Хлорат Калия (электросинтез KClO3)

Химичим помаленьку...
Аватара пользователя
iEugene0x7CA
Адепт
Сообщения: 1495
Откуда: Киев

Сообщение iEugene0x7CA » 14 июл 2020, 22:51

Увлечение последних месяцев — не раз рассказывал о нём знакомым, но нужно отписать и на форумчике. :)

PRAaUtD.jpg

Краткая информация:
Хлорат Калия(он же KClO3, бертолетова соль, калий хлорноватокислый, или potassium chlorate) — многоцелевой реактив, использующийся обычно в качестве окислителя для пиротехничских составов, а так же во многих неорганических синтезах.

Применения в пиротехнике:
1. Основной компонент "спичечной серы" на спичках — около 45%(остальные компоненты составляют песочную муку 39%, желатин 11%, и всего 5% серы).
Если хоть раз за свою жизнь соскребали серу с сотен спичек дабы поджечь или сделать бабах — вы оцените.
Эту смесь вполне можно приготовить самому, причем килограммами. ;)
Если удивляетесь, зачем в составе аж 39% песка — это дабы замедлить горение, т.к. удалив этот компонент спичечные головки бы взрывались и были чувствительны к удару/трению;

2. Компонент некоторых типов порошка для фотовспышек(они же flash powder).
Это та самая смесь, которую поджигали фотографы 19-го века на удерживаемом в руке шесте с полочкой — у нас известна как "магниевый порошок", но существует много составов в т.ч. на основе алюминия. Самый популярный в наше время — смесь хлората калия + алюминиевый порошок(соотношение 69.43% к 30.57% по массе).
Формула реакции: KClO3 + 2 Al -> KCl + Al2O3.
На откртом пространстве происходит т.н. "дефлаграция" – сгорание со вспышкой.
В закрытом пространстве происходит детонация(взрыв со скоростью > скорости звука).

 Вот так выглядит типичное испытание:

Однако, очень рекомендуется готовить flash powder на основе перхлората калия(о нём ниже), т.к. он менее чувствителен и не бабахнет когда это не нужно.
3 KClO4 + 8 Al --> 3 KCl + 4 Al2O3, массовое соотношение 71.97% к 28.03%.

3. Смесь Армстронга — очень чувствительная взрывчатка.
Известна почти всем детишкам по пистолету с пистонами, и хлопушкам с конфетти где нужно дёргать шнурок. ;)
Классический состав: хлорат калия 67% + красный фосфор 27% + сера 3% + карбонат кальция 3%.
Однако, детонируют самые разные составы, даже смесь "на глазок" спичечной серы + красного фосфора с торцов коробка.
Известны сотни несчасных случаев с этой смесью, и рекомендуется не приготавливать её в количествах более 0.1 грамма.
Формула реакции: 10KClO3 + 3P4 -> 3P4O10 + 10KCl.
Взрывчатка в некотором роде является бесполезной, т.к. слишком чувствительна для обращения. Мощность её составляет всего 27% от TNT.
Однако, это просто любопытная историческая субстанция. :geek:

4. Т.н. "смесь Матюкевича" — аналог смеси Армстронга на основе серы, более известна в наших широтах. :)
3S + 2KClO3 -> 2KCl + 3SO2. Весовое соотношение: 28.18% к 71.81%.
Очень чувствительная взрывчатка, однако в отличии от смеси на основе фосфора — нестабильна в хранении. 2-3 недели это предельный срок, при достижении которого смесь детонирует самостоятельно из-за медленного протекания реакции даже при комнатной температуре.

5. Шеддиты(от фр. Cheddite) — вторичная взрывчатка, абсолютно безопасная в обращении.
Можно бросать, можно поджигать, можно давить бульдозером. Детонирует от стандартного капсуля-детонатора №8, т.е. 1.5-2 грамма азида свинца.
Самый простой рецепт(шеддит №4): 90% хлорат калия, 10% параффин.
Допускается замена второго компонента на вазелин(он же petroleum jelly) — в таком случае субстанция так же обретает свойства пластичной взрывчатки.
Существуют так же более сложные рецепты, включающие многие другие, и даже более сложные компоненты(нитросоединения нафталина/толуола/бензола/глицерина, касторку, или такие простые как мазут, древесную муку и т.д.).

