают и сушат Pinnacle Research (США). ): Исследование нитридов молибдена, титана и железа 1997 US 5600535, US 5600535, US Army : RUO 2 сформированы на титановом подложке по пиролизу металлических алкоксидах 1998 WO 9815961: Dornier & ZSW (Германия): Перовскиты для суперконденсаторов. Паровая атмосфера AT & LT; 500 ° C) 2002 WO 0235635, KIM Kwang Bum (Корея): изготовление тонкого пленочного электрода RUO 2 гидрат DE 10053276, Dornier (Германия): Наноструктурированный пленочный электрод из игольчатых элементов (напр.г., алюминий 2 O 3 ), закрепленный на поверхности US 6496357, Ness Capacitor Co . (Корея): Аморфный диоксид марганца. Токосъемник: никель, медь или алюминий. Электролит: соли лития и аммония в пропиленовом карбонате или ацетонитриле, например, Libf 4 , Liblo 4 , ET 4 NBF 4 , ET 4 NPF 6 , ET 4 NClO 4 , MeEt 3 NBF 4

Извлечение металлов древесным углем | Эксперимент

В этом эксперименте учащиеся нагревают два оксида металлов с помощью порошкообразного древесного угля.Если углерод более реактивен, чем металл, он удалит кислород из оксида металла и оставит следы металла в реакционном сосуде. Студенты сначала пробуют оксид свинца (II), а затем используют слегка модифицированную технику, чтобы попробовать оксид меди (II).

Твердые вещества можно дозировать в пластиковых чашках для взвешивания. Лучше не выдавать все три твердых вещества одновременно, потому что учащиеся могут спутать древесный уголь и оксид меди.

Эксперимент должен занять около 30 минут.

Оборудование

Аппарат

  • Защита для глаз
  • Маленькая пробирка из твердого стекла (запальные трубки), 3 шт. (см. примечание 6 ниже)
  • Держатель для пробирок
  • Штатив для пробирок
  • Шпатель
  • Пластмассовая чашка для взвешивания (лодочка)
  • Термостойкий мат

Химикаты

  • Уголь в порошке, около 2 г
  • Оксид меди(II) (ВРЕДЕН, ОПАСЕН ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ), около 1 г
  • Оксид свинца(II) (ТОКСИЧНЫЙ, ОПАСНЫЙ ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ), около 1 г

Здоровье, безопасность и технические примечания

  1. Прочтите наше стандартное руководство по охране труда и технике безопасности.
  2. Всегда используйте защитные очки. Помещение должно хорошо проветриваться.
  3. Уголь в порошке, C(s) – см. карточку опасности CLEAPSS HC021.
  4. Оксид меди(II), CuO(s), (ВРЕДЕН, ОПАСЕН ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ) – см. CLEAPSS Hazcard HC026.
  5. Оксид свинца(II), PbO(s), (ТОКСИЧНЫЙ, ОПАСНЫЙ ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ) – см. карточку опасности CLEAPSS HC056.
  6. Должны использоваться пробирки из термостойкого боросиликатного стекла (Pyrex или аналогичного). Пробирки вместимостью около 10 см 3   идеальны.Важно, чтобы пробирки были сухими. Сильное нагревание свинца и его соединений в стекле часто приводит к сплавлению соединений свинца со стеклом, что делает невозможным повторное использование пробирки. Если это проблема, старые, но неокрашенные пробирки можно использовать и выбросить после этого использования.

Процедура

Показать в полноэкранном режиме

Опыт 1: оксид свинца(II)

  1. Перенесите одну небольшую мерную ложку оксида свинца (II) в пустую чашку для взвешивания.
  2. Добавьте одну мерную ложку порошка древесного угля.
  3. Смешайте два порошка с помощью шпателя.
  4. Перенесите смесь в пробирку из твердого стекла и сильно нагревайте эту смесь в течение пяти минут в пламени Бунзена.
  5. Дайте пробирке остыть в держателе на термостойком коврике.
  6. Вылейте охлажденную смесь на термостойкий коврик.

Опыт 2: оксид меди(II)

  1. Перенесите одну мерную мерку оксида меди(II) шпателем в пробирку из твердого стекла.
  2. Аккуратно добавьте один шпатель угольного порошка поверх оксида меди, не перемешивая.
  3. Сильно нагревайте эти два слоя в течение пяти минут в пламени Бунзена.
  4. Дайте остыть, а затем внимательно посмотрите, где встречаются порошки в пробирке.

