Синтез сульфида кадмия

Видобуток руди відкритим способом: крокуючі екскаватори знімають пласти порід, під якими залягає руда. Вибухами рудний пласт дроблять, після чого брили руди відправляють на сіркоплавильний завод, де з концентрату витягують сірку.У 1890 р. Герман Фраш, запропонував плавити сірку під землею і через свердловини, подібні нафтовим, викачувати її на поверхню. Порівняно невисока (113 °C) температура плавлення сірки підтверджувала реальність ідеї Фраша.

Також сірка  у великих кількостях міститься  в природному газі в газоподібному  стані (у вигляді сірководню, сірчистого ангідриду). При видобутку вона відкладається  на стінках труб і устаткування, виводячи їх з ладу. Тому її вловлюють  з газу якнайшвидше після видобутку. Отримана хімічно чиста дрібнодисперсна  сірка є ідеальною сировиною  для хімічної та гумової промисловості.

Найбільше родовище самородної сірки вулканічного походження знаходиться на острові  Ітуруп.

2.6 Застосування Сірки

Сірка широко використовується в народному господарстві. У гумовій промисловості її застосовують для перетворення каучуку в гуму; свої цінні властивості каучук набуває тільки після змішування з сіркою і нагрівання до певної температури. Такий процес називається вулканізацією каучуку. Каучук з дуже великим вмістом сірки називають ебонітом; це чудовий електричний ізолятор. У вигляді сірчаного кольору сірку використовують для знищення деяких шкідників рослин.

Вона  застосовується також для приготування сірників, ультрамарину (синя фарба), сірковуглецю ряду інших речовин. У країнах, багатих  сіркою, вона служить сировиною для  отримання сірчаної кислоти.

2.7 Біологічна роль Сільфуру

Сірка — один із біогенних елементів. Сірка входить до складу деяких амінокислот (цистеїн, метіонін), вітамінів (біотин, тіамін), ферментів. Сірка бере участь в утворенні третинної структури білка (формування дисульфідних містків). Також сірка бере участі в бактеріальному фотосинтезі (сірка входить до складу бактериохлорофилла, а сірководень є джерелом водню). Окислювально-відновні реакції сірки — джерело енергії в хемосинтезом. Людина містить приблизно 2 г сірки на 1 кг своєї ваги.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Кадмій сульфід

Кадмій  сульфід — хімічна речовина з формулою CdS. Нерозчинна у воді і в розбавлених кислотах речовина. Не розчиняється у лугах але розчиняється в концентрованих кислотах, в розведеній нітратній кислоті, а також в киплячій розведеній (1:5) сульфатній кислоті, свіжоосадженого CdS розчиняється легше, ніж прожарений. Кадмій сульфід є речовиною диморфною; він кристалізується в кубічної і гексагональної системах. В залежності від способу отримання колір може бути від лимонно-жовтого до помаранчево-червоного.

Кадмій  сульфід існує у вигляді мінералів гринокіт і хоулєіт, які зустрічаються у вигляді жовтих нальотів на сфалериті (ZnS). У природі зустрічається у вигляді мінералу грінокіта. Жовті гексагональні кристали. T_пл= 1475 °С. Мало розчинний в аміаку і в розчинах солей амонію. Добре розчиняється в мінеральних кислотах.

Пігменти  на основі кадмій сульфіду цінуються за їх хорошу температурну стабільність у багатьох полімерах, наприклад, конструкційних пластмасах. При заміщенні частини атомів сірки селеном в кристалах CdS можна отримувати найрізноманітніші кольори барвників від зелено-жовтого до червоно-фіолетового. Кліматична стійкість для цього барвника дорівнює 8, тобто він стійкий до сонячного ультрафіолетового випромінювання.

Кадмій  сульфід є ширококутний напівпровідник з шириною забороненої зони 2,42 еВ при 300 K. Ця властивість CdS, використовується в оптоелектроніці, як у фотоприймачах, так і в сонячних батареях.

Його  використовують для виготовлення фоторезисторів (приладів, електричний опір яких змінюється залежно від освітленості).

Кадмій  сульфід застосовується в якості люмінофора (також в суміші з цинк сульфідом).

З монокристалів  кадмій сульфіду виготовляють сцинтилятори для реєстрації елементарних частинок і гамма-випромінювання.

 

4. Методи синтезу кадмій сульфіду

Метод перший

Шляхом  осадження сірководнем підкисленого сульфатною кислотою гарячого водного  розчину CdSO₄ отримуючі тонкодисперсний кадмій сульфід  кубічної модифікації.Із розчинів галогені дів кадмію отримують гексагональную модифікацію. Забарвлення осадів коливається в залежності від розмірів часточок та неоднакових властивостей поверхні між лимонно-жовтою до помаранчевої.

CdSO4•8/3H₂O+H₂S = CdS+H₂SO₄+8/3H₂O

     256,5        22,4л     144,5  98,1    48,0

Метод другий

Реактиви  та обладнання: розчин кадмій сульфату 0,5М, розчин натрій сульфіду 0,5М, колба, скляна паличка, воронка Бюхнера

Для отримання лимонно-жовтого CdS змішують сильно розведені розчини кадмій сульфату та натрій сульфіду концентрацією 0,5М

CdSO₄+Na₂S = CdS+Na₂SO₄

Осад  відстоюють та декантують 8-10 разів та висушують вакуумним фільтруванням.