 Типичное испытание:

Наибольшее распространение шеддиты получили в I-ю мировую войну, однако так же широко применялись польским сопротивлением во II-ю мировую войну.
Практически все профессиональные армии с тех пор отошли от этого вещества, т.к. оно сильно уступает по мощности классическим ВВ на основе ароматических нитросоединений(тротил, пикринка, нитронафталин), нитраминов(гексоген, октоген), и т.д.

6. Т.н. "Запал Кибальчича" — один из химических способов получения огня.
Если смешать хлорат калия с сахарозой(обычный столовый сахар) — эта смесь самовозгорается даже от одной капли серной кислоты.
На этой основе работает одна из классических хим. демонстраций, где горку белого порошка поджигают якобы обычной стеклянной палочкой(в реальности кончик которой смочен в серной кислоте.)

 Киноплёнка:

Это же свойство применял некий револююционер Кибальчич при попытке убить царя Николая II, самодельная бомба в качестве запала содержала смесь сахара с хлоратом + запаянную трубочку с серной кислотой и грузиком. Бомба детонировала от удара об землю. Насколько мне известно, ассасинировать царя тов. Кибальчичу не удалось, запал такой конструкции изобрёл тоже не он, но именно под таким именем конструкция вошла в историю. ;)
Да, реакция при горении смеси хлорат/сахар проходит следующим образом:
8 KClO3 + C12H22O11 = 12 CO2 + 11 H2O + 8 KCl, т.е. соотношение 65,1% к 34,9%.

Примененния в неорганическом синтезе:
1. Перхлорат калия(он же KClO4) — получается напрямую из хлората калия(KClO3) термическим преобразованием.
Это вещество входит в состав более безопасных вспышечных порошков, а так же применяется как окислитель в твёром ракетном топливе.
(Совсем профессиональные игроки, вроде NASA — правда предпочитают перхлорат аммония, этот окислитель применялся в бустерах Space Shuttle).

2. Перманганат калия(KMnO4, марганцовокислый калий, марганцовка) — когда-то очень распространённый аптечный реактив, в котором население купало младенцев и которым отпаивали пионеров для прочистки желудка от зелёных слив. :)
В лаборатории былого времени — полезнейший реактив аналитической химии, окислитель, компонент большого числа неорг. синтезов.
Сегодня же — запрещёнка, действующая только у нас, и более на планете больше нигде. ;)
Я без понятия где марганцовку используют наркоманы, но если она вам нужна — ключевые компоненты её синтеза это MnO2 и наш KClO3. :geek:

3. Чистый газообразный кислород(O2).
Выделяется при термическом разложении хлората калия. На этом же эффекте работают кислородные свечи(a.k.a. oxygen candle) на космических кораблях и станциях(в том числе Мир и МКС), на подводных лодках, в бункерах и т.д.

Ну, уверен что вы как минимум уже посчитали хлорат калия полезным веществом в домашнем хозяйстве. :geek:
Т.к. здесь уже лютая простыня(и я очень рад тем кто дочитал её) — уже в следующем сообщении я покажу как получать KClO3 в домашних условиях.
И хотя тема хлоратного электролиза уже освещена в интернете — на практике ни один из интернетных способов не сработал у меня лично. :lol:
При этом были проведены 3 захода электролиза, и похоже я наконец сам разобрался как получать хлорат калия в количестве приближающимся не к граммам, а к килограмму за неделю.
Надеюсь, когда процесс будет освоен до мельчайших деталей — эта темка превратится в свою полноценную статью. :roll:

Аватара пользователя
savol
Сообщения: 524
Откуда: г.Запорожье

Сообщение savol » 15 июл 2020, 21:56

интересная тема -химия и физхимия -электролиз!