Учебные заметки

В каждом случае учащиеся должны искать признаки того, что произошла реакция с образованием металла. Медь должна быть очевидна по ее цвету. Лидерство может быть менее очевидным; он может выглядеть как глобулы или как серый порошок.

Реакции подтверждают место углерода в ряду реакционной способности выше свинца и меди, так как он восстанавливает оксиды металлов до металлов и сам окисляется до углекислого газа:

CuO(т) + C(т) → Cu(т) + CO 2 (г) и PbO(т) + C(т) → Pb(т) + CO 2 (г).

Дополнительная информация

Это ресурс проекта «Практическая химия», разработанного Фондом Наффилда и Королевским химическим обществом. Эта коллекция из более чем 200 практических заданий демонстрирует широкий спектр химических концепций и процессов.Каждое задание содержит исчерпывающую информацию для учителей и техников, включая полные технические примечания и пошаговые инструкции. Практические занятия по химии сопровождают практические занятия по физике и практической биологии.

Эксперимент также является частью курса непрерывного профессионального развития Королевского химического общества: Химия для неспециалистов.

© Фонд Наффилда и Королевское химическое общество

Здоровье и безопасность проверены, 2016

Зеленый синтез наночастиц металлов и оксидов металлов и их влияние на одноклеточную водоросль Chlamydomonas reinhardtii | Наноразмерные исследовательские письма

  • Ю Дж., Мэн Л., Сонг Т.Б. и др. (2015) Улучшенная воздушная стабильность перовскитных солнечных элементов за счет транспортных слоев оксида металла, обработанных раствором.Нацнанотехнологии 11:1–8.

    Артикул Google ученый

  • Manke A, Wang L, Rojanasakul Y (2013) Механизмы окислительного стресса и токсичности, вызванные наночастицами. Биомед Рез Инт 2013:1–15.

    Артикул Google ученый

  • Дизай С.М., Лотфипур Ф., Барзегар-Джалали М. и др. (2014) Антимикробная активность металлов и наночастиц оксидов металлов. Mater Sci Eng C 44: 278–284.

    Артикул Google ученый

  • Nguyen NHA, Darwish MSA, Stibor I et al (2017) Магнитные поли(N-изопропилакриламидные) нанокомпозиты: влияние метода приготовления на антибактериальные свойства. Nanoscale Res Lett 12:571.

    Артикул Google ученый

  • Патель К., Капур С., Дэйв Д.П., Мукерджи Т. (2005) Синтез наночастиц Pt, Pd, Pt/Ag и Pd/Ag методом микроволнового полиола.J Chem Sci 117:311–316.

    Артикул Google ученый

  • Wiley B, Sun Y, Mayers B, Xia Y (2005) Контролируемый формой синтез металлических наноструктур: случай серебра. Chem — A Eur J 11: 454–463.

    Артикул Google ученый

  • Evanoff D et al (2004) Синтез наночастиц с регулируемым размером. 2. Измерение сечений экстинкции, рассеяния и поглощения.J Phys Chem B 108:13957–13962.

    Артикул Google ученый

  • Мерга Г., Уилсон Р., Линн Г. и др. (2007) Окислительно-восстановительный катализ на «голых» наночастицах серебра. J Phys Chem C 111:12220–12226.

    Артикул Google ученый

  • Shah M, Badwaik V, Kherde Y et al (2014) Наночастицы золота: различные методы синтеза и антибактериальные применения. Front Biosci 19: 1320–1344.

    Артикул Google ученый

  • Ngo VKT, Nguyen DG, Huynh TP, Lam QV (2016) Недорогой метод синтеза наночастиц золота с использованием микроволнового нагрева и его применение для усиления сигнала для обнаружения бактерий Escherichia coli O157:H7. Adv Nat Sci Nanosci Nanotechnol 7: 1–9.

    Google ученый

  • Салдан И., Семенюк Ю., Марчук И., Решетняк О. (2015) Химический синтез и применение наночастиц палладия.J Mater Sci 50: 2337–2354.

    Артикул Google ученый

  • Сиаваш И. (2011) Зеленый синтез наночастиц металлов с использованием растений. Зеленая химия 13: 2638–2650.

    Артикул Google ученый

  • Падил В.В.Т., Черник М. (2013)Зеленый синтез наночастиц оксида меди с использованием камеди карайи в качестве биошаблона и их антибактериальное применение. Int J Nanomedicine 8:889–898.

    Google ученый

  • Shaik S, Kummara MR, Poluru S et al (2013)Зеленый подход к синтезу наночастиц серебра в крахмал-со-поли(акриламидных) гидрогелях с помощью экстракта листьев tridax procumbens и их антибактериальная активность. Int J Carbohydr Chem 2013:1–10.

