Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Удивительная девятка (d-элементы VIII группы). Учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
07.09.2026
Размер:
1 Мб
Скачать
☆
После фильтрации и сушки палладозоаммина его направляют на прокаливание:
[Pd(NH3)2Cl2] → Pd + HCl + NH4Cl.
В аффинаже иридия используются растворы, содержащие (NH4)3[IrCl6] и промывные воды от (NH4)3[IrCl6], которые
обрабатываются азотной кислотой. В результате выпадает осадок гексахлороиридат(IV) аммония:
2(NH4)3[IrCl6] + 2Cl• = 2 (NH4)2[IrCl6] + 2NH4Cl.
Этот осадок отмывается от хлорида аммония и затем вновь растворяется при нагревании в воде с добавлением соляной кислоты для перевода в растворимый (NH
[IrCl6]. Далее
4)3
добавляют азотную кислоту для получения осадка (NH4)2[IrCl6], который направляется на плавку иридия. Раствор упаривается с серной кислотой для удаления остатков азотной кислоты и отправляется на электролиз для выделения иридия электрохимическим способом.
Следует отметить, что сырая платина содержит маленькие количества родия и рутения. Поэтому для их получения используется аффинаж металлов-спутников.
Родий извлекают разными способами. По методу Лебединского, вначале нитритом натрия осаждают и отделяют от раствора осадок гидрооксидов неблагородных металлов; родий остается в растворе в форме Na3[Rh(NO2)6)]. При нитровании реализуются реакции, представленные следующими уравнениями (Me ‒ металл):
2HCl + 2NaNO2 = 2NaCl + NO2 + 8NO + H2O;
[RhCl6] + 6NaNO2 = Na3[Rh(NO2)6] + 3HCl + 3NaCl;
H
3
H
[IrCl6] + 7NaNO2 = Na3[Ir(NO2)6] + 4NaCl + NO2 + 2HCl;
2
80
H2[RuCl6] + 6NaNO2 = Na2[RuNO(NO2)4OH] + 4NaCl + NO2+ HCl;
H2[PtCl6] + 6NaNO2 = Na2[Pt(NO2)4] + 4NaCl + 2NO2 + 2HCl;
H2[PdCl4] +4NaNO2 = Na2[Pd(NO2)4] + 2HCl + 4NaCl;
MeCl3+ 3NaNO2+ 3H2O = Me(OH)3↓ + 3NaCl+ 3HNO2;
MeCl2 + 2NaNO2+ 2H2O = Me(OH)2↓ + 2NaCl+ 2HNO2;
2HNO2 → NO2 + NO + H2O;
2H[AuCl4] + 6NaNO2 → 2Au↓ + 6NaCl + 6NO2 + 2HCl.
После этого с помощью хлористого аммония из раствора на холоду выделяют родий; он уходит в виде малорастворимого комплекса (NH
Na[Rh(NO2)6)]. Однако, с родием в осадок
4)2
переходит и иридий; другие платиновые металлы (рутений, палладий и остатки платины) остаются в растворе. При осаждении осуществляются реакции, представленные следующими уравнениями реакций:
Na3[Rh(NO2)6] + 2NH4Cl = (NH4)2Na [Rh(NO2)6]↓ + 2NaCl;
Na3[Ir(NO2)6] + 2NH4Cl = (NH4)2Na [Ir(NO2)6]↓ + 2NaCl;
Na2[Ru(OH)NO(NO2)4] + 2NH4Cl =
= (NH4)2[Ru(OH)NO(NO2)4] + 2NaCl;
Na2[Pt(NO2)4] + 2NH4Cl = (NH4)2[Pt(NO2)4] + 2NaCl;
Na2[Pd(NO2)4] + 2NH4Cl = (NH4)2[Pd(NO2)4] + 2NaCl.
Осадок затем растворяют в разбавленном едком натре, и из раствора действием аммиака и хлористого аммония осаждают родий уже в форме другого комплексного соединения ‒
[
Rh(NH3)3(NO2)3]. Осадок отделяют и тщательно промывают
81
раствором хлористого аммония. На этом очистка еще не окончена. Осадок загружают в котел с соляной кислотой и нагревают несколько часов. Происходит реакция:
[Rh(NH3)3(NO2)3] + HCl → [Rh(NH3)3Cl3] + NO2 + NO + H2O.
Образуется триамминтрихлорид родия(III) – вещество ярко-желтого цвета, его промывают водой и затем приступают к выделению металлического родия. Соль загружают в печь и прокаливают при 800‒900 0С. Образуется порошкообразный продукт – смесь родия с его оксидами. После охлаждения порошок промывают царской водкой для удаления оставшихся неблагородных примесей. Затем снова загружают в печь и восстанавливают до металла, прокаливая в атмосфере водорода. Таков один из путей получения чистого родия.