Метод третій

Кадмій  сульфід, забарвлений в темний колір отримають при прокалюванні в тиглі суміші, яка складається з двох частин CdCO₃ та однієї частини порошку сірки. Після охолодження препарат розтирають у порошок.

2СdCO₃+2S = 2CdS+O₂+2CO₂

Метод третій

Розчинити кадмій сульфат в надлишку конц. NH₃. На холоду додати тіомочевину. Потім нагріти до кипіння і кип'ятити 1-2 хв. Охолодити до кімнатної температури, осад відфільтрувати. Якщо осад не випадає, знову прокип'ятити. Саме цим методом можна здобути люмінофорно чистий CdS.

 

 

Експериментальна  частина

Для проведення синтезу кадмій сульфіду була використана одна з методик. Доцільність вибору такої методики пояснюється доступністю необхідних для досліду реактивів, легкістю проведення хімічної реакції у лабораторних умовах.

Реактиви  та обладнання:

Технохімічні  терези з гирьками, хімічний стакан 250 мл (2 шт), воронка, фільтрувальний папір, скляна паличка, воронка Бюхнера, кадмій сульфат, розчин натрій сульфіду 0,5 М, дистильована вода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Методика виконання синтезу

1. На технохімічних терезах зважила 7,22г кадмій сульфату ;
2. Розчиняю СdSO₄ у 62 мл води;
3. Отримую 0,5 М розчин кадмій сульфату ;
4. Відміряю 69 мл 0,5 М розчину Na₂S
5. Фільтрую розчини CdSO₄ та Na₂S за допомогою фільтрувального паперу
6. Повільно додаю розчин натрій сульфіду   до розчину кадмій сульфату, перемішуючи скляною паличкою;
7. Залишаю отриманий осад на 1 год для відстоювання;
8. Декантую розчин над осадом до негативної реакції на SO₄^2- іони;
9. Висушую осад вакуумним фільтруванням;
10. Подрібнюю отриманий осад кадмій сульфіду;
11. Зважую на технохімічних терезах для обчислення виходу продукту.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розрахунки для даної курсової роботи

Розрахунки проводяться згідно рівнянню:

CdSO₄ + Na₂S = CdS + Na₂SO₄

Розрахунки проводяться згідно того, щоб отриманий продукт був масою 5 г

М(CdSO₄) = 208 г/моль

М(CdS) =144 г/моль

m(CdSO₄) = 5 г*208 г/моль/ 144г/моль=7,22 г

C_M = ν(CdSO₄)/V(р-ну)

Припустимо, що ρ(р-ну) = 1г/мл, тогда V(р-ну) = ν(СdSO₄)/ С_М

ν(CdSO₄) = m(CdSO₄)/ M(CdSO₄) = 7,22г/ 208 г/моль = 0,035 моль

V(р-ну) = 0,035 моль/ 0,5 моль/л = 0,069л = 69мл

V(H₂O) = 62мл

η(CdS) = m_прак/m_теор = 3,5г/ 5г = 70%

Висновки

Після проведення синтезу я отримала кадмію сульфід (CdS) жовтогарячого кольору.

 Під час виконання  свого синтезу, я ознайомилась з хімічними та фізичними властивостями Кадмію та Сульфуру, розглянула їхні загальні властивості способи добування, біологічну роль та галузі використання. Вивчила властивості кадмій сульфіду, розглянула методи синтезу цієї речовини, обрала для курсової роботи найефективніший метод. Вихід продукту становить 70%. Такий результат пов’язаний із недостатнім дотриманням температури під час досліду,недостатньо точним зважуванням реактивів, вімірюванням об’ємів розчинів. Також присутні й інши фактори, які не вдалося врахувати.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  використаної літератури

1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия: учебник для ВУЗов. – М,: Высшая школа, 1981. – 679с.
2. Некрасов Б. В. Основы общей химии; Том 2 — М. «Химия», 1973. — 688с.
3. Григор’єва В.В. та ін. Загальна хімія. – К.: Вища школа.1991.-431с.
4. Глинка Н.Л. Загальна хімія. – Л.: Хімія,1988. – 702 с.
5. Гончаров А.І., Корнілов М.Ю. Довідник з хімії. – К.: Вища школа, 1974 – 303с.
6. Г. Реми. Курс неорганической химии; том ІІ, Темплан 1966г. Издательство «мир», пор № 96
7. Г.Брауэр, Ф. Вайгель, Х. Кюиль и др.. Руководство по неорганическому синтезу. Изд. 2-е, Пер. И доп. М, «Химия», 1965, 391с.
8. О.М. Степаненко, Л.Г.Рейтер Загальна та неорганічна хімія.  – К.: Пед. Преса, 2000 – 784с.
9. Ключников Н.Г. Практикум по неорганическому синтезу. Изд. 2-е, пер. и доп. М., «Химия», 1965, 391с.
10. Хомченко І.Г. Загальна хімія. – К.: Вища школа, 1993. – 420 с.