способ определения иридия

Формула изобретения

Способ определения иридия в растворе хлоридных комплексов, включающий растворение материала, содержащего иридий, окисление иридия (III) до иридия (IV) при повышенной температуре с последующим охлаждением и электрохимическим титрованием иридия (IV), отличающийся тем, что окисление иридия (III) до иридия (IV) осуществляют в автоклаве при повышенном давлении и обработке полем СВЧ в условиях полного окисления атомарным хлором, образующимся при взаимодействии солей или оксидов металлов с соляной кислотой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области аналитической химии, конкретно к способам электрохимического определения иридия.

Известен способ определения иридия при его электрохимическом (амперометрическом) определении, заключающийся в том, что в известном способе навеску исходного материала плавят с пероксидом натрия, плав выщелачивают в растворе соляной кислоты, затем раствор помещают в электролитическую ячейку, на электроды которой подают электрический заряд, при этом иридий (IV) восстанавливается до иридия (III), после чего количество иридия (П1) определяют титрованием неорганическим окислителем. (О.А.Сонгина, В.А.Захаров. Амперометрическое титрование. М.: Химия, 1979, с.173),

Недостатком указанного способа является неполное окисление иридия (III) неорганическим окислителем, что подтверждено результатами количественного химического определения иридия, полученными в условиях повторяемости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ определения иридия, включающий окисление иридия (III) кипячением с каким-либо окислителем (Гинзбург С.И. и др. Аналитическая химия платиновых металлов. М.: Наука, 1972, с.224, 227). Навеску материала, содержащего иридий, переводят в раствор тем или иным способом, затем иридий окисляют каким-либо окислителем, например хлорной водой, азотной кислотой, перекисью водорода в растворе разбавленной соляной кислоты, полученный раствор иридия (IV) титруют солью Мора.

Недостатком описанного способа является неполное окисление иридия (III), что подтверждено результатами электрохимического определения иридия, полученными в условиях повторяемости.

Задача изобретения заключается в установлении условий количественного окисления иридия (III) до состояния иридий (IV), что позволит исключить его потери при выполнении количественного химического анализа.

Технический результат от использования изобретения заключается в обеспечении полного окисления иридия (III) до состояния (IV), чем исключаются его потери при выполнении количественного химического анализа.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе определения иридия в растворе хлоридных комплексов, включающем растворение материала, содержащего иридий, окисление иридия (III) до иридия (IV) при повышенной температуре с последующим охлаждением и электрохимическим титрованием иридия (IV), согласно изобретению окисление иридия (III) до иридия (IV) осуществляют в автоклаве при повышенном давлении и обработке полем СВЧ в условиях полного окисления атомарным хлором, образующимся при взаимодействии солей или оксидов металлов с соляной кислотой.

Материалы, содержащие иридий, как правило, плавят с пероксидом натрия, плав растворяют в разбавленной соляной кислоте. При этом гидратированный оксид иридия (IV) растворяется с образованием хлоридного комплекса [IrCl₆] ^2-. При нейтрализации раствора и неизбежном разогревании реакционной смеси от 10% до 50% иридия (IV) восстанавливается, вероятно, по реакции:

4Na₂[IrCl ₆]+2Н₂O=4Na₃ [IrCl₆]+O₂

(Р.А.Лидин, В.А.Молочко, Л.Л.Андреева. Химические свойства неорганических веществ. М.: КолосС, 2003, с.453). Вследствие этого в водных растворах комплексные соединения иридия присутствуют в формах иридий (III) и иридий (IV). Наличие двух форм иридия вносит погрешность в результаты количественного химического анализа вследствие нарушения стехиометрии химических реакций.

Вследствие того, что иридий (III) очень трудно количественно окисляется до иридия (IV), окисление иридия (III), описанное в заявленном способе, происходит сильным окислителем - атомарным хлором, образующимся непосредственно в растворе, в условиях повышенных температуры и давления при обработке полем СВЧ.

Известно, что атомарный хлор может быть получен непосредственно в зоне реакции взаимодействием солей или оксидов металлов с соляной кислотой, а его избыток легко удаляется из реакционной смеси.

4HCl+MnO ₂=MnCl₂+2Н₂ O+Cl₂

4HCl+PbO₂=PbCl ₂+2Н₂O+Cl₂

16HCl+2КMnO₄=2 MnCl ₂+5Cl₂ +8 Н₂O+2KCl

14HCl+К ₂Cr₂O₇=CrCl ₃+3Cl₂ +7Н₂O+2KCl

4HCl+Са(ClO) ₂=2Cl₂ +CaCl₂+2Н₂O

6HCl+KclO₃=3Cl₂ +KCl+3Н₂O

(Р.А.Лидин, В.А.Молочко, Л.Л.Андреева. Химические свойства неорганических веществ. М.: КолосС, 2003, с.255).

Установлено, что иридий (III) окисляется хлором (образующимся взаимодействием солей или оксидов металлов с соляной кислотой) в нормальных условиях не полностью, вероятно, из-за того, что выделение газообразного хлора из реакционной смеси происходит до полного окисление иридия (III). Для полного окисления иридия (III) необходимо создать условия повышенных температуры и давления. Для этого раствор помещают в герметичный пластиковый автоклав, вносят компоненты для образования газообразного хлора, раствор обрабатывают полем СВЧ, т.к. известно, что применение поля СВЧ существенно ускоряет процесс разложения материалов (Л.В.Джесси и др. Пробоподготовка в микроволновых печах. М.: Мир, 1991, с.7-10).