Существует также другой путь аффинажа на стадии выделения родия из (NH
Na[Rh(NO2)6)]. Так, после осаждения
4)2
родий-иридиевого концентрата в виде смешанных солей аммония и натрия ‒ (NH4)2Na[Rh(NO2)6)] и (NH4)2Na[Ir(NO2)6)] ‒ производят высаливание. Его суть заключается в том, что при повышенных концентрациях иона натрия наблюдается различная растворимость нитрокомплексов платиновых металлов в водных растворах: комплексы платины, палладия и рутения почти полностью остаются в растворе, иридий остается в растворе на 90–95%, а родий высаливается в виде гексанитрородиат(III) натрия Na3[Rh(NO2)6]. Выход близок к 100%. Вначале родиего-иридиевый концентрат растворяется в соляной кислоте:
(NH4)2Na [Rh(NO2)6] + 9HCl = = H3[RhCl6] + 2NH4Cl + NaCl + 3NO2 + 3NO + 3H2O;
(NH = H
Na [Ir(NO2)6] + 9HCl =
4)2
[IrCl6] + 2NH4Cl + NaCl + 3NO2 + 3NO + 3H2O.
3
82
NO2 с водой может образовывать HNO3, следовательно, в растворе не исключено присутствие некоторого количества «царской водки», что может привести к частичному окислению Ir(III) до Ir(IV). Кроме того, возможно образование
нитрозокомплексов, однако при первом и втором циклах высаливания добиваться полного разрушения нитрозокомплексов не обязательно.
Для высаливания натриевой соли родия в раствор вводится в несколько этапов сухой NaNO2. За полный цикл высаливания выводится до 90% иридия. Количество циклов определяется именно содержанием иридия. Обычно для получения в последующем металлического порошка родия, соответствующего требованиям стандарта, достаточно 3–4 циклов высаливания. Извлечение родия в каждом цикле – 99%. Затем высаленный концентрат растворяется в соляной кислоте, раствор упаривается, фильтруется и идет на электролитическое выделение родия.
Металл щеткой снимают с катода, промывают, сушат при
0
температуре 90
С, измельчают и просеивают. Затем порошок катодного родия загружают в платиновую лодочку с платиновой крышкой и помещают в печь, где в атмосфере водорода протекает восстановление при температуре 1000–1100 0С в течение 2–3 часов. Водород предварительно в течение 20 минут пропускают через холодную печь. Восстановленный в указанных условиях металл охлаждается в атмосфере водорода или углекислого газа до 70–80 0С, он имеет светло-серый цвет.
Последняя операция – очистка восстановленного родия от примесей смесью, содержащей HF, H2SO4 марки «х.ч.» и дистиллированной воды. Содержимое противня выпаривается досуха, охлаждается и вновь загружается той же смесью, и смесь выпаривается до появления паров SO3. Затем родий промывают дистиллированной водой до обесцвечивания промывной воды. Так удается снизить содержание кремния в металлическом родии до допустимого предела. Далее родий промывается разбавленной азотной кислотой в соотношении 1:3
83
в фарфоровых чашках в течение часа при 80 0С до отсутствия свинца в пробе. После проверки раствор декантируется и промывается дистиллированной водой до отсутствия в пробе хлора и свинца. Если по данным анализа в металле обнаруживается избыток железа, то он проваривается в соляной кислоте и затем тщательно отмывается.
Аффинаж рутения производится после отделения основной массы родия и иридия в виде солей ‒ [аммоний-натрий гексанитрородиат(III) и аммоний-натрий гексанитроиридат(III)] cостава: {(NH4)2Na[Rh(NO2)6] + (NH4)2Na[Ir(NO2)6]}.
Рутенийсодержащий раствор упаривается до половины объема и охлаждается: при этом выпадает соль состава
(NH4)2[RuNOCl5]. Содержимое реактора разбавляется водой до 2/3 объема, и отбирается проба на полноту осаждения рутения в
виде указанной комплексной соли. Если, по данным анализа, в растворе есть рутений, то к содержимому реактора добавляется хлорид аммония до отсутствия рутения в пробе. При осаждении
NH4)2[RuNOCl5] осуществляются реакции по следующим
( уравнениям: 2NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + 2HCl;
(NH4)2[Ru(NO) (OH) (NO2)4] + HCl → (NH4)2[RuNOCl5] + H2O + NO2 + NO;
(NH4)2Na [Rh(NO2)6] + 6HCl + NH4Cl = = (NH4)3[RhCl6] + 6HNO2 + NaCl;
(NH4)2Na [Ir(NO2)6] + 6HCl + NH4Cl = (NH4)3[IrCl6] + 6HNO2 + NaCl;
(NH4)2[Pt(NO2)4] + 4HCl = (NH4)2[PtCl4] + 4HNO2.
