Руководство к лабораторным занятиям

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Уральский государственный университет им. А.М. Горького»
Факультет химический
Кафедра
неорганической химии
МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Руководство к лабораторным занятиям
Екатеринбург
2007
Введение
К настоящему моменту разработаны десятки методов синтеза нанообъектов различной природы. Напомним, что к числу нанообъектов
относят такие объекты, размер которых хотя бы в одном измерении лежит
в диапазоне от единиц до сотен нанометров (кристаллы, пленки, трубки,
усы, стержни).
Если исключить методы диспергации в шаровых или планетарных
мельницах, то наиболее простыми и доступными в инструментальном
оформлении являются методы, основанные на проведении химических
реакций в водных растворах с последующей термообработкой осадка, геля
или импрегнированного носителя.
Цель
настоящего
руководства
обучить
студентов
основным
практическим навыкам синтеза нано-порошков простых и сложных
оксидов, а также некоторых композитных материалов (керметов, в данном
случае).
Теоретической базой предлагаемых лабораторных синтезов являются
курсы «Общая химия», «Неорганическая химия» и «Аналитическая
химия».
Данное руководство включает 4 методики приготовления исходных
веществ, 14 лабораторных работ по получению нанопорошков простых
оксидов, 5 работ по получению нанопорошков сложных оксидных
соединений и 2 методики получения керметных материалов.
Авторы полагают, что данное пособие окажется полезным и для
специалистов и студентов старших курсов, работающим в области
нанохимии, либо использующим наноматериалы для создания устройств
различного функционального назначения.
2
I.
Синтез исходных веществ и прекурсоров
1. Раствор нитрата алюминия (III)
Раствор, содержащий нитрат алюминия, получают растворением при
нагревании 10 г гидроксида алюминия марки ЧДА в разбавленной (1:3)
азотной кислоте (или двойной перекристаллизацией кристаллогидрата
нитрата алюминия марки Ч, содержащего эквивалентное количество
алюминия). Полученный раствор отфильтровывают через фильтр «белая
лента», переносят в колбу и определяют весовым методом точное
содержание алюминия (в пересчете на оксид алюминия в 1 мл раствора).
Данный раствор может быть использован для синтезов соединений,
содержащих алюминий.
2. Раствор нитрата хрома (III)
Раствор, содержащий нитрат хрома, получают растворением при нагревании
свежеприготовленного гидроксида хрома. 10 г хлорида хрома растворяют
при нагревании в 100 мл воды и осаждают гидроксид хрома 2н. раствором
аммиака. Выпавший осадок отфильтровывают на воронке Бюхнера,
промывают водой до отрицательной реакции на хлорид-ионы (проба с
нитратом серебра) и растворяют в разбавленной азотной кислоте (1:3)).
Полученный раствор отфильтровывают через фильтр «белая лента»,
переносят в колбу и определяют весовым методом точное содержание хрома
(в пересчете на оксид хрома в 1 мл раствора). Данный раствор может быть
использован для синтезов соединений, содержащих хром.
3. Оксалат марганца MnC2O4
Оксалат
марганца
получают
сливанием
горячих
концентрированных
растворов, содержащих 10 г хлорида марганца и полуторакратный избыток
от стехиометрии щавелевой кислоты (или оксалата аммония). Осадок
3
образуется спустя 3-5 минут после сливания. После выпадения осадок
отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают водой до отрицательной
реакции на хлорид-ионы (проба с нитратом серебра) и высушивают в
сушильном шкафу при 50-60оС. Аналогично могут быть получены оксалаты
других переходных металлов.
4. Оксалат меди CuC2O4
Оксалат меди получают сливанием горячих концентрированных растворов,
содержащих
стехиометрии
10
г
сульфата
щавелевой
меди
кислоты
и
(или
полуторакратный
оксалата
избыток
аммония).
от
Осадок
образуется спустя 3-5 минут после сливания. После выпадения осадок
отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают водой до отрицательной
реакции на сульфат-ионы (проба с хлоридом бария) и высушивают в
сушильном шкафу при 50-60оС. Аналогично могут быть получены оксалаты
других переходных металлов.
4
II.