Аватара пользователя
iEugene0x7CA
Адепт
Сообщения: 1495
Откуда: Киев

Сообщение iEugene0x7CA » 17 июл 2020, 19:26

Продолжим. ;)
Правда сейчас будет ещё немного предысторий, и несколько альтернативных методов получения KClO3 без электролиза:

Идея получения KClO3 как-то всегда витала вокруг — даже в юношестве, я соскребал спичечную серу сотнями коробков дабы просто иметь запас этой субстанции, хранил её в небольшой пробирочке. Понятия не имел из чего сделана эта "сера", но ей всегда находились применения, обычно как насыпка в электролампочку(самодельный электроподжиг), или насыпка в термоусадку(самодельный фитиль).

Взрывчатые свойства смеси спичечной серы с коричневой пастой на торцах коробка — мной были открыты по-настоящему случайно. Не знаю зачем смешал их, но заметил что в смеси они горят заметно быстрее, почти что вспышкой. После я как-то приготовил где-то грамм такой смеси, завернул в бумажку и оставил гореть на газовой конфорке, сам при этом вышел в другую комнату. Были ещё те восторг/испуг/удивление — когда штука натурально сдетонировала со звуком взорвавшейся на кухне гранаты. :lol:

Уже только после, во взрослом возрасте я узнал что торцы спичечных коробков — это красный фосфор, а спичечная "сера" — это и не сера вовсе, в основном некая "бертолетова соль", а взрывающаяся их смесь называется смесью Армстронга.

Тогда же я начал искать способы получения "бертолетки". Упоминались в основном следующие два:

1. Экстракция хлората калия из той же спичечной серы:

 Типичное видео:

Способ попадает сразу под два заграничных выражения: "circular logic" и "defying the purpose", т.к. KClO3 нужен ибо гемморно счищать спичечную "серу", а источником здесь как раз служит спичечная сера. :)
Возможно способ подходит для уж совсем полевых условий, или когда нужно очень мало хлората с минимумом капиталовложений — позволяет получить 1-2 грамма KClO3 в течении нескольких часов работы.

2. Кипячение "Белизны":
Хозяйственный продукт, носящий в народе название "хлорка", а так же широко узнаваемый как "запах больницы" – это химический раствор NaClO, он же гипохлорит натрия.
Одно из свойств данного вещества – это то что оно стабильно только при комнатной температуре, при повышенной NaClO переходит в NaClO3(хлорат натрия) и NaCl(кухонная соль), чем и можно воспользоваться: 3NaClO -> 2NaCl + NaClO3.
"Хлорка" нагревается любым удобным способом, лучше до температуры чуть ниже кипения(следует перемешивать и контролировать термометром).
Таким образом раствор выпаривается, где-то до 1/5 объёма, с выпадением кристаллов. Раствор остужается, и ставится в морозильник – при достижении температуры близко 0°С выпадет ещё немного соли NaCl и хлората NaClO3. Жидкость с остатками NaClO сливается, осадок крристаллов сушится на фильтровальной бумаге.
Далее есть два пути – выделять уже хлорат натрия(NaClO3) и использовать для каких-то своих целей, или добавить избыток KCl дабы заместить натрий в хлорате на калий: NaClO3 + KCl -> NaCl + KClO3.
Второй вариант более предпочтителен, т.к. хлорат калия KClO3 просто замечательно выделяется при перекристаллизации, тогда как NaClO3 при 0°С более растворим чем NaCl – сильно просто чистый хлорат натрия выделить не получится, он всегда будет в той или иной мере загрязнен остатками NaCl.

Если выбрали второй путь — выкристаллизовывать KClO3 нужно в следующей последовательности:

    1. Растворяем смесь KClO3 + NaCl + KCl в избытке чистой воды(подойдет из фильтра обратного осмоса). Стоит учесть, что при 0°С в 100 мл воды растовряется 4 г KClO3, 27 г KCl, и 34 г NaCl – необходимо чтобы по остужении выпали только кристаллы хлората, а хлориды остались в растворе;
    2. Ставим раствор на плитку и греем до полного растворения кристаллов, в идеале до 70-80°С;
    3. Ещё горячий раствор фильтруется через фильтровальную бумагу;
    4. Ставим стакан с отфильтрованным раствором в морозильник и раз в 20 минут измеряем температуру – это очень удобно делать пирометром;
    5. Когда раствор близок к 0°С и там выпали кристаллы – отфильтровываем их на воронке Бюхнера под вакуумом. Очень важно дополнительно промыть кристаллы KClO3 чистой водой при 0°С дабы удалить остатки хлоридов;
    6. Когда кристаллы подсохли на воронке Бюхнера – высыпам их в судок и сушим. Чистый хлорат калия представляет собой белоснежные пластинчатые кристаллы;
    7. Опционально: ещё раз перекристаллизовать KClO3, для большей очистки.