Образующаяся в результате превращений азотистая кислота
NO
H
может частично взаимодействовать с HCl:
2
84
HNO2+ HCl =H2O + NOCl; NOCl = NO + Cl.
Свободный хлор окисляет иридий, платину, палладий до высших степеней окисления. В результате образуются нерастворимые гексахлороиридат(IV), гексахлороплатинат(IV) и гексахлоропалладат(IV) аммония. Эти соединения загрязняют (NH4)2[RuNOCl5], или пентахлоронитрозорутенат аммония. Пентахлоронитрозорутенат аммония хорошо растворяется в воде и слабых (до 5%-ной концентрации) растворах хлорида аммония, в отличие от малорастворимых ‒ гексахлороплатината(IV) аммония и гексахлороиридата(IV) аммония. Поэтому (NH4)2[RuNOCl5] подвергается перекристаллизации. Соль рутения переходит в раствор, а соли иридия и платины остаются в осадке. Таким образом удается отделить примеси солей платины и иридия.
Далее раствор (NH
[RuNOCl5] после фильтрации
4)2
насыщают хлоридом аммония, и образуется более чистое соединение, служащее исходным продуктом для получения
Na2[Ru(NO)(OH)(NO2)4]•2H2O:
(NH4)2[RuNOCl5] + 7NaNO2 + H2O = Na2[Ru(NO)(NO2)4(OH)] + 5NaCl + 3HNO2 + 2NH3.
Реакция идет бурно, с газовыделением. Затем растворы упариваются и охлаждаются. В условиях насыщения нитритом натрия выпадает кристаллическая соль следующего состава: Na2[Ru(NO)(OH)(NO2)4]·2H2O. Далее ее растворяют в горячей воде, и из раствора производится дополнительное осаждение родия и иридия сухим хлоридом аммония в соединения (NH4)2Na[Rh(NO2)6] и (NH4)2Na[Ir(NO2)6]. После отделения родия и иридия из раствора, который содержит тетранитрогидроксонитрозорутенат, при помощи соляной кислоты осаждается пентахлоронитрозорутенат аммония. Окончание разрушения комплекса определяется по прекращению вспенивания и выделения оксидов азота. Затем
85
пентахлоронитрозорутенат аммония прокаливают в электрических печах при 900 0С. Губчатый рутений отмывают водой от хлорида натрия, далее – от кремнезема смесью плавиковой и серной кислот, после чего рутений восстанавливают в трубчатой печи в атмосфере водорода.
Естественно, что осмий добывают совместно с платиной, но аффинаж осмия существенно отличается от способов выделения других платиновых металлов. Иридий, палладий, родий осаждают из растворов, осмий же получают отгонкой его относительно летучего тетраоксида ‒ OsO4. Но прежде чем отгонять OsO4, нужно отделить от платины осмистый иридий, а затем разделить иридий и осмий. Когда платину растворяют в царской водке, минералы группы осмистого иридия остаются в осадке, так как даже такой сильнейший растворитель, как царская водка, не может их одолеть. Чтобы перевести их в раствор, оставшийся после растворения платины, осадок сплавляют с восьмикратным количеством цинка. Этот сплав сравнительно просто превратить в порошок. Полученный порошок спекают с перекисью бария BaO
, а затем полученную
2
массу обрабатывают смесью соляной и азотной кислот непосредственно в перегонном аппарате – для отгонки OsO4. Оксид улавливают щелочным раствором и получают раствор осмиевокислого натрия Na2OsO4. Последний обрабатывают гипосульфитом, после чего осмий осаждают хлористым аммонием NH4Cl в виде соли Фреми: [OsO2(NH3)4]Cl2. Этот осадок промывают, фильтруют, а затем прокаливают в восстановительном пламени и получают губчатый осмий. Затем губчатый осмий чистят, обрабатывая плавиковой и соляной кислотами, и восстанавливают в электропечи в струе водорода. Так получают осмий чистотой до 99,9 %.
86
Глава IV
РАЗВИТИЕ ХИМИИ КОМПЛЕКСНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ В КАЗАНСКОМ НАЦИОНАЛЬНОМ
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ
УНИВЕРСИТЕТЕ (КНИТУ)
Годом начала изучения химии комплексных соединений в КНИТУ (тогда КХТИ ‒ Казанском химико-технологическом институте) на кафедре неорганической химии можно считать 1941 год. В это время в Казань был эвакуирован Ленинградский технологический институт им. Ленсовета, в том числе и кафедра неорганической химии во главе с ее заведующим профессором А.А. Гринбергом.
Александр Абрамович Гринберг (2.05.1898 – 16.07.1966). Советский химик-неорганик. Академик АН СССР (с 1958 г.). Родился в Петербурге. Окончил Ленинградский университет
1924 г.). Работал (до 1937 г.) в институте по изучению
(
платины и других благородных металлов АН СССР, одновременно (1928 – 1947 г.) в 1-м Ленинградском медицинском институте (с 1932 г. – профессор). С 1936 г. профессор Ленинградского технологического института. В
1941 ‒ 1944 г. профессор КХТИ и Казанского университета, в 1947 ‒ 1949 г. профессор Ленинградского университета.