Синтез простых оксидов
Синтез простых оксидов проводят методом сжигания сухих остатков рабочих
растворов, упаренных на водяной бане, содержащих в своем составе все
необходимые компоненты по следующей схеме
Me n+,(NO3)-, H2Oдист
↓
рабочий раствор
Me n+, (NO3)- , H2Oдист,восстановитель
↓
упаривание
↓
сжигание или прокаливание при 500оС
В качестве восстановителей применяют глицин (глицин-нитратный синтез),
мочевину, винную кислоту, лимонную кислоту (метод Печини) и т.д. В
качестве окислителя в данном случае выступают нитрат-ионы, находящиеся
в растворе.
1. Оксид никеля NiO
В стеклянный стакан емкостью 250 мл помещают навеску кристаллогидрата
нитрата
никеля,
необходимую
для
получения
1
грамма
оксида
никеля(необходимо провести соответствующий расчет), прибавляют 100 мл
5
дистиллированной воды и 2 мл концентрированной азотной кислоты. После
полного растворения соли
добавляют навеску глицина, рассчитанную из
стехиометрического уравнения окислительно-восстановительной реакции
между нитратом никеля и глицином и растворяют её при умеренном
нагревании. Далее раствор переносят в фарфоровую чашку на 100 мл,
упаривают на водяной бане до сухого состояния и нагревают на
электрической плитке до возгорания реакционной смеси. Отмечают характер
горения и внешний вид полученного ультрадисперсного оксида никеля.
2. Оксид кобальта CoО
В стеклянный стакан емкостью 250 мл помещают навеску кристаллогидрата
нитрата кобальта, необходимую для получения 1 грамма
оксида
кобальта(необходимо провести соответствующий расчет), прибавляют 100
мл дистиллированной воды и 2 мл концентрированной азотной кислоты.
После полного растворения соли
рассчитанную
из
добавляют навеску лимонной кислоты,
стехиометрического
уравнения
окислительно-
восстановительной реакции между нитратом никеля и лимонной кислотой и
растворяют её при умеренном нагревании. Далее раствор переносят в
фарфоровую чашку на 100 мл, упаривают на водяной бане до сухого
состояния и нагревают на электрической плитке до возгорания реакционной
смеси.
Отмечают
характер
горения
и
внешний
вид
полученного
ультрадисперсного оксида кобальта.
3. Оксид неодима Nd2O3 (вариант 1)
В
стеклянный
стакан
крупнокристаллического
емкостью
оксида
250
мл
неодима,
помещают
прибавляют
1
100
грамм
мл
дистиллированной воды и 2 мл концентрированной азотной кислоты. После
6
полного растворения оксида (при необходимости можно добавить азотной
кислоты) добавляют навеску глицина, рассчитанную из стехиометрического
уравнения
окислительно-восстановительной
реакции
между
нитратом
неодима и глицином и растворяют при умеренном нагревании. Далее раствор
переносят в фарфоровую чашку на 100 мл, упаривают на водяной бане до
сухого состояния и нагревают на электрической плитке до возгорания
реакционной смеси. Отмечают характер горения и внешний вид полученного
ультрадисперсного оксида неодима.
4. Оксид неодима Nd2O3 (вариант 2)
В
стеклянный
стакан
емкостью
крупнокристаллического
оксида
250
мл
неодима,
помещают
1
прибавляют
100
грамм
мл
дистиллированной воды и 2 мл концентрированной азотной кислоты. После
полного растворения оксида (при необходимости можно добавить азотной
кислоты) добавляют навеску глицина, рассчитанную из стехиометрического
уравнения
окислительно-восстановительной
реакции
между
нитратом
неодима и глицином и растворяют при умеренном нагревании.
Далее
раствор переносят в фарфоровую чашку на 100 мл, упаривают на водяной
бане до объема 30-40 мл, пропитывают полученным раствором беззольные
фильтры
и
высушивают
их
в
сушильном
шкафу
при
100-110оС.
Обработанные таким образом фильтры сжигают в алундовом тигле при
500оС.
Отмечают
характер
горения
и
внешний
вид
полученного
ультрадисперсного оксида неодима.
5. Оксид марганца MnO2
В
стеклянный
стакан
емкостью
250
мл
помещают
1
грамм
крупнокристаллического оксида марганца марки ЧДА, прибавляют 100 мл
дистиллированной воды, 2 мл концентрированной азотной кислоты,
7
нагревают
до
60-70оС
и
пипеткой
по
каплям
приливают
2
мл
концентрированной муравьиной кислоты. После полного растворения оксида
(при необходимости можно добавить муравьиной кислоты) добавляют 2 мл
концентрированной азотной кислоты и навеску глицина, рассчитанную из
стехиометрического уравнения окислительно-восстановительной реакции
между нитратом марганца (II) и глицином и растворяют при умеренном
нагревании.