    Артикул Google ученый

  • Гурунатан С., Раман Дж., Абд Малек С.Н. и др. (2013)Зеленый синтез наночастиц серебра с использованием Ganoderma neo-japonicum Imazeki: потенциальный цитотоксический агент против клеток рака молочной железы.Int J Nanomedicine 8: 4399–4413.

    Google ученый

  • Равендран П., Фу Дж., Валлен С.Л. (2003) Полностью «зеленый» синтез и стабилизация металлических наночастиц. J Am Chem Soc 125:13940–13941.

    Артикул Google ученый

  • Regiel-Futyra A, Kus-Lis̈kiewicz M, Sebastian V et al (2015) Разработка нецитотоксичных нанокомпозитов хитозан-золото в качестве эффективных антибактериальных материалов.Интерфейсы Appl Mater ACS 7: 1087–1099.

    Артикул Google ученый

  • Погуберович С.С., Крчмар Д.М., Малетич С.П. и др. (2016) Удаление As(III) и Cr(VI) из водных растворов с использованием «зеленых» наночастиц нульвалентного железа, полученных из экстрактов листьев дуба, шелковицы и вишни. Экол Инж 90:42–49.

    Артикул Google ученый

  • Фалькаро П., Рикко Р., Язди А. и др. (2016) Применение наночастиц металлов и оксидов металлов @ MOF.Coord Chem Rev 307: 237–254.

    Артикул Google ученый

  • Мукерджи С., Чоудхури Д., Котчерлакота Р. и др. (2014) Возможное тераностическое применение биосинтезированных наночастиц серебра (система 4-в-1). Тераностика 4: 316–335.

    Артикул Google ученый

  • Weil M, Meißner T, Busch W et al (2015) Окисленное состояние нанокомпозита Carbo-Iron® не оказывает неблагоприятного воздействия на рост, выживаемость и дифференциальную экспрессию генов у рыбок данио.Sci Total Environ 530–531: 198–208.

    Артикул Google ученый

  • Meng M, He H, Xiao J et al (2016) Контролируемый синтез на месте наночастиц серебра на многослойных шелковых волокнах с пленочным покрытием для антибактериального применения. J Коллоидный интерфейс Sci 461: 369–375.

    Артикул Google ученый

  • Долина Дж., Дворжак Л., Ледерер Т. и др. (2016) Характеристика морфологических, антимикробных и выщелачивающих свойств полученных in situ полиуретановых нановолокон, легированных бегенатом серебра.RSC Adv 6: 23816–23826.

    Артикул Google ученый

  • Bansal A, Verma S (2014) Поиск альтернативных плазмонных материалов для конкретных приложений. Индийский J Mater Sci 2014: 1–10.

    Артикул Google ученый

  • Оладжире А.А., Карим А., Олалеке А. (2017) Зеленый синтез биметаллических наноструктур [email protected] для каталитической окислительной десульфурации модельного масла.J Nanostructure Chem 7: 159–170.

    Артикул Google ученый

  • де Врис Дж. Г., де Врис А., Такер К. Э., Миллер Дж. А. (2010) Палладиевый катализ в производстве фармацевтических препаратов. хим. техн. 33:125–130.

  • Гопидас К.Р., Уайтселл Дж.К., Фокс М.А. (2003) Синтез, характеристика и каталитическое применение дендримера с сердцевиной из наночастиц палладия. Нано Летт 3: 1757–1760.

    Артикул Google ученый

  • Мегана С., Кабра П., Чакраборти С., Падмавати Н. (2015) Понимание пути антибактериальной активности наночастиц оксида меди.RSC Adv 5: 12293–12299.

    Артикул Google ученый

  • Zhang W, Wang C-B, Lien H-L (1998) Обработка хлорорганических загрязнителей наноразмерными биметаллическими частицами. Катал Сегодня 40: 387–395.

    Артикул Google ученый

  • Sun H, Zhang YY, Si SH и др. (2005) Пьезоэлектрический кварцевый кристалл (PQC) с фотохимически осажденными наноразмерными частицами Ag для определения следовых количеств цианидов в воде.Приводы датчиков B Chem 108:925–932.

    Артикул Google ученый

  • Li H, Wang Q, Xu J et al (2002) Новый амперометрический датчик газа SO 2 , собранный из нано-алюминия: подготовка, характеристика и чувствительность. Датчики Приводы B Chem 87:18–24.