Научные работы посвящены химии комплексных соединений. Исследовал (1931 – 1939 г.) строение и стереохимию комплексных солей платины. Изучал, совместно с Б.В. Птициным, термическое разложение аммиакатов Pt(II), а также изомерию производных Pt(II) и Pd(II), в частности, предложил новый метод определения строения геометрических изомеров (метод Гринберга); объяснил механизм возникновения окислительных потенциалов комплексных соединений платиновых металлов. Изучил кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства комплексных соединений в растворах. В результате исследования магнитной восприимчивости платины и палладия выяснил характер связей
87
в их комплексных соединениях. Исследовал комплексные соединения урана, тория и других элементов. Применил меченые атомы для изучения строения и свойств комплексных соединений. Обнаружил (совместно с Ю.Н. Кукушкиным) кинетическое цис-влияние лигандов, расположенных рядом в молекуле комплекса.
Как один из крупнейших специалистов в области химии комплексных соединений, А.А. Гринберг возглавил на кафедре неорганической химии КХТИ новое направление – химию комплексных соединений. Встреча А.А. Гринберга с одним из основоположников химии фосфорорганических соединений А.Е. Арбузовым положила начало развитию химии комплексов платиновых металлов с фосфор(III)органическими лигандами.
Александр Ерминингельдович Арбузов (12.10.1877 –
1.01.1968) – академик, создатель Казанской химической школы
2
фосфороргаников, ученик А.М. Зайцева. Закончил Казанский университет. С 1911 г. – профессор Казанского университета. По его инициативе в Казани был создан научно­исследовательский химический институт им. А.М. Бутлерова при Казанском университете; был создан институт органической и физической химии АН СССР, носящий ныне его имя. В своих исследованиях А.Е. Арбузов развивал теорию химического строения Бутлерова, преимущественно на фосфорорганических соединениях. В магистерской диссертации "О строении фосфористой кислоты и ее производных" (1905г.) Арбузов установил химическое строение этой кислоты, над чем тщетно трудились многие иностранные ученые 19 века; открыл каталитическую реакцию перегруппировки средних эфиров той же кислоты, получившей наименование арбузовской перегруппировки, или изомеризации, и являющуюся одним из важнейших методов синтеза фосфорорганических соединений. В докторской диссертации "О явлениях катализа в области превращений некоторых соединений фосфора" (1915 г.) Арбузов распространил свои представления на эфиры фенилфосфинистых и других кислот.
88
А.Д. Троицкая (28.10.1915 ‒ 25.07.1979), первая совместная аспирантка А.А. Гринберга и А.Е. Арбузова, стала изучать комплексные соединения Pt(II) с фосфорорганическими лигандами.
Первые фосфиновые комплексы были получены в 1857 г. Гофманом. Это были соединения платины и золота с триэтилфосфином (C2H5)3P. В 1870 г. Кахоурс и Гал установили существование α и β – изомеров состава [Pt{(C2H5)3P}2Cl2]. Однако интенсивное развитие химии комплексов с фосфорорганическими лигандами началось лишь с конца 30-х годов XX века. В большой степени этому способствовали работы Манна и Чатта (Великобритания) и Иенсена (Дания).
Таким образом, к началу 40-х годов ХХ столетия данная область была изучена крайне мало. В 1944 г. А.Д. Троицкая представила кандидатскую диссертацию "Комплексные соединения двухвалентной платины с производными фосфористой кислоты". В ней, в частности, было показано, что находящиеся во внутренней координационной сфере Pt(II) триэтилфосфит и диэтилфосфористая кислота обладают более сильным транс-влиянием по сравнению с азотсодержащими лигандами, тиомочевинной и галогенид-ионами.
Эффект транс-влияния лигандов был разработан И.И. Черняевым, который задался целью синтезировать комплексы платины(II) с четырьмя различными лигандами типа
PtAA׳A״NO2]NO2, где AA׳A״–различные амины. Координационная
[
теория того времени не указывала пути синтеза подобных соединений. И.И. Черняев установил, что замещение лигандов особенно легко протекает в транс-положении к нитрогруппе.
Оказалось, что в изомерных комплексах цис- и транс­[Pt(NH3)2(NO2)2] склонность к замещению нитрогрупп резко отличается. Например, замещение нитрогруппы на аммиак в комплексе транс-[Pt(NH
(NO2)2] с образованием
3)2
[Pt(NH3)2NO2]NO2 происходит значительно быстрее, чем в цис­[Pt(NH
(NO2)2].
3)2
89
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]