Далее раствор переносят в фарфоровую чашку на 100 мл,
упаривают на водяной бане до сухого состояния. Осторожно отделяют
полученный продукт от чашки и небольшими порциями сжигают в высоком
термостойком стакане, помещенном на нагретую
электрическую плитку.
Отмечают характер горения и внешний вид полученного ультрадисперсного
оксида марганца.
6. Оксид церия CeO2
В
стеклянный
стакан
емкостью
250
мл
помещают
крупнокристаллического оксида церия марки ЧДА,
1
грамм
прибавляют 100 мл
дистиллированной воды, 2 мл концентрированной азотной кислоты,
нагревают до 60-70оС и пипеткой по каплям приливают 5 мл 30% пероксида
водорода. После полного растворения оксида (при необходимости можно
добавить пероксида водорода) добавляют 2 мл концентрированной азотной
кислоты и навеску глицина, рассчитанную из стехиометрического уравнения
окислительно-восстановительной реакции между нитратом церия (III) и
глицином и растворяют при умеренном нагревании.
Далее раствор
переносят в фарфоровую чашку на 100 мл, упаривают на водяной бане до
сухого состояния. Осторожно отделяют полученный продукт от чашки и
небольшими
порциями
сжигают
помещенном на нагретую
в
высоком
термостойком
стакане,
электрическую плитку. Отмечают характер
горения и внешний вид полученного ультрадисперсного оксида церия.
8
7. Оксид индия In2O3
В
стеклянный
стакан
крупнокристаллического
емкостью
оксида
250
мл
индия,
помещают
прибавляют
1
100
грамм
мл
дистиллированной воды и 2 мл концентрированной азотной кислоты. После
полного растворения оксида (при необходимости можно добавить азотной
кислоты) добавляют навеску глицина, рассчитанную из стехиометрического
уравнения окислительно-восстановительной реакции между нитратом индия
и глицином и растворяют при умеренном нагревании.
Далее раствор
переносят в фарфоровую чашку на 100 мл, упаривают на водяной бане до
сухого состояния и нагревают на электрической плитке до возгорания
реакционной смеси. Отмечают характер горения и внешний вид полученного
ультрадисперсного оксида индия.
8. Оксид иттрия Y2O3 (вариант 1)
В
стеклянный
стакан
крупнокристаллического
емкостью
оксида
250
иттрия,
мл
помещают
прибавляют
1
100
грамм
мл
дистиллированной воды и 2 мл концентрированной азотной кислоты. После
полного растворения оксида (при необходимости можно добавить азотной
кислоты)
добавляют
навеску лимонной кислоты, рассчитанную из
стехиометрического уравнения окислительно-восстановительной реакции
между нитратом иттрия и лимонной кислотой и растворяют при умеренном
нагревании.
Далее раствор переносят в фарфоровую чашку на 100 мл,
упаривают на водяной бане до сухого состояния и нагревают на
электрической плитке до возгорания реакционной смеси. Отмечают характер
горения и внешний вид полученного ультрадисперсного оксида иттрия.
9
9. Оксид иттрия Y2O3 (вариант 2,целлюлозная технология)
Подготовка целлюлозы и общая схема образования дисперсного
твердого продукта методом целлюлозной технологии
Целлюлозное сырье
х/б ткань
↓ обработка 70%-ной HNO3, τ = 0,5 ч
Образование соединения
Кнехта
(С6H10O5)n⋅nHNO3
↓ обработка водой
Разрушенение комплекса
Кнехта, образование
активированной формы
целлюлозы
↓пропитка водными растворами солей
Образование интеркаллатов
соли в целлюлозе
↓обработка раствором лимонной кислоты в этаноле
Образование МОЦК
вследствие ионообменной
реакции
↓термоокисление на воздухе 450-5000С
Порошок дисперсного
продукта
10
В
стеклянный
стакан
крупнокристаллического
емкостью
оксида
250
мл
иттрия,
помещают
прибавляют
1
100
грамм
мл
дистиллированной воды и 2 мл концентрированной азотной кислоты. После
полного растворения оксида (при необходимости можно добавить азотной
кислоты)
добавляют
навеску лимонной кислоты, рассчитанную из
стехиометрического уравнения окислительно-восстановительной реакции
между нитратом иттрия и лимонной кислотой и растворяют при умеренном
нагревании.