Экспериментально установлено, что полное окисление иридия (III) до иридия (IV) происходит при условиях:

мощность поля СВЧ, Вт	500-600
давление в автоклаве, кг/см 2	4-6
температура в автоклаве, °С	150-190
время окисления, мин	40-60

Указанные условия протекания реакции окисления являются достаточно «жесткими» и обеспечивают полное окисление иридия (III), что подтверждают результаты электрохимического определения иридия, полученные в условиях повторяемости.

Соответствие изобретения критерию «изобретательский уровень» доказывается следующим образом.

Известен способ окисления иридия (III) в токе хлора при температуре 400-500°С по реакции:

(Р.А.Лидин, В.А.Молочко, Л.Л.Андреева. Химические свойства неорганических веществ. М.: КолосС, 2003, с.453). Однако реализация подобного способа в лабораторных условиях весьма проблематична из-за сложности аппаратурного оформления и проблем утилизации непрерывного потока газообразного хлора.

В заявленном способе используют достоинства известных способов, проводя операцию получения газообразного хлора в анализируемом растворе, для чего соль или оксид металла вносят в раствор, содержащий соляную кислоту, затем раствор обрабатывают в автоклаве полем СВЧ.

Установлено, что для окисления 20-100 мг иридия (III) в указанных условиях необходимо 25-30 мг хлора, для получения которого в раствор соляной кислоты вносят 0,80 см³ 3% раствора соли. При этом в растворе всегда остается небольшой избыток окислителя (хлора), что гарантирует полноту окисления.

При использовании 0,7 см³ раствора соли возможно неполное окисление иридия (III), что подтверждают результаты электрохимического определения иридия, полученные в условиях повторяемости.

При использовании 0,9 см³ раствора соли иридий (III) окисляется полностью, но для разрушения большего избытка окислителя необходимо дополнительное количество восстановителя - соли Мора, что увеличивает время установления конечной точки титрования и расход титранта.

Таким образом, использование комбинации известных способов и нового приема обеспечивают новый результат - полное окисление иридия (III) в растворе, что позволяет определять его электрохимическим методом с высокими метрологическими характеристиками.

Способ определения иридия осуществляли следующим образом.

Пример 1 (прототип). Навеску иридиевого концентрата массой 0,1000 г плавили с пероксидом натрия, растворили плав в соляной кислоте, разбавленной 1:2, охладили раствор, перенесли его в мерную колбу вместимостью 100 см³ . Аликвотную часть раствора объемом 15 см³ поместили в стакан, прилили 5 см³ пероксида водорода, кипятили несколько минут, охладили и электрохимически титровали иридий (IV) раствором соли Мора. Избыток окислителя титровали отдельным скачком. Результат определения иридия приведен в таблице 1.

Пример 2 (заявляемый способ). Навеску иридиевого концентрата массой 0,2200-0,2400 г плавили с пероксидом натрия, растворили плав в соляной кислоте, разбавленной 1:2, раствор перенесли в автоклав микроволновой системы подготовки проб, прилили 0,8 см³ 3% раствора соли, обработали полем СВЧ в соответствии с инструкцией по эксплуатации системы. После охлаждения электрохимически титровали иридий (IV) раствором соли Мора. Избыток окислителя титровали отдельным скачком.

Пример 3, аналогичный примеру 2, но отличающийся тем, что для окисления иридия (III) использовали 0,7 см³ 3% раствора соли.

Пример 4, аналогичный примеру 2, но отличающийся тем, что для окисления иридия использовали 0,9 см ³ 3% раствора соли.

Пример 5, аналогичный примеру 2, но отличающийся тем, что обработку раствора иридия (III) в автоклаве полем СВЧ проводили без добавления раствора соли

Как видно из таблицы примеров:

- по способу-прототипу (пример 1) окисление иридия (III) неполное, что подтверждают результаты количественного электрохимического анализа иридиевого концентрата, полученные в условиях повторяемости;

- при соблюдении заявляемых условий (пример 2) обеспечивается полное окисление иридия (III), что подтверждают результаты электрохимического определения иридия в иридиевом концентрате, полученные в условиях повторяемости;

- при окислении иридия (III) меньшим объемом соли (пример 3) возможно неполное окисление иридия (III), что подтверждают результаты электрохимического определения иридия в иридиевом концентрате, полученные в условиях повторяемости;

- при окислении иридия (III) большим объемом соли (пример 4) в растворе остается чрезмерный избыток растворенного хлора, на реакцию с которым расходуется дополнительный объем раствора соли Мора, а также увеличивается время установления конечной точки титрования;

- при обработке раствора полем СВЧ без добавления соли (пример 5) происходит неполное окисление иридия (III), что подтверждают результаты электрохимического определения иридия в иридиевом концентрате, полученные в условиях повторяемости.

Таким образом, совокупность признаков заявляемого способа является оптимальной и характеризуется высокими метрологическими характеристиками, что является следствием количественного окисления 20-100 мг иридия (III).