 Более-менее адекватный видеотуториал:

С 1-го литра "хлорки" можно получить до 20-ти грамм чстого KClO3.
Это на самом деле очень(!) мало, учитывая проделанный объём работы... Однако это уже лучше чем чистить спички. :)


Оба вышеперечисленных метода сугубо любительские, и интересны на практике не более чем в качестве эксперимента.
В промышленности хлорат калия получают двумя способами: известковым, или электролизом.

1. Известковый метод:
Применялся в далёкие времена, ещё до распространения электричества в начале XX века.
Очень антуражен факт, что даже описание этого метода нормально ищется только в царской литературе с буквами "ять". :)

p0001-sel.jpg

2. Метод электролиза:
Современный(которому уже 100+ лет) промышленный способ получения – это электролиз раствора хлорида калия KCl. Адаптировав этот процесс к домашним условиям – вполне реально собрать автоматическую установку, которая сможет работать сутками напролёт, давая примерно до 100 грамм KClO3 за день при минимуме обслуживания — причем после очистки реактив вполне может достигать квалификации "ч" – чистый.

По-настоящему я загорелся идеей электролиза когда пересмотрел старое видео Nurd Rage:

 Make potasium chlorate by electrolysis:

Процесс, хоть и требует определенного капиталовложения — но показался мне уж очень простым, якобы в стакан с насыщенным раствором KCl вставляются два электрода(анод платина, катод титан) – и всё! Пропускаем ток, на дно банки падают чистые кристаллы хлората.
Забавно, что примерно в то же время я интересовался твёрдыми топливами для ракетных двигателей, и был на грани покупки 1 кг перхлората калия.
Штука весьма не дешевая для реактива "на поиграться", килограммовый мешочек KClO4 стоит в районе 600 грн/кг($25).
Платинированный анод тем временем стоил около $30, и у меня закрались некоторые мысли...
"Хм... А давай ка я лучше возьму анод, и сразу получу неограниченный источник хлората!" :D

Эх! Знал бы я тогда, пол года назад всё что знаю сейчас – лучше взял бы готовый мешочек. :)

Как минимум, когда я плотно сел выбирать анод – оказалось что вместе с доставкой из США он уже стоит в районе $50, т.е. мне нужно будет произвести уже 2 кг хлората дабы только окупить такой путь(и это не считая будущих потерь при конверсии хлората в перхлорат, а так же цену сырья хлорида калия KCl).
Но оно по прежнему бы того стоило, работай метод Nurd Rage, или хотя бы вообще любой другой с просторов интернета...
Проблема в том, что ни один из них ещё и в итоге и не сработал как предполагалось. :D

Ну что же, перейдём наконец к моему личному опыту... Снова в следующем посте, т.к. тут уже простыня.

Аватара пользователя
iEugene0x7CA
Адепт
Сообщения: 1495
Откуда: Киев

Сообщение iEugene0x7CA » 02 авг 2020, 16:53

Так, надо дописать эпопею. :)

Попыток подобраться к электросинтезу хлората было несколько штук, и я даже тщательно описал каждую из них, от чего получилась нефиговая стена текста.
Однако, по большей части описывались неудачные варианты, и я много жаловался что с Ютуба практически ничего не работает. :)
О провалах думаю читать будет неинтересно, так что есть смысл описать только последние 2 подхода, где был реальный результат:

1. Первый KClO3 хоть в каком-то количестве:
Более-менее рабочий способ был найден в нескольких старых советских книжках.
Вообще, я преклоняюсь перед советской хим. литературой — она значительно превосходит по качеству всё что было написано после 1991-го в наших странах, и по мне даже лучше западной литературы.
Вкратце, обзор метода упоминается в "Чистых химических реактивах" Ю.В. Карякина(в других книгах он расписан значительно более обширно):