Далее раствор переносят в фарфоровую чашку на 100 мл,
упаривают на водяной бане до объема 30-40 мл, пропитывают полученным
раствором хлопчатобумажный (целлюлозный) бинт,
и высушивают их в
сушильном шкафу при 100-110оС. Обработанный таким образом бинт
сжигают в алундовом тигле при 500оС. Отмечают характер горения и
внешний вид полученного ультрадисперсного оксида неодима.
10. Оксид циркония ZrO2 (вариант 1)
В
стеклянный
стакан
емкостью
250
мл
помещают
1
грамм
крупнокристаллического оксида циркония и прибавляют смесь семикратного
количества серной кислоты плотностью 1,84 г/мл и семикратного количества
сульфата аммония. Нагревают реакционную смесь на электрической плитке с
асбестированной сеткой при температуре испарения серной кислоты (до
образования густых паров). В результате образуются сульфатные комплексы
цирконил-иона, легко растворимые в воде. После полного растворения
оксида (при необходимости можно добавить серной кислоты и сульфата
аммония) полученный раствор охлаждают до комнатной температуры на
воздухе и разбавляют водой в соотношении 1:3 добавляя её маленькими
порциями по стенке стакана, постоянно перемешивая стеклянной палочкой.
В случае сильного разогревания смеси её охлаждают под струей воды или в
кристаллизаторе с холодной водой. Затем при помешивании осторожно
добавляют концентрированный раствор аммиака до pH 3-4 (значение pH
11
определяют по индикаторной бумаге конго-рот) и наблюдают осаждение
гидроксида циркония. Осадок промывают на воронке Бюхнера до отсутствия
реакции на сульфат-ион (проба с хлоридом бария), добавляют 1 г глицина и
растворяют при умеренном нагревании в 10%-ном растворе щавелевой
кислоты (оксалата аммония) подкисленном азотной кислотой (1:1). При этом
в растворе образуются оксалатные комплексы цирконил-иона. Далее раствор
переносят в фарфоровую чашку на 100 мл, упаривают на водяной бане до
сухого состояния и нагревают на электрической плитке до возгорания
реакционной смеси. Отмечают характер горения и внешний вид полученного
ультрадисперсного оксида циркония.
11. Оксид циркония ZrO2 (вариант 2)
В стеклянный стакан емкостью 250 мл помещают 3 грамма гидрата хлорида
цирконила и прибавляют 100 мл дистиллированной воды, подкисленной 1-2
мл
концентрированной
хлороводородной
кислотой.
После
полного
растворения вещества (при необходимости раствор можно подогреть) при
помешивании осторожно добавляют концентрированный раствор аммиака до
pH 3-4 (значение pH определяют по индикаторной бумаге конго-рот) и
наблюдают осаждение гидроксида циркония. Осадок промывают на воронке
Бюхнера до отсутствия реакции на сульфат-ион (проба с хлоридом бария),
добавляют 3 г мочевины и растворяют при умеренном нагревании в 10%-ном
растворе щавелевой кислоты (оксалата аммония) подкисленном азотной
кислотой (1:1). При этом в растворе образуются оксалатные комплексы
цирконил-иона. Далее раствор переносят в фарфоровую чашку на 100 мл,
упаривают на водяной бане до сухого состояния и нагревают на
электрической плитке до возгорания реакционной смеси. Отмечают характер
горения и внешний вид полученного ультрадисперсного оксида циркония.
12
12. Оксид гафния HfO2
В стеклянный стакан емкостью 250 мл помещают 2 грамма гидрата хлорида
гафнила и прибавляют 100 мл дистиллированной воды, подкисленной 1-2 мл
концентрированной азотной кислотой, 2 грамма нитрата аммония, 2 грамма
глицина и нагревают на электрической плитке при 60-700С. После полного
растворения смеси раствор переносят в фарфоровую чашку на 100 мл,
упаривают на водяной бане до сухого состояния, отделяют от фарфоровой
чашки и сжигают в алундовом тигле при 5000С. Отмечают характер горения
и внешний вид полученного ультрадисперсного оксида гафния (сравнить с
крупнокристаллическим оксидом).