    Артикул Google ученый

  • Gottschalk F, Sondere T, Schols R, Nowack B (2009) Моделирование концентраций искусственных наноматериалов в окружающей среде для различных регионов.Environ Sci Technol 43:9216–9222.

    Артикул Google ученый

  • Gottschalk F, Nowack B (2011) Выброс инженерных наноматериалов в окружающую среду. J Environ Monit 13: 1145–1155.

    Артикул Google ученый

  • Mueller NC, Nowack B (2008) Моделирование воздействия инженерных наночастиц в окружающей среде. Environ Sci Technol 42:44447–44453.

    Артикул Google ученый

  • Wigginton NS, Haus KL, Hochella MF (2007) Наночастицы водной среды.J Environ Monit 9: 1306–1316.

    Артикул Google ученый

  • фон Моос Н., Майяр Л., Славейкова В.И. (2015) Динамика сублетального действия нано-CuO на микроводоросль Chlamydomonas reinhardtii при кратковременном воздействии. Aquat Toxicol 161: 267–275.

    Артикул Google ученый

  • Burchardt AD, Carvalho RN, Valente A et al (2012) Влияние наночастиц серебра на диатомовые водоросли Thalassiosira pseudonana и цианобактерии Synechococcus sp.Environ Sci Technol 46:11336–11344.

    Артикул Google ученый

  • Oukarroum A, Barhoumi L, Pirastru L, Dewez D (2013) Влияние токсичности наночастиц серебра на рост и жизнеспособность клеток водных растений Lemna gibba . Environ Toxicol Chem 32:902–907.

    Артикул Google ученый

  • Ксёнжик М., Аштемборска М., Стенборовски Р., Быстржеевска-Пиотровска Г. (2015) Токсическое действие наночастиц серебра и платины на пресноводную микроводоросль Pseudokirchneriella subcapitata .Bull Environ Contam Toxicol 94: 554–558.

    Артикул Google ученый

  • Sørensen SN, Engelbrekt C, Lützhøft HH et al (2016) Мультиметодический подход к выявлению токсичности наночастиц платины для водорослей. Environ Sci Technol 19:10635–10643.

    Артикул Google ученый

  • Адамс С.П., Уокер К.А., Обаре С.О., Дохерти К.М. (2014) Противомикробное действие новых наночастиц палладия в зависимости от размера.PLoS One 9:e85981.

    Артикул Google ученый

  • Ауффан М., Роуз Дж., Визнер М.Р., Боттеро Дж.Ю. (2009) Химическая стабильность металлических наночастиц: параметр, контролирующий их потенциальную клеточную токсичность in vitro. Загрязнение окружающей среды 157: 1127–1133.

    Артикул Google ученый

  • Joubert Y, Pan JF, Buffet PE et al (2013) Субклеточная локализация наночастиц золота в эстуарных двустворчатых моллюсках Scobicularia plana после воздействия через воду.Золотой Бык 46: 47–56.

    Артикул Google ученый

  • Чаттерджи С., Бандиопадхьяй А., Саркар К. (2011) Влияние наночастиц оксида железа и золота на рост бактерий, что ведет к биологическому применению. J Нанобиотехнологии 9:34.

    Артикул Google ученый

  • Патрикс В.О. (2014) Токсичность отдельных и смесей наночастиц золота и золота (III) по отношению к Enchytraeus buchholzi (Oligochaeta).Appl Soil Ecol 84: 231–234.

    Артикул Google ученый

  • Гербер А., Бундшу М., Клингельхофер Д., Гронеберг Д.А. (2013) Наночастицы золота: последние аспекты токсикологии человека. J Occup Med Toxicol 8 (32): 1–6.

    Google ученый

  • Челони Г., Марти Э., Славейкова В.И. (2016) Интерактивные эффекты наночастиц оксида меди и светло-зеленых водорослей Chlamydomonas reinhardtii .Aquat Toxicol 170:120–128.

    Артикул Google ученый

  • Aruoja V, Dubourguier HC, Kasemets K, Kahru A (2009) Токсичность наночастиц CuO, ZnO и TiO 2 для микроводорослей Pseudokirchneriella subcapitata . Sci Total Environ 407: 1461–1468.

    Артикул Google ученый

  • Regier N, Cosio C, von Moos N, Slaveykova VI (2015) Влияние наночастиц оксида меди, растворенной меди и ультрафиолетового излучения на биоаккумуляцию меди, фотосинтез и окислительный стресс у водного макрофита Elodea nuttallii .Хемосфера 128: 56–61.

