Интернет-журнал 'Домашняя лаборатория', 2007 №12 - Журнал «Домашняя лаборатория»

Фосфор красный Р — содержится в обмазке спичечных коробок.

Хлорат калия КСlO3 — является наиболее часто употребимым окислителем в пиротехнике. Получается пропусканием хлора в 32 % раствор едкого калия (КОН) при температуре 75…80 °C под тягой. Необходимое количество хлора может быть рассчитано по уравнению:

6КОН + 3Сl2 = КСlO3 + 5КСl + 3Н2O

После пропускания в раствор хлора, раствор охлаждается, и хлорат калия выпадает в осадок, после чего его отфильтровывают, промывают небольшими количеством ледяной воды и высушивают при температуре не выше 100 °C. Такой метод получения мало употребим вследствие сложности получения хлора и его ядовитости. Наиболее распространен метод получения хлората калия электролитическим путем. Хлорат калия получают электролизом раствора хлористого калия (КСl) при температуре 75…80 °C. Анодом служит графит, катодом медь или нержавеющая сталь. При определенной плотности тока на электродах и при определенной концентрации раствора хлористого калия, можно получать выход хлората калия до 92… 95 %. Однако автором разработан метод получения хлората калия не требующий принудительного поддержания температуры, регулирование концентрации электролита и определенной плотности тока. В этом случае выход хлората калия по току не достигает указанного выше, расход электроэнергии повышен, но вмешательства в идущий процесс не требуется, количество манипуляций сведено к минимуму. Описываемый ниже метод особенно подходит для нарабатывания необходимых для небольшой химической лаборатории количеств хлората калия.

Описание оборудования: Электролизер — представляет собой стеклянный сосуд емкостью 3 литра с термометром до 1000 и плотно закрывающейся крышкой. В крышке сосуда закреплены два электрода, один из которых (катод) выполнен из нержавеющей стали 1XI8H10T. Площадь катода равна площади анода выполненного из графита. Графитовый электрод выполнен из 2-х соединенных электрически графитовых вкладыша, применяемых в контактных штангах троллейбусов. Данный тип графита имеет достаточную плотность и электропроводность для целей электролиза и имеет механическую прочность достаточную для нарезания в нем резьбы для присоединения электропроводников. Стеклянный сосуд имеет теплоизоляцию из 2–3 слоев толстого сукна или 6–8 слоев хлопчатобумажной ткани. Источником тока для электролизера служит выпрямитель для зарядки аккумуляторных батарей напряжением 12…24 вольта с подсоединенным к его сетевой обмотке автотрансформатором на 10 А.

Описание метода: В электролизер заливают 2,8 л. насыщенного (до прекращения растворения при 20 °C) раствора хлористого калия в воде подогретого после насыщения до 50…60 °C. Включают ток и по термометру добиваются установления температуры электролита в 75…80 °C, регулируя напряжение на электролизере автотрансформатором. При недостатке температуры увеличивают ток, при превышении температуры уменьшают ток. Необходимым условием работы электролизера является значительное выделение газов на электродах. Если выделение газа на электродах незначительно, а температура склонна подниматься выше 80 °C необходимо снять с электролизера слой теплоизоляции до установления указанной температуры. Если выделение газов на электродах значительно, а температура не поднимается до 75 °C, необходимо добавить лишний слой теплоизоляции. Образующиеся в результате электролиза газы (хлор, водород), необходимо отводить из электролизера по резиновому шлангу из помещения. После установления температуры, электролиз ведут 7…8 часов. После этого сливают горячий электролит в отдельный стеклянный сосуд и дают охладиться до комнатной температуры. На дно сосуда выпадают красивые пластинчатые кристаллы хлората калия, которые отделяют от электролита фильтрованием. В охлажденный фильтрат электролита вводят хлористый калий до прекращения его растворения. После чего электролит вновь подогревают до 60…70 °C, заливают в электролизер и включают ток. После 7…8 часов работы электролизера, повторяют процесс выделения из электролита хлората калия и загрузку хлористого калия. Таким образом, электролиз продолжают до значительного срабатывания графитовых электродов, которые затем заменяют на новые. Выход хлората калия после каждого 7…8 часового цикла электролиза от 100 до 200 г. В указанное количество электролита полезно вводить бихромат калия (К2Сr2О7) в количестве 2…4 г. Для лучшего выхода хлората калия в начале процесса, полезно ввести в электролит 10…20 г едкого калия (КОН).

Выделенные из электролита пластинчатые кристаллы хлората калия загрязнены частицами графита, являющегося горючим веществом. Загрязненные кристаллы нельзя применять в пиротехнической практике, так как высушенные они будут обладать повышенной взрывоопасностью. Для очистки кристаллов их растворяют в кипящей воде до прекращения растворения, после чего горячий раствор фильтруют через плотный суконный или фетровый фильтр. Фильтрат охлаждают, после этого из него выделяются чистые кристаллы хлората калия, которые отфильтровываются и высушиваются. Фильтрат, вследствие большого содержания в нем хлората калия, используется для следующих перекристаллизаций грязного хлората калия. Сырье для производства хлората калия — хлористый калий продается в магазинах торгующих удобрениями.

Хлорная кислота HClO4 — получается по способу Роско. Насыщенный и горячий раствор хлората калия обрабатывают избытком кремнефтористой кислоты. В результате реакции обмена образуется хлорноватая кислота и труднорастворимый кремнефтористый калий, который отделяют фильтрованием:

2КСlO3 + Н2[SiF6] = 2НСlO3 + К2[SiF6]

Фильтрат (раствор хлорноватой и избытка кремнефтористоводородной кислоты) упаривают до появления белого дыма, затем смесь помещают в реторту с тубусом и подвергают перегонке, в результате которой хлорноватая кислота переходит в хлорную по уравнению:

3НСlO3 = НСlO4 + Сl2 + 2O2 + Н2O

Разбавленную хлорную кислоту (НСlO4∙2Н2O), полученную в результате перегонки, собирают в стеклянную емкость, обернутую полотенцем и охлаждаемую струей холодной воды. Полученная хлорная кислота может быть применена для получения перхлоратов калия и аммония. Не рекомендуется повышать концентрацию хлорной кислоты перегонкой с серной кислотой или под пониженным давлением, так как концентрированная кислота отличается повышенной взрывоопастностью. Необходимая для получения хлорной кислоты кремнефтористоводороная кислота применяется при полировке и травлении стекла, а также как дезинфицирующее вещество для резервуаров производства пива.

Хлорная кислота — также может быть получена из перхлората калия (см.) перегонкой его с серной кислотой под уменьшенным давлением (менее 100 мм. рт. ст.) в присутствии паров воды предохраняющих от образования в холодильнике твердого моногидрата НСlO4∙Н2O.

Хромовый ангидрид СrO3 — применяется в гальванических цехах для получения хромовых покрытий.

Уротропин C6Hi2N4 — продается в аптеках[16].