13. Оксид молибдена (VI) MoO3
В
стеклянный
стакан
емкостью
250
мл
помещают
2
грамма
молибденовокислово аммония (парамолибдата аммония), прибавляют 100 мл
дистиллированной
воды,
полуторакратном
избытке
навеску
исходя
из
винной
кислоты,
взятую
стехиометрического
в
уравнения
образования виннокислых комплексов молибдена (VI) состава (
)и
нагревают на электрической плитке при 60-700С. После полного растворения
соли (при необходимости можно добавить винной кислоты) добавляют 2 мл
концентрированной
азотной
кислоты.
Далее
раствор
переносят
в
фарфоровую чашку на 100 мл, упаривают на водяной бане до сухого
состояния, отделяют от фарфоровой чашки и сжигают в алундовом тигле при
5000С.
Отмечают
характер
горения
и
внешний
вид
полученного
ультрадисперсного оксида молибдена (сравнить с крупнокристаллическим
оксидом).
13
14. Оксид ванадия (V) V2O5
В стеклянный стакан емкостью 250 мл помещают 2 грамма ортованадата
аммония , прибавляют 100 мл дистиллированной воды, 2 грамма нитрата
аммония, 2 грамма глицина и нагревают на электрической плитке при 60700С. После полного растворения смеси раствор переносят в фарфоровую
чашку на 100 мл, упаривают на водяной бане до сухого состояния, отделяют
от фарфоровой чашки и сжигают в алундовом тигле при 5000С. Отмечают
характер горения и внешний вид полученного ультрадисперсного оксида
ванадия (сравнить с крупнокристаллическим оксидом).
14
III.
Синтез сложных оксидов
Синтез сложных оксидов проводят методом сжигания сухих остатков
рабочих растворов, упаренных на водяной бане, содержащих в своем составе
все необходимые компоненты по схеме (рис.2.)
MeIn+,( NO3)-, H2Oдист
MeIIn+ , MeIIIn+,(NO3)-, H2Oдист
более электроотрицательный
менее электроотрицательный
компонент
компонент (компоненты)
(раствор А)
(раствор Б)
рабочий раствор
MeIn+, MeIIn+, MeIIIn+,(NO3)-, H2Oдист , восстановитель
↓
Упаривание
↓
сжигание или прокаливание при 500оС
В качестве восстановителей применяют глицин (глицин-нитратный синтез),
мочевину, винную кислоту, лимонную кислоту (метод Печини) и т.д. В
качестве окислителя в данном случае выступают нитрат-ионы, находящиеся
в растворе.
15
Все расчеты по синтезу сложных оксидов проводят из расчета 2 граммов
продукта.
1. Синтез церата бария BaCeO3
Раствор А: В стеклянный стакан емкостью 250 мл помещают рассчитанное
количество нитрата бария, приливают 50 мл дистиллированной воды и
растворяют при умеренном нагревании.
Раствор Б: В стеклянный стакан емкостью 250 мл помещают рассчитанное
количество крупнокристаллического оксида церия марки ЧДА, прибавляют
100 мл дистиллированной воды, 2 мл концентрированной азотной кислоты,
нагревают до 60-70оС и пипеткой по каплям приливают 5 мл 30% пероксида
водорода. После полного растворения оксида (при необходимости можно
добавить пероксида водорода) добавляют 2 мл концентрированной азотной
кислоты и навеску глицина, рассчитанную из стехиометрического уравнения
окислительно-восстановительной реакции между нитратами бария, церия и
глицином и растворяют при умеренном нагревании. Далее растворы
переносят в фарфоровую чашку на 250 мл, тщательно ополаскивают стаканы
дистиллированной водой и их содержимое присоединяют к содержимому
фарфоровой чашки. Полученный рабочий раствор упаривают на водяной
бане до сухого состояния состояния, отделяют от фарфоровой чашки и
сжигают в алундовом тигле при 5000С. Отмечают характер горения и
внешний вид полученного ультрадисперсного церата бария.
2. Синтез индата бария Ba2In2O5
Раствор А: В стеклянный стакан емкостью 250 мл помещают рассчитанное
количество нитрата бария, приливают 50 мл дистиллированной воды и
растворяют при умеренном нагревании.
