Руководство к лабораторным занятиям
реклама
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
