смешанный феррат (yi) калия-натрия, способ его получения и его применение

Формула изобретения

1. Смешанный феррат (VI) калия-натрия формулы K₃Na(FeО₄)₂.

2. Способ получения смешанного феррата калия-натрия по п.1, отличающийся тем, что к 35-40%-ному водному раствору гидроксида натрия, содержащего 0,1-0,3 моль/л феррат-иона (FeО^2-₄), прибавляют равный объем водного 35-40%-ного раствора гидроксида калия, выпавшие кристаллы отделяют известным способом, последовательно промывают спиртом и эфиром и сушат.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно к синтезу ферратов щелочных металлов, и может найти применение в различных отраслях промышленности, где используются мощные и селективные окислители.

Общим методом синтеза ферратов (VI) щелочных металлов является окисление газообразным хлором оксопроизводных железа (III) в концентрированной щелочи или, альтернативно, окисление порошкообразных оксидов железа или металлического железа оксидами или нитратами щелочных металлов (Ф. Коттон, Дж. Уилкинсон. Основы неорганической химии. - М.: Мир, 1979, с. 473). Известен, кроме того, смешанный феррат калия-стронция, осаждающийся из раствора феррата калия при добавлении хлорида стронция (S. Ogasawara, М. Таkаnо and Y. Bando, Bull. hist. Chem. Res. Kyoto Univ. (1988), vol. 66, p. 64). В литературе, однако, отсутствует упоминание о смешанных ферратах, содержащих только катионы щелочных металлов.

Задачей настоящего изобретения является расширение арсенала существующих ферратов (VI) щелочных металлов, обладающих полезными свойствами в качестве окислителей.

Поставленная задача решена благодаря получению смешанного феррата (VI) калия-натрия, имеющего химическую брутто-формулу K₃Na(FeO₄)₂, путем прибавления 30-45%-ного раствора гидроксида калия к равному объему 30-45% раствора гидроксида натрия, содержащего 0,1-0,3 моль/л феррат (VI)-иона (FeO₄ ^2--иoнa), с последующим отделением выпавшего осадка известным образом, например фильтрованием или центрифугированием, промыванием его спиртом и эфиром и высушиванием в вакууме.

Приведенные выше величины концентрации и объемные соотношения не являются произвольными - их выбор продиктован тем обстоятельством, что при выходе за указанные выше пределы образуются окрашенные продукты неопределенного состава, по-видимому, относящиеся к классу бертолидов (соединений переменного состава).

Напротив, смешанный феррат (VI) калия-натрия, K₃Na(FeO₄)₂, получаемый в виде кристаллического вещества темно-бордового цвета, является истинным дальтонидом - индивидуальным химическим соединением, а не смесью солей или двойной солью, и имеет кристаллическую решетку, построенную, согласно данным рентгеноструктурного анализа, по типу глассерита с гексагональной сингонией и параметрами элементарной ячейки а=5,827 с=7,541

Изучение вещества методом мессбауэровской спектроскопии свидетельствует о том, что железо в полученном соединении находится в степени окисления +6, поскольку его спектр при комнатной температуре представляет собой дублет с изомерным сдвигом относительно альфа-железа =-0,850,01 ммс^-1, квадрупольным расщеплением =0,210,01 ммс^-1 и шириной линий поглощения на половине высоты Г=0,230,01 ммс^-1.

Полученный смешанный феррат калия-натрия проявляет свойства сильного окислителя, превосходящего в этом отношении хроматы и перманганаты, и может быть использован в процессах очистки воды, в том числе сточных вод, в качестве селективного окислителя в органическом синтезе, получении химических источников тока.

К достоинствам полученного вещества можно отнести его меньшую токсичность по сравнению с ферратом калия, поскольку ион Na⁺ в 10 раз менее токсичен, чем ион К⁺, а в К₃Nа(FеO₄)₂ четвертая часть всех ионов калия замещена ионами натрия (З. Франке. Химия отравляющих веществ. - М.: Химия, 1973. - Т. 1. - С. 411). Кроме того, плотность нового вещества, по меньшей мере, в 1,4 раза больше, чем у любого из известных к настоящему времени ферратов (VI) щелочных металлов, что представляет несомненное достоинство с точки зрения фасовки и транспортировки этого вещества, поскольку при этом требуется тара меньшего объема.

Детально изобретение иллюстрируется следующими примерами его осуществления.

Пример 1.

В трехгорлую круглодонную колбу емкостью 2500 мл, снабженную мешалкой, термометром и капельной воронкой, поместили 1000 мл 40% раствора едкого натра, содержащего 150 г феррата (VI) натрия Na₂FeO₄, и при интенсивном перемешивании и охлаждении колбы льдом в течение 15 минут из капельной воронки прибавили 1000 мл 40% раствора едкого кали. После введения всего количества КОН перемешивание продолжили еще 30 минут, затем полученную суспензию перенесли на воронку Бюхнера, собранные на фильтре темно-бордовые кристаллы промыли спиртом и эфиром и высушили в вакууме над твердым КОН. Выход 163 г (95%).

Данные элементного анализа (в скобках указаны вычисленные значения):

К 30,7% (30,9%)

Na 6,1% (6,1%)

Fe 29,8% (29,3%)

Пример 2 (использование смешанного феррата калия-натрия в качестве компонента электролита в химическом источнике тока).

В пасте для формования электродов стандартной феррат-литиевой щелочной батареи обычно используемый феррат (VI) калия заменили равным весовым количеством феррата (VI) калия-натрия, полученного согласно примеру 1. Емкость батареи возросла с 18 до 24 пикофарад, т.е. на треть.

Пример 3 (использование смешанного феррата калия-натрия для очистки воды).

К 1 литру водного раствора, имитирующего сточные воды в процессе получения золота цианидным методом и содержавшего 0,9 ммоль/л цианид-иона, добавили 0,2 л раствора феррата калия с концентрацией 10 ммоль/л. После перемешивания раствора в течение 3 минут качественные реакции на цианид-ион дали отрицательный результат (количественное превращение высокотоксичного цианида в относительно безопасный цианат-ион OCN).