Capture.JPG

Из всего вычитанного в уме была составлена следующая конструкция:
Камера для электролиза содержит платиновый анод и титановый катод — это обязательно, т.к. любые другие материалы разрушаются под действитем одновременно хлоридов, хлоратов, гипохлоритов, газообразного хлора, водорода, щёлочи, банальной влаги, и протекающего электролиза. Вообще, в хлоратной камере творится такой ад, что за границей её даже прозвали "destruction cell" — в ней уничтожаются почти все материалы, кроме буквально единиц наименований. ;)
Камера обязательно герметично закрыта, и имеет порт для подключения шланга для отвода вышеупомянутых газов и аэрозолей на улицу — в противном случае даже 5 минут электролиза завоняют весь дом запахом больницы(калиевый гипохлорит KClO, т.е. ближайший родственник хозяйственной натриевой хлорки NaClO).
Для электросинтеза именно KClO3 абсолютно обязательно поддержвание температуры в интервале 40-60⁰С, в противном случае до 40⁰С синтезируется только хлорка KClO, а выше 60⁰С КПД вообще теряется и весь ток работает только на разогрев раствора. Дабы удерживать температуру — должен быть порт для термопары, защищённой запаянной стеклянной трубкой.
В идеале иметь электронику которая сама будет термостатировать раствор, но на практике это нужно лишь когда на улице колотун, ночью или днём.
Этим летом было очень тепло, и матушка природа сама поддерживала нужный диапазон температур(тепло электролиза + жара на балконе). :)
Ещё одно обязательнейшее условие — это наличие порта для досыпания хлорида KCl, насыщенный раствор которого мы подвергаем электролизу. Большинство Ютубовских методов не работают как раз т.к. у них не учтён факт что при падении насыщения раствора KCl — КПД преобразования в хлорат KCLO3 крайне сильно падает.
Вообще, у Ютубовских товарищей всё так плохо, что один чувак считал успехом получить 31 грамм(!) натриевого хлората в течении 21-го дня электролиза: https://youtu.be/a8yfnC5hZRw
У него же есть реально жирнейшая статейка где была описана вся химия и прямо вообще: https://woelen.homescience.net/science/ ... index.html
В общем, не надо так. держите ваш раствор насыщенным 100% времени электролиза — и будете получать 100 грамм хлората за сутки, а не 31 грамм за почти 3 недели. :)
Да, на моей картинке предусмотрен пластмассовый мешочек, где постоянно должен быть насыпан KCl и растворяться по мере уходя насыщения раствора.
Ещё у меня упоминается хромат калия, который по идее нужно добавлять в раствор(по той же книжке Карякина), но штуковина K2CrO4 нефигово ядовитая и канцерогенная — а всё что она делает это немного улучшает КПД.
Я решил не добавлять хромат(хотя и купил его), дабы не трястись над каждой пролитой каплей раствора.
В итоге, подключаем источник питания(до 8-ми вольт) ко всей приблуде — начинает вырабатываться хлорат(довольно сложной химией), и насыщать раствор в том числе и собою.
Когда раствор перенасытится хлоратом — его кристаллы начнут выпадать на дно, откуда их можно будет периодически собирать. Вопреки мнению что они уже чисты — это не так, обязательна двойная перекристаллизация и промывка холодной водой.

Хух! Надеюсь ничего не забыл.
Да, если вам это всё кажется сложным — не удивляйтесь, к данной штуке я пришел за долгие месяцы исследований и провалов на практике. :)