    Артикул Google ученый

  • Гроселл М., Бланшар Дж., Брикс К.В., Гердес Р. (2007) Физиология имеет решающее значение для изучения взаимодействия между соленостью и острой токсичностью меди для рыб и беспозвоночных. Aquat Toxicol 84: 162–172.

    Артикул Google ученый

  • Liu G, Liu Z, Li N et al (2014) Волосатые полиэлектролитные щетки с привитыми термочувствительными микрогелями в качестве искусственной синовиальной жидкости для одновременной биомиметической смазки и лечения артрита.Интерфейсы приложений ACS Mater 6: 20452–20463.

    Артикул Google ученый

  • Oukarroum A, Bras S, Perreault F, Popovic R (2012) Ингибирующее действие наночастиц серебра на две зеленые водоросли, Chlorella vulgaris и Dunaliella tertiolecta . Экотоксикол Environ Saf 78:80–85.

    Артикул Google ученый

  • Kasner E, Hunter CA, Ph D et al (2013) Для ряски ( Landoltia punctata ) оксид меди в виде наночастиц является более ингибирующим, чем растворимая медь в объемном растворе.Окружающая среда Загрязнение 70: 646–656.

    Google ученый

  • Шевцу А., Эль-Темсах Ю.С., Йонер Э.Дж., Черник М. (2011)Окислительный стресс, вызванный у микроорганизмов наночастицами нульвалентного железа. Микробы Окружающая среда 26: 271–281.

    Артикул Google ученый

  • фон Моос Н., Славейкова В.И. (2014)Окислительный стресс, вызванный неорганическими наночастицами у бактерий и водных микроводорослей – современное состояние и пробелы в знаниях.Нанотоксикология 8:605–630.

    Артикул Google ученый

  • Джессоп П.Г., Трахтенберг С., Уорнер Дж. (2009) Двенадцать принципов зеленой химии. в Инновации в промышленной и технической химии Vol. 1000, Серия симпозиумов ACS, гл. 12:401–436.

  • Анастас П., Эгбали Н. (2009) Зеленая химия: принципы и практика. Chem Soc Rev 39: 301–312.

    Артикул Google ученый

  • Полякофф М., Фитцпатрик Дж.М., Фаррен Т.Р. и др. (2002) Зеленая химия: наука и политика перемен.Наука. 297:807–810.

  • Varma RS (2014) Путешествие по более экологичным путям: от использования альтернативных источников энергии и безопасных реакционных сред до устойчивого применения нанокатализаторов в синтезе и восстановлении окружающей среды. Зеленая химия 16:2027.

    Артикул Google ученый

  • Padil VVT, Saravanan P, Sreedhar B et al (2011) Простой синтез и характеристика наночастиц Ag, Au и Pt с использованием натуральной гидроколлоидной камеди кондагогу ( Cochlospermum gossypium ).Colloids Surfaces B Biointerfaces 83: 291–298.

    Артикул Google ученый

  • Виркутите Дж., Варма Р.С. (2011)Зеленый синтез металлических наночастиц: биоразлагаемые полимеры и ферменты в стабилизации и функционализации поверхности. Химические науки 2:837.

    Артикул Google ученый

  • Синелли М., Коулз С.Р., Надагуда М.Н. и др. (2015) Модель классификации на основе «зеленой» химии для синтеза наночастиц серебра.Зеленая химия 17: 2825–2839.

    Артикул Google ученый

  • Verbeken D, Dierckx S, Dewettinck K et al (2003) Переоценка камеди карайи (E 416) в качестве пищевой добавки. EFSA J 14:10–21.

    Google ученый

  • Bhat RV, Sesikeran B, Reddy CVK, Radhaiah G (1987) Токсикологическая оценка камеди карайи у макак-резусов . J Безопасность пищевых продуктов 8: 161–166.

    Артикул Google ученый

  • Мортенсен А., Агилар Ф., Кребелли Р. и др. (2016) Переоценка камеди карайи (Е 416) в качестве пищевой добавки.EFSA J 14(12):4598.

    Google ученый

  • Падиль В.В.Т., Вацлавек С., Черник М. (2016) Зеленый синтез: наночастицы и нановолокна на основе древесной камеди для экологических целей. Ecol Chem Eng S 23:533–557.

    Google ученый

  • Padil VVT, Černík M (2015) Поли(виниловый спирт)/камедь карайи электропрядёная плазменная мембрана для удаления наночастиц (Au, Ag, Pt, CuO и Fe 3 O 4 ) из водных растворов .J Hazard Mater 287: 102–110.

