исследование процесса синтеза тетрафтороброматов

XVIII Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ»
Секция 8: Физические методы в науке и технике
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СИНТЕЗА
ТЕТРАФТОРОБРОМАТОВ ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ
Соболев В.И.
Научный руководитель: Оствальд Р.В., к.х.н., доцент.
Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30
E-mail: [email protected]
Одним из наиболее широко применяющихся
методов вскрытия руд технологических материалов в атомной промышленности является окислительное фторирование. Особое место среди окислительных фторирующих агентов занимает фторид брома (III) как один из наиболее удобных в
применении, что объясняется его меньшей активРис. 1. Микрофотографии продуктов с (а) – Mg; (б)
ностью, а также тем, что при нормальных услови– Ca2; (в) – Sr; (г) – Ba
ях BrF3 находится в виде жидкости. Этим объясняВ ходе проведенных экспериментов было зается, например, его применение в урановой промечено, что реакции с Mg и Ba протекают с бурмышленности, где он используется для фторироным выделением тепла, сопровождающимся кипевания как урана, так и сопутствующих ему редконием реакционной массы, остальные же реакции
земельных элементов [1]. Однако, не во всех слупроходят без каких-либо выраженных эффектов.
чаях возможно его применение, ввиду высокой
Так же интересно отметить реакцию с Ba, в хокоррозионной активности и взрывоопасности.
де которой почти мгновенно образуются крупные
Целью данной работы являлось апробирование
кристаллы Ba(BrF4)2, чего не наблюдается в ходе
жидкофазного метода синтеза тетрафтороброматов
остальных реакций. Образование крупных агломещелочноземельных металлов, с применением жидратов видно из микрофотографии на рис.1. Образкого BrF3. По аналогии с комплексными соединецы, полученные по реакциям c Mg и Sr, проявляют
ниями щелочных металлов [2], изучались возможгораздо более слабую склонность в агрегатоности синтеза тетрафтороброматов магния
образованию, присутствует третья фаза непрореаMg(BrF4)2, кальция Ca(BrF4)2, стронция Sr(BrF4)2 и
гировавшего BrF3. Образование первых агломерабария Ba(BrF4)2. Так же была проведена аналититов проявляется на 7-е сутки контакта MgF2 и SrF2
ческая диагностика продуктов реакций синтеза.
с BrF3. Образец, полученный по реакции c Ca, в
Для синтеза вышеперечисленных соединений
течение семи суток не проявил склонности к обраиспользовался жидкофазный метод синтеза, с
зованию агломератов, отмечено присутствие фазы
применением жидкого трифторида брома и понепрореагировавшего трифторида брома.
рошков фторидов металлов. Общая реакция синтеСледующим шагом стал анализ изменения граза показана ниже:
нулометрического состава исходной и конечной
MeF2+2BrF3→Me(BrF4)2
(1)
твердой фракции. Замеры производились путем
Методика проведения эксперимента состояла в
сравнения микрофотографий исходного порошка
следующем: навеска фторида металла прокаливафторида металла и полученного продукта. Резульлась в печи при 150 °С для удаления остаточной
таты для Mg и Ca представлены на рис.3. Резульвлаги в течение 30 минут, затем фторид высыпался
таты показали, что укрупнение фракции коррелив пробирку и заливался инертной жидкостью для
рует со степенью превращения продуктов. Наипредотвращения выбросов вещества при дальнейбольшее укрупнение произошло в процесса синтешем добавлении трифторида брома. Все вещества
за тетрафторобромата бария. Это указывает на
участвующие в химической реакции добавлялись
склонность реакции к протеканию.
строго в стехиометрических количествах для предотвращения образования третьей фазы. Все полученные соединения, с целью первичного визуального анализа, были рассмотрены на цифровом
микроскопе, результаты исследования представлены на рис.1. В рамках проведенного исследований
был проведен также термогравиметрический анализ, а так же исследование продуктов реакции с
применением рентгенофазового анализа.
59
XVIII Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ»
Секция 8: Физические методы в науке и технике
модействия BaF 2 с BrF3
Далее был проведен РФА полученного тетрфторобромата бария. На рисунке 4 представлены
данные РФА, красным отмечены пики фторида
бария. Нераспознанные пики косвенно свидетельствуют о получении вещества, отсутствующего в
базе данных. Что косвенно свидетельствует об
образовании ТФББ.
Рис. 4.Результат РФА продукта взаимодействия
BaF 2 с BrF3
Таким образом, в результате проведенных изысканий, можно предположить, что наиболее полно
протекает реакция с участием фторида бария, тогда как остальные процессы протекают гораздо
более медленно. Наиболее стабильное соедиенние
– тетрафторобромат бария. Использование тетрафторобромата бария представляется перспективным
в области фторорганического синтеза, где особую
ценность имеют безопасные в обращении фторирующие агенты, а так же для производства высококачественных оптических линз.
Рис.3. Распределение гранулометрическогосостава
тетрафтороброматов Mg,Ca,Ba
Таким образом, можно предположить, что наиболее полно протекает реакция с участием фторида бария, тогда как остальные процессы протекают
гораздо более медленно.
Следующим
шагом
стал
полноценный
TGA\DSC анализ полученных соединений. Для
Mg, Ca, Sr кривые потери массы и теплового потока представляют собой практически линейную
зависимость, без каких-либо характеристических
пиков, в отличие от продукта с барием. По дериватограмме, представленной на рис.2 видно, что резкая потеря массы в районе 200 ᵒС сопряжена со
значительным эндотермическим эффектом. Это
можно объяснить инконгруэнтным плавлением
(плавлением с разложением) [3] полученного тетрафторобромата бария Ba(BrF4)2. Далее процесс
потери массы происходил без каких-либо колебаний.
Список литературы:
1. Митькин В.Н, Шавинский Б.М., Камелин
А.И. Извлечение примесей редкоземельных элементов из оксида урана с помощью трифторида брома для их концентрирования и аналитического определения. //
Журнал аналитической химии. 2000. т. 55.
№ 3. С. 286-288.
2. Шагалов В.В. Дисс. Физико-химические
основы синтеза тетрафторобромата калия.
канд.хим.наук. Томск: Национальный исследовательский Томский политехнический университет,2010. 148 с.
3. Sharpe A. G., Emeleus H. J. Chemistry of the
Inter-halogen compounds. Part I. The Reaction of Bromine Trifluoride with Metallic
Halides // J. Chem. Soc. 1948. – p. 2135.
Рис. 2. Дериватограмма твердого продукта взаи-
60