16
Раствор Б: В стеклянный стакан емкостью 250 мл помещают рассчитанное
количество крупнокристаллического оксида индия, приливают 50 мл
дистиллированной воды, 2 мл концентрированной
азотной кислоты и
растворяют при умеренном нагревании. После полного растворения оксида
(при необходимости можно добавить азотной кислоты) добавляют навеску
глицина, рассчитанную из стехиометрического уравнения окислительновосстановительной реакции между нитратами индия, бария и глицином и
растворяют при умеренном нагревании.
Далее растворы переносят в фарфоровую чашку на 250 мл, тщательно
ополаскивают
стаканы
дистиллированной
водой
и
их
содержимое
присоединяют к содержимому фарфоровой чашки. Полученный рабочий
раствор упаривают на водяной бане до сухого состояния, отделяют от
фарфоровой чашки и сжигают в алундовом тигле при 5000С. Отмечают
характер горения и внешний вид полученного ультрадисперсного индата
бария.
3. Синтез манганита лантана-стронция La0,6Sr0,4MnO3-δ
Раствор А: В стеклянный стакан емкостью 250 мл помещают рассчитанное
количество нитрата стронция и оксида лантана, приливают 100 мл
дистиллированной воды и растворяют при умеренном нагревании, добавляя
по каплям концентрированную азотную кислоту до полного растворения
оксида лантана.
Раствор Б: В стеклянный стакан емкостью 250 мл помещают рассчитанное
количество оксалата марганца (приготовление вещества описано в I разделе
данного методического указания), приливают 50 мл дистиллированной воды,
2 мл концентрированной
нагревании.
После
азотной кислоты и растворяют при умеренном
полного
растворения
оксалата
марганца
необходимости можно добавить азотной кислоты) добавляют
(при
навеску
глицина, рассчитанную из стехиометрического уравнения окислительно17
восстановительной реакции между нитратами лантана, стронция и марганца
и глицином и растворяют при умеренном нагревании.
Далее растворы переносят в фарфоровую чашку на 250 мл, тщательно
ополаскивают
стаканы
дистиллированной
водой
и
их
содержимое
присоединяют к содержимому фарфоровой чашки. Полученный рабочий
раствор упаривают на водяной бане до сухого состояния и нагревают на
электрической плитке до возгорания реакционной смеси. Отмечают характер
горения и внешний вид полученного ультрадисперсного манганита бария,
допированного стронцием.
4. Синтез сложного алюмината бария Ba2NdAlO5
Раствор А: В стеклянный стакан емкостью 250 мл помещают рассчитанное
количество нитрата бария, приливают 50 мл дистиллированной воды и
растворяют при умеренном нагревании.
Раствор Б: В стеклянный стакан емкостью 250 мл помещают рассчитанное
количество крупнокристаллического оксида неодима, приливают 50 мл
дистиллированной воды, 2 мл концентрированной
азотной кислоты и
растворяют при умеренном нагревании. После полного растворения оксида
(при
необходимости
можно
добавить
азотной
кислоты)
приливают
необходимый раствор нитрата алюминия (приготовление раствора описано в
I разделе данного методического указания) добавляют навеску глицина,
рассчитанную
из
стехиометрического
уравнения
окислительно-
восстановительной реакции между нитратами неодима, алюминия и бария и
глицином и растворяют при умеренном нагревании.
Далее растворы переносят в фарфоровую чашку на 250 мл, тщательно
ополаскивают
дистиллированной
водой
стаканы
и
их
содержимое
присоединяют к содержимому фарфоровой чашки. Полученный рабочий
раствор упаривают на водяной бане до сухого состояния , отделяют от
фарфоровой чашки и сжигают в алундовом тигле при 5000С. Отмечают
18
характер горения и внешний вид полученного ультрадисперсного сложного
алюмината бария, содержащего неодим.
5. Синтез купрата бария-иттрия YBa2Cu3O7-δ (ВТСП)
Раствор А: В стеклянный стакан емкостью 250 мл помещают рассчитанное
количество нитрата бария, приливают 50 мл дистиллированной воды и
растворяют при умеренном нагревании.
Раствор Б: В стеклянный стакан емкостью 250 мл помещают рассчитанные
количества крупнокристаллического оксида иттрия и оксалата меди
(приготовление раствора описано в I разделе данного методического
указания),
приливают
концентрированной
нагревании.
50
мл
дистиллированной
воды,
2
мл
азотной кислоты и растворяют при умеренном
После полного растворения оксида и оксалата (при
необходимости можно добавить азотной кислоты) добавляют
навеску
глицина, рассчитанную из стехиометрического уравнения окислительновосстановительной реакции между нитратами бария, иттрия, меди и
глицином и растворяют при умеренном нагревании.