    Артикул Google ученый

  • Ma H, Уоллис Л.К., Даймонд С. и др. (2014)Влияние солнечного УФ-излучения на токсичность наночастиц ZnO за счет образования фотокаталитических активных форм кислорода (АФК) и фотоиндуцированного растворения. Загрязнение окружающей среды 193: 165–172.

    Артикул Google ученый

  • Аруоя В., Похрел С., Сихтмаэ М. и др. (2015) Токсичность 12 наночастиц на основе металлов для водорослей, бактерий и простейших.Environ Sci Nano 2: 630–644.

    Артикул Google ученый

  • Максвелл К., Джонсон Г.Н. (2000) Флуоресценция хлорофилла — практическое руководство. J Exp Bot 51: 659–668.

    Артикул Google ученый

  • Fabrega J, Luoma SN, Tyler CR et al (2011) Наночастицы серебра: поведение и эффекты в водной среде. Environ Int 37: 517–531.

    Артикул Google ученый

  • Морено-Гарридо И., Перес С., Бласко Дж. (2015) Токсичность наночастиц серебра и золота для морских микроводорослей.Mar Environ Res 111: 60–73.

    Артикул Google ученый

  • Rauch S, Morrison GM (2008) Экологическая значимость элементов платиновой группы. Элементы 4: 259–263.

    Артикул Google ученый

  • Griffitt RJ, Luo J, Gao J и др. (2008) Влияние состава и видов частиц на токсичность металлических наноматериалов в водных организмах. Environ Toxicol Chem 27:1972–1978.

    Артикул Google ученый

  • Иваск А., Курвет И., Касемец К. и др. (2014) Токсичность наночастиц серебра в зависимости от размера для бактерий, дрожжей, водорослей, ракообразных и клеток млекопитающих in vitro. PLoS One 9:e102108.

    Артикул Google ученый

  • Iswarya V, Manivannan J, De A et al (2016) Покрытие поверхности и зависящая от размера токсичность наночастиц золота на разных трофических уровнях.Environ Sci Pollut Res 23:4844–4858.

    Артикул Google ученый

  • фон Моос Н., Боуэн П., Славейкова В.И. (2014) Биодоступность неорганических наночастиц для планктонных бактерий и водных микроводорослей в пресной воде. Environ Sci Nano 1:214.

    Артикул Google ученый

  • Vannini C, Domingo G, Marsoni M et al (2011) Физиологические и молекулярные эффекты, связанные с обработкой палладием в Pseudokirchneriella subcapitata .Aquat Toxicol 102:104–113.

    Артикул Google ученый

  • Klaine SJ, Alvarez PJJ, Batley GE et al (2008) Наноматериалы в окружающей среде: поведение, судьба, биодоступность и эффекты. Environ Toxicol Chem 27: 1825–1851.

    Артикул Google ученый

  • Navarro E, Piccapietra F, Wagner B et al (2008) Токсичность наночастиц серебра по отношению к Chlamydomonas reinhardtii .Environ Sci Technol 42:8959–8964.

    Артикул Google ученый

  • Бондаренко О., Югансон К., Иваск А. и др. (2013) Токсичность наночастиц Ag, CuO и ZnO для выбранных экологически значимых тестовых организмов и клеток млекопитающих in vitro: критический обзор. Arch Toxicol 87: 1181–1200.

    Артикул Google ученый

  • Земке-Уайт В.Л., Клементс К.Д., Харрис П.Дж. (2000) Кислотный лизис макроводорослей морскими травоядными рыбами: влияние кислого рН на пористость клеточной стенки.J Exp Mar Bio Ecol 245:57–68.

    Артикул Google ученый

  • Бхатт И., Трипати Б.Н. (2011) Взаимодействие сконструированных наночастиц с различными компонентами окружающей среды и возможные стратегии оценки их риска. Хемосфера 82: 308–317.

    Артикул Google ученый

  • Bar-Ilan O, Albrecht RM, Fako VE, Furgeson DY (2009) Оценка токсичности наночастиц золота и серебра разного размера в эмбрионах рыбок данио.Малый 5: 1897–1910.

    Артикул Google ученый

  • Nam S-H, Kwak JII, An YJ (2018) Количественная оценка токсичности наночастиц серебра для водорослей в почве с помощью фотосинтетического и проточного цитометрического анализа. Научный отчет 8:292.

    Артикул Google ученый

  • Суппи С., Касемец К., Иваск А. и др. (2015) Новый метод сравнения биоцидных свойств наноматериалов с бактериями, дрожжами и водорослями.J Hazard Mater 286: 75–84.

