khimie.ru

Проблема связывания азота уже давно занимает умы химиков и технологов. Еще более двухсот лет назад великий химик К. Шееле предложил первый вариант ее решения, получив при нагревании карбоната натрия, угля и азота цианид натрия. В начале нашего века был разработан знакомый вам по школьному учебнику каталитический способ синтеза аммиака из азота и водорода (его называют габеровским по имени изобретателя), который является важнейшим процессом азотной промышленности и на сегодняшний день. Но наука не стоит на месте, и ученые ищут и находят новые возможности для решения задачи.

Можно использовать двойную соль ванадия и магния, которую получим, восстанавливая соединения ванадия в кислом растворе в присутствии сульфата магния. Добавьте 8,8 г сульфата ванадила VOSO₄∙3Н₂О, 12,5 г сульфата магния МgSO₄∙7Н₂O, 6,8 г гранулированного цинка и 15 мл 93%-ного раствора Н₂SO₄ в коническую колбу объемом 150 мл, содержащую 70 мл воды. Если нет соли ванадила, то ее можно получить, восстанавливая оксид ванадия (V). Закройте колбу пробкой с клапаном Бунзена, который представляет собой резиновую трубку, закрытую с одного конца, с прорезью посередине для создания в колбе восстановительной атмосферы. Перемешивание ведите с помощью магнитной мешалки (осторожно! Выделяется водород!).

При реакции выделяющийся в растворе водород восстанавливает ванадий до двухвалентного состояния. При этом голубой цвет раствора соли ванадила последовательно меняется на зеленый (соль V³⁺) и в конце на фиолетовый (соль V²⁺). Восстановление продолжайте 1,5 часа. Затем охладите раствор в морозильной камере холодильника. При охлаждении выпадают фиолетовые игольчатые кристаллы соли VSO₄∙хМgSO₄∙уН₂O, которая, конечно, содержит примесь сульфата цинка. Эта соль устойчива на воздухе. Слейте с кристаллов раствор и отделите стеклянным шпателем соль от непрореагировавшего цинка, после чего высушите кристаллы между листами фильтровальной бумаги на воздухе.

В пробирке растворите 1,5 г полученной соли в 5 мл воды, добавьте 10 мл 20-30 %-ного раствора гидроксида натрия и встряхивайте пробирку несколько минут. Во время встряхивания идут такие процессы:

N₂ + 4V(ОН)₂ + 4Н₂О = N₂Н₄ + 4V(ОН)₃;

N₂ + 6V(ОН)₂ +6Н₂0 = 2NН₃ + 6V(ОН)₃.

Отфильтруйте выпавший осадок гидроксидов, а фильтрат разделите на две пробирки. Концентрация гидразина N₂Н₄ в фильтрате мала, поэтому обнаружить его с помощью качественных реакций с сильным окислителем (перманганатом, дихроматом или йодом) не удается, а для более чувствительных методов обнаружения нужны труднодоступные органические вещества (производные бензальдегида). Поэтому проведите обычные качественные реакции на аммиак. Добавьте в первую порцию фильтрата несколько капель реактива Несслера (раствор К₂[НgI₄]). При этом появляется желтое окрашивание, что указывает на присутствие аммиака. Кроме того, аммиак интенсивно выделяется из сильнощелочного фильтрата, в результате концентрация этого газа в пространстве над раствором возрастает. Прибавьте ко второй порции фильтрата несколько капель концентрированного раствора НС1, при этом в пробирке образуется белый дым — кристаллы NН₄С1:

NН₃ + НС1 = NH₄С1.

Конечно, приведенная методика не подходит для технологов — слишком мал выход продуктов. Но ученые — в постоянном поиске, и, возможно, скоро появятся новые промышленные способы связывания азота.