chlorate_cell.png

Ну, теперь собственно к самой практике. Первый положительный результат.
1-литровая банка была использована в качестве камеры, поверх было вырезано стёклышко из акрила, в нём установлены все порты при помощи эпоксидки.
Платинированный анод бы взят вот тут: https://www.ebay.com/itm/Platinized-Tit ... %7Ciid%3A1
Кстати осторожней, наши друзья китайцы не дремлют и просто завалили рынок фальшивыми платиновыми анодами — берите только если он стоит не дешевле чем $30.
Есть ещё так называемые MMO аноды, они чуть дешевле и вроде должны выдерживать условия хлоратной камеры, но я не проверял: https://www.ebay.com/itm/Ir-Ta-MMO-Tita ... %7Ciid%3A1
Титановый катод был сделан просто отрезанием половины титановой ручки у анода. :)
В качестве питальника я юзал свой лабораторный БП Korad KA3005D, однако он мне был нужен и я после заменил его на старый ATX блок питания, откуда брал 5В линию.
Мешочек с хлоратом в этом заходе не использовался, т.к. ещё не было подходящих материалов — просто оставил излишек KCl в хлоратной камере на дне.
Вот так выглядит ещё чистая камера, пробный запуск у меня в комнате:

SAM_6907.JPG

Она же, вынесенная на балкон. Если был колотун на улице — она стояла обкрученная полотеничком для теплоизоляции, так был получался нужный диапазон 40-60⁰С просто нагревом от самого электролиза.
Кстати, электролиз потребляет около 5В 3А, т.е. 15 ВТ.
Была правда одна лажа, я заснул с установленным полотеничком вечером, а утром была жарища и я обнаружил камеру с температурой 79⁰С. :)
Т.е. она много часов работала практически не делая ничего. Всего электролиз продлился 16 часов, что довольно мало — но это был тестовый заход.

SAM_6911.JPG

Впервые я увидел слой выпавших кристаллов хлората, это фото уже после того как камера была вскрыта, и её содержимое перелито в стакан.
В реальности кристаллы хлората выглядят очень красиво, они преломляют свет и в стакане получается такая себе "дискотека" из разноцветного дождя кристаллов. На фото очень слабенько передаётся. ;)

SAM_6920.JPG

Было проведено 2 перекристаллизации, где вообще я немало налажал. Промывал хлорат теплой водой и очень много его было потеряно.
Промывать надо исключительно водой 0⁰С, т.к. KCl она легко растворяет, а KClO3 не растворяется в холодной воде. Да, промывать надо дабы смысть остатки KCl из раствора в котором кристаллы намочены.
В начале я сушил кристаллы над фильтровальной бумагой, а потом досушивал в лотке:

SAM_6924.JPG

Однако после genius mind придумал использовать насос от вакуумного пинцета... Да, вот этого самого — насос нашел себе применение спустя 8 лет. :lol: https://youtu.be/A0S48lpAVdI?t=59
У меня тогда не было воронки Бюхнера, так что смастерил что получилось — использовал обычную воронку с сеткой на дне. Как не странно, оно работало. :geek:

SAM_6932.JPG

Всего получилось 40.5 грамм KClO3 после 16-ти часов электролиза.
Это довольно мало, однако стоит учесть целую кучу нюансов и косяков которые были допущены:
*При начале свежего электролиза проходит несколько часов перед тем как раствор насытится в том числе KClO3 и начнут выпадать кристаллы. Первые часов 6 точно на это ушли, т.к. литр ёмкости это довольно много;
*Промывка комнатной водой была лютым косяком;
*Работа электролиза не менее 4-х часов при 79⁰С;
*При переработке у меня лопнула банка, и часть выхода я собирал чуть ли не тряпкой со стола. Хорошо хоть там хромата не было. :)

SAM_6934.JPG

В целом, этот заход был скорее удачный, хоть и с косяками — я не получил каких-то огромных выходов, однако это была первая удача, показавшая что за сутки вполне можно довести производство до 100 грамм KClO3.
Этот же заход привел к заходу номер 2, о котором расскажу снова в следующем посте. :geek:

krjukovv
Сообщения: 13

Сообщение krjukovv » 03 авг 2020, 07:29

Круто !