    Артикул Google ученый

  • Navarro E, Wagner B, Odzak N et al (2015) Влияние наночастиц серебра с различным покрытием на фотосинтез Chlamydomonas reinhardtii . Environ Sci Technol 49:8041–8047.

    Артикул Google ученый

  • Piccapietra F, Allué CG, Sigg L, Behra R (2012) Внутриклеточное накопление серебра в Chlamydomonas reinhardtii при воздействии наночастиц серебра, покрытых карбонатом, и нитрата серебра.Environ Sci Technol 46:7390–7397.

    Артикул Google ученый

  • Кукумаги М., Остонен И., Куппер П. и др. (2014) Влияние повышенной атмосферной влажности на компоненты дыхания почвы в молодом лесу из березы повислой. Agric For Meteorol 194: 167–174.

    Артикул Google ученый

  • Наварро Э., Баун А., Бехра Р. и др. (2008) Экологическое поведение и экотоксичность инженерных наночастиц для водорослей, растений и грибов.Экотоксикология 17:372–386.

    Артикул Google ученый

  • Melegari SP, Perreault F, Costa RHR et al (2013) Оценка токсичности и окислительного стресса, вызванного наночастицами оксида меди в зеленой водоросли Chlamydomonas reinhardtii . Aquat Toxicol 142–143: 431–440.

    Артикул Google ученый

  • Behra R (2015) Коллоидная стабильность и токсичность наночастиц золота и хлорида золота на Chlamydomonas reinhardtii .Аква-геохимия 21: 331–342.

    Артикул Google ученый

  • Преобразование руды в металл

    Металлы — это минералы или вещества, которые естественным образом образуются под поверхностью Земли. Металлы неорганические, а это значит, что они образовались из неживых веществ. Металлы – это природные соединения земной коры, встречающиеся в виде металлических руд и связанные друг с другом, а также со многими другими элементами. Встречаются они и в природе в горных породах, омываемых поверхностными и подземными водами, а также в атмосферной пыли.

    Металл очень прочный и долговечный, поэтому из него изготавливают самые разные предметы. Они используются в производстве автомобилей, спутников, кухонной утвари и других предметов. Большинство металлов твердые, но некоторые нет. Натрий и калий можно резать ножом, тогда как ртуть представляет собой жидкий металл при комнатной температуре. Железо – твердый элемент в природе.

    Что такое руда?

    Руда — это месторождение одного или нескольких ценных минералов в земной коре. Металлы, необходимые для промышленности и торговли, такие как медь, золото и железо, находятся в наиболее ценных рудных месторождениях.

    Руды классифицируются в зависимости от того, как они образуются. Некоторые руды образуются в результате охлаждения и кристаллизации минералов в магмах, лавах или магматических интрузиях. Их называют магматическими или вулканическими рудами. Руды никеля, меди и железа обычно образуются из магматических или вулканических месторождений.

    Карбонатно-щелочные руды, кроме вулканических и активных, образуются в результате магматических процессов. Карбонатно-щелочная группа включает руды редкоземельных элементов, а также некоторые алмазы.Если руды могут образоваться в результате магматических процессов, то они могут образоваться и в результате метаморфических или осадочных процессов. Свинец, цинк и серебро часто встречаются в метаморфических рудах, как и некоторые оксиды железа. В осадочных условиях формировались полосчатые образования железа, а также золота, платины, цинка, олова и даже алмазосодержащих руд.

    Гидротермальные процессы могут привести к образованию руды. Эти процессы связаны с воздействием на горные породы и минералы чрезвычайно горячей воды, что чаще всего происходит вблизи океанических гидротермальных жерл или горячих источников.Гидротермальные процессы произвели большую часть мировых золотых и урановых руд.

    Преобразование концентрированной руды в металл

    Выделение металла из концентрированной руды включает очистку металлов от соединений, в которых они находятся, до их исходного состояния. Концентрированную руду сначала превращают в оксид, а затем осуществляют извлечение металла путем восстановления оксида до металла подходящим восстановителем.

    Руды концентрируются в исходной оксидной, карбонатной, сульфидной или галоидной форме.Предпочтительно превращать соединения металлов в оксиды, чтобы получить из этих химикатов чистые металлы.

    Оксиды металлов легко восстанавливаются, и можно получить чистый металл. Два процесса используются для преобразования концентрированных руд в оксиды металлов. Этими процессами являются кальцинирование (нагревание с недостаточным количеством воздуха) и обжиг руды (нагревание с недостаточным количеством воздуха).