Далее растворы переносят в фарфоровую чашку на 250 мл, тщательно
ополаскивают
дистиллированной
водой
стаканы
и
их
содержимое
присоединяют к содержимому фарфоровой чашки. Полученный рабочий
раствор упаривают на водяной бане до сухого состояния и нагревают на
электрической плитке до возгорания реакционной смеси. Отмечают характер
горения и внешний вид полученного ультрадисперсного сложного оксида.
19
IV. Синтез керметов
1. Синтез кермета Ag-CeO2
В
стеклянный
стакан
емкостью
250
мл
помещают
крупнокристаллического оксида церия марки ЧДА,
1
грамм
прибавляют 100 мл
дистиллированной воды, 2 мл концентрированной азотной кислоты,
нагревают до 60-70оС и пипеткой по каплям приливают 5 мл 30% пероксида
водорода. После полного растворения оксида (при необходимости можно
добавить пероксида водорода) добавляют 2 мл концентрированной азотной
кислоты и навеску нитрата серебра исходя из содержания металлического
серебра в кермете 10 мол %. Далее в раствор добавляют навеску глицина,
рассчитанную
из
стехиометрического
уравнения
окислительно-
восстановительной реакции между нитратом церия (III), нитратом серебра и
глицином и растворяют при умеренном нагревании.
Далее раствор
переносят в фарфоровую чашку на 100 мл, упаривают на водяной бане до
объема 30-40 мл, пропитывают полученным раствором беззольные фильтры
и высушивают их в сушильном шкафу при 100-110оС. Обработанные таким
образом фильтры сжигают в алундовом тигле при 500оС. Отмечают характер
горения и внешний вид полученного ультрадисперсного кермета (сравнить с
оксидом церия).
2. Синтез кермета Ag-HfO2
В стеклянный стакан емкостью 250 мл помещают 3 грамма гидрата хлорида
гафнила и прибавляют 100 мл дистиллированной воды, подкисленной 1-2 мл
концентрированной хлороводородной кислотой. После полного растворения
вещества (при необходимости раствор можно подогреть) при помешивании
осторожно добавляют концентрированный раствор аммиака до pH 3-4
(значение pH определяют по индикаторной бумаге конго-рот) и наблюдают
20
осаждение гидроксида циркония. Осадок промывают на воронке Бюхнера до
отсутствия реакции на сульфат-ион (проба с хлоридом бария), добавляют 3 г
глицина и растворяют при умеренном нагревании в 10%-ном растворе
щавелевой кислоты (оксалата аммония) подкисленном азотной кислотой
(1:1). При этом в растворе образуются оксалатные комплексы гафнил-иона.
Затем в полученный раствор добавляют рассчитанное количество нитрата
серебра исходя из содержания металлического серебра в кермете 10 мол %.
Далее раствор переносят в фарфоровую чашку на 100 мл, упаривают на
водяной бане до объема 30-40 мл,
пропитывают полученным раствором
беззольные фильтры и высушивают их в сушильном шкафу при 100-110оС.
Обработанные таким образом фильтры сжигают в алундовом тигле при
500оС.
Отмечают
характер
горения
и
внешний
вид
полученного
ультрадисперсного кермета.
21
Рекомендации к оформлению отчетов по лабораторным работам
Отчет по лабораторным работам начинают с постановки цели работы,
затем дают обоснование условий проведения эксперимента:
а) методику синтеза описывают с объяснениями условий каждой операции;
б) приводят расчеты масс исходных реагентов;
в) составляют уравнения всех проводимых реакций;
г) Указывают меры предосторожности при проведении синтеза;
д) указывают материалы, реактивы (следует учесть концентрацию и чистоту)
и посуду, которые будут использованы при проведении рабаты.
Описание собственно эксперимента включает:
а) рассмотрение условий и времени проведения эксперимента, отличающихся
от общепринятых;
б) наблюдение за превращениями исходных веществ, происходящими в
процессе синтеза;
в) исследование свойств полученного вещества:
- внешний вид (цвет, морфология);
- растворимость в воде (указать реакцию среды);
- отношение к нагреванию индивидуального вещества на воздухе;
- отношение к растворам кислот и щелочей;
г) расчет выхода
теоретического).
продукта
(абсолютное
значение
и
процент
от
22