М.М.Шибико, Ю.В.Мнускина, В.В.Шаповалов
Источник: Доклад IV Международной научной конференции студентов и аспирантов "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов", Донецк: ДонНТУ, ДонНУ. - апрель 2005г.
В настоящее время обнаружено, что соли различных металлов способны экзотермически реагировать с перекисью и надперекисью натрия с выделением кислорода. Содержание кислорода в единице объема надперекиси натрия соизмеримо даже с его содержанием в единице объема твердого кислорода. Поэтому надперекись натрия позволяет создавать на основе реакций ее взаимодействия с солями металлов высокоэффективные термохимические генераторы кислорода для медицинских и технических целей. Надперекись натрия может выделять кислород и в результате поглощения выделяющегося углекислого газа в системах обеспечения жизнедеятельности. Также самораспространяющееся взаимодействие в системах перекись – соль (надперекись – соль) может быть использовано для переработки токсичных отходов производства. При этом не требуется подвод энергии извне.
Работа посвящена изучению системы CuCl – NaO2. Исходными реагентами для приготовления реакционной смеси служили безводный хлорид меди (I) и надперекись натрия. NaO2 использовалась без дополнительной подготовки. Хлорид одновалентной меди получали методом восстановления хлорида двухвалентной меди сернистокислым натрием с последующей сушкой под вакуумом.
При приготовлении реакционной смеси исходные компоненты были взяты в соотношении NaO2:CuCl = 1:1. Данную смесь подвергли дифференциально – термическому (ДТА) и термогравиметрическому (ТГ) анализу. Кривые термического анализа (ДТА и ТГ) записывали в интервале температур 20 – 400°С с использованием стеклянных тиглей и Al2O3 в качестве эталона. В условиях ДТА при нагревании исходной смеси со скоростью 5 град/мин взаимодействие CuCl c NaO2 начинается при 220°С и сопровождается сильным экзотермическим эффектом. При этом на ТГ-кривой наблюдалось скачкообразное уменьшение массы. Кроме проведения ДТА и ТГ из реакционной смеси того же состава и соотношения компонентов изготовили таблетку толщиной 2 мм методом прессования и сожгли ее. Сожженная таблетка была черного цвета, что свидетельствует об образовании оксида CuO в ходе взаимодействия CuCl c перекисным соединением.
По данным ДТА и ТГ можно сделать следующие выводы:
1. На экспериментально полученной кривой ДТА наблюдается только один при 220°С сильный экзотермический эффект, соответствующий взаимодействию соли с перекисным соединением натрия. Как известно, в большинстве случаев (с сульфатами, перхлоратами) взаимодействию с солью предшествует разложение надперекиси натрия до перекиси, которое протекает в два этапа:
| 1 этап: | 2NaO2 = Na2O3.6 + 0.2О2 | (при t = 120 – 190°С) |
| 2 этап: | Na2O3.6 = Na2O2 + 0.8O2 | (при t = 220 –270°С) |
и сопровождается эндотермическим эффектом на кривой ДТА.
В данной работе не обнаружено ни одного эндотермического эфекта. Но маловероятно, что надперекись натрия вступает в реакцию с CuCl, так как уже при 120-190°С начинается её разложение (которое сопровождается незначительным эндотермическим эффектом и на полученной кривой ДТА может быть трудно различимо) и к моменту взаимодействия с солью (220°С) она может уже полностью разложиться.
Более вероятным является предположение взаимодействия CuCl с перекисью натрия, образовавшейся в результате разложения надперекиси, или промежуточным продуктом её разложения Na2O3.6. В обоих случаях отсутствие эндотермического эффекта объясняется перекрыванием его более сильным экзотермическим эффектом реакции взаимодействия соли с Na2O2 или Na2O3.6. Поэтому вероятно, что реакции разложения надперекиси натрия и взаимодействия продукта её разложения с CuCl идут одновременно.
Известно, что некоторые соли, например, перхлораты различных металлов существенно снижают температуру разложения надперекиси натрия. Поэтому можно предположить, что и хлорид меди (I) может обладать свойством снижения температуры её разложения, в результате чего уже при 220°С он взаимодействует с продуктом её распада.
2. Скачкообразное уменьшение массы реакционной смеси на кривой ТГ свидетельствует о том, что в результате реакции выделяется газообразный продукт О2. Как говорилось выше, возможны два типа протекания реакции в исходной смеси:
| Na2O3.6 + 2CuCl = 2CuO + 2NaCl + 0.8O2 | (1) |
| Na2O2 + 2CuCl = 2 NaCl + 2CuO | (2) |
3. По результатам ДТА реакция сопровождается большим выделением тепла. Это подтверждает возможность самораспространяющегося взаимодействия (СРВ) в исследуемой системе. Такие реакции имеют большое преимущество, которое заключается в том, что получение целевого продукта удается осуществить за счет выделяющегося в процессе тепла. При этом можно обойтись без внешних источников энергии и даже использовать часть выделяющейся энергии для других целей. Поэтому поиск новых систем, способных реагировать в режиме СРВ, а также изучение особенностей протекания такого рода реакций весьма актуальны. Особенный интерес в этом отношении представляют реакции пероксидных соединений щелочных металлов с солями ряда металлов, которые могут протекать в режиме СРВ. Сравнительно низкие температуры взаимодействия и скорости делают эти системы чрезвычайно удобными моделями для изучения СРВ.