    Прокаливание

    Прокаливание — это процесс превращения руды в оксид путем ее быстрого нагрева.Этот метод часто используется для преобразования карбонатов и гидроксидов в соответствующие им оксиды.

    При отсутствии воздуха карбонатные руды нагревают. В отсутствие воздуха и тепла СО 3 превращается в СО 2 и О. Металл сохраняет О в виде оксида металла. Любая вода, содержащаяся в руде, также удаляется при нагревании. Нагрев также удаляет любые летучие примеси или газы, которые могут быть захвачены рудой. Процесс превращения каламиновой руды или карбоната цинка в ZnO путем прокаливания показан ниже.

    [CU (H 2 o) 6 ] 9059 6 ] +2 + 4nh 3 ⇢ [CU (H 2 o) 2 (NH 3 ) 4 ] + 2 (комплексный ион)

    Прокаливание относится к продуктам прокаливания, независимо от того, какие именно соединения подвергаются термической обработке.

    Обжиг

    Обжиг — это металлургический процесс, при котором руда превращается в оксид путем нагревания ниже точки плавления в присутствии избытка воздуха.

    В то время как кальцинирование в основном используется для окисления карбонатов, обжиг представляет собой метод преобразования сульфидных руд. Сульфидные руды обжигают или нагревают в большом количестве воздуха. Сульфид превращается в диоксид серы. Когда металл реагирует с кислородом воздуха, он образует металл – оксид. Удаление газообразных и других летучих примесей осуществляется путем нагревания. В следующем примере показано, как обжиг превращает руду цинковой обманки (сульфид цинка) в ZnO.

    2ZnS + 3O 2 ⇢ 2ZnO + 2SO 2

    Неметаллические примеси и влага выделяются в виде летучего газа во время обжига.Процесс обжига включает термические реакции твердого тела и газа, такие как восстановление, окисление, хлорирование, сульфатирование и пирогидролиз. Обжиг с использованием сульфидов является основным источником загрязнения воздуха, а основным недостатком этого процесса является то, что он выделяет большое количество металлических, токсичных и кислотных соединений, наносящих вред окружающей среде. Другие руды, такие как руды на основе оксидов металлов и руды на основе хлоридов металлов, не подвергаются воздействию процессов кальцинирования и обжига. Термическая обработка удаляет примеси и воду из этих руд.

    Разница между прокаливанием и обзором

    Обжарка

    Процветание — это процесс, в котором подается либо ограниченное количество воздуха, либо поставляется или руда нагревается при отсутствии воздуха.

    Обжиг – это процесс нагревания руды до температуры ниже точки ее плавления в присутствии кислорода или воздуха.

    Термическое разложение карбонатных руд связано с прокаливанием.

    Обжиг в основном используется для сульфидных минералов.

    При обжиге из руды извлекается влага.

    Обжиг не включает обезвоживание руды.

    При прокаливании образуется двуокись углерода.

    Во время обжига выделяется большое количество токсичных, кислотных и металлических соединений.

    CO 3 превращается в CO 2 и O

    Здесь сульфид превращается в диоксид серы.

    Примеры вопросов

    Вопрос 1: Что произойдет, если вы коснетесь металлического кальция?

    Ответ:

    Кальций реагирует с водой или влагой, вызывая тепло. Металлический кальций может вызвать сильное коррозионное раздражение при контакте с влагой в глазах, теле или дыхательных путях.

    Вопрос 2. Какой металл самый мягкий?

    Ответ:

    Цезий считается самым мягким металлом, а свинец считается одним из самых мягких металлов.Ртуть является жидкостью при комнатной температуре (расплавленной). При температуре тела галлий представляет собой жидкость, а при комнатной температуре — твердое тело (если оно мягкое).

    Вопрос 3. Как неметаллы реагируют с водой?

    Ответ:

    Неметаллы не реагируют с водой, но обычно очень активны на воздухе, поэтому некоторые из них хранятся в воде. Фосфор, например, является высокореактивным неметаллом, который загорается на воздухе, поэтому его хранят в воде, чтобы избежать контакта с атмосферным кислородом.

    Вопрос 4. Почему кальцинирование происходит в отсутствие кислорода?

    Ответ:

    Для карбонатных руд используется кальцинирование. Руды интенсивно разогреваются в отсутствие кислорода в процессе обжига (воздух). Это делается для преобразования карбонатов металлов в диоксид углерода и оксиды металлов. Если эти руды нагревать в присутствии кислорода или воздуха, реакции не происходит, и весь процесс становится неэффективным.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.