Аватара пользователя
iEugene0x7CA
Адепт
Сообщения: 1495
Откуда: Киев

Сообщение iEugene0x7CA » 04 авг 2020, 15:25

Ну, и последнее что делал — однако не последнее из того что планируется. :geek:

2. KCl3 хорошего качества и в значительном количестве.
Про эту штуку я отписывал на соседнем форуме "Химия и Химики", так что скопирую пост от туда — он реально жирный и в моём стиле:

//————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————//

Я запнулся при разработке термостата, застрял почти что на 2 недели – хотел сделать его с термопарой, что оказалось весьма не просто.
Хотя, в хлоратной камере легко можно было применить вообще любой термистор/транзистор/микросхему(которые до +125°С)...
Но термопара круче, она до 1200°С и может быть применена ещё много где. :roll:

В итоге термопарный термометр я сделал(и очень хорошо подтянул себя в термопарах), но в установке он применён не был из-за постоянной июльской жары — камера сама по себе без проблем удерживалась в нужном температурном диапазоне.
Прототип термопарного термометра вот так выглядит(36°С – это я термопару под язык засунул ;)), и рядом оптосимисторное реле которое может переключать ~220V нагрузку мощностью до пары кВт.
По логике, оптосимисторных реле было бы 2 штуки, одна включала электролиз в диапазоне 40-60°С(дергая 220V к AXT блоку питания), и вторая включала бы подогрев(электроплитку или другое) когда температура в камере ниже 40°С:

SAM_6941.JPG

В общем! Хоть пока без термостата, был проведён ещё один заход, на этот раз в 3-литровой банке.
Новую крышку делать не стал, но в отличии от прошлого захода – сшил мешочек для досыпки хлорида, который должен удерживать раствор 100% насыщенным 100% времени.
Это оказалось ключевой фичей, без которой электросинтез хлората крайне неэффективен – всегда реализуйте решение для удержания насыщенности хлоридом.
Фото до запуска, пока ещё на подоконнике в комнате:

SAM_7020.JPG

В данном заходе похоже производилось не менее чем 100 грамм KClO3 за период в 24 часа.
Первые 2 дня камера работала на насыщение 3-х литров раствора хлоратом, объём очень большой и на дно ничего не падало.
На 3-й день появился слой из выпавшего хлората и начал интенсивно расти:

SAM_7026.JPG

В течении следующих 3-х дней набралось около 1/4 банки.
На 5-й день мой мешочек из шторной тюли растворился в хлорке(не ожидал такого), и куча хлорида была по ошибке просыпана сквозь него, в продукт.
Ещё 2 дня я гонял камеру без досыпания хлорида дабы ушел тот который на дне. Как правило, 1 досыпка уходит за 1 день.
На 7-й день я завершил электролиз, т.к. у нас была семейная поездка в другой город. Банка вот так выглядела, это с перемешиванием(тряской всей банки), так что слой не распушен пузырьками воздуха:

SAM_7105.JPG

Да, камера весьма грязная, т.к. применялись те же несовместимые материалы: болты/гайки из нержавейки, медные шпильки, и никелированные латунные стоечки.
В итоге железо опало нерастворимой ржавчиной Fe2O3, а никель и легирующие смеси нержавейки осели неким "зеркалом" на стекле банки. Возможно что-то ещё осталось в растворе.
В идеале таки юзать полностью титановый крепёж, но достать его в Украине оказалось как-то очень не просто – хоть ищи кого-то с токарником и точи свой.
В любом случае, это проблемы для следующего захода – когда я буду перерабатывать всю систему, включая крышку и крепёж.

По возвращении в Киев меня ждала та самая баночка, перед поездкой просто вытащил электроды, но раствор и кристаллы остались.
Хлорат не скис(я что-то переживал за это), но видимо из-за дневного/ночного термоциклирования трансформировался из пластинок в моноклинные кристаллы.
Я слил раствор, достал кристаллы и растворил их в чистой воде, дважды сделал горячую фильтрацию и перекристаллизацию, и затем отсосал продукт на воронке Бюхнера вакуумом, с двойной промывкой водой при 0°С.

SAM_7112.JPG

Тов. Карякин обещает что после такой обработки кристаллы хлората получаются квалификации "ч".
Выглядели они очень чисто(чуть-чуть ещё недосушены на фото), однако меня смущает факт загрязнения раствора материалом на который крепились электроды. Так что может оно "ч", а может и нет. :geek:

SAM_7116.JPG

Да, выход получился 409 грамм хорошо очищенного KClO3, это с неслабой потерей продукта.
Упаривание и переработка воды в которой проводилась рекристаллизация/промывка – дали ещё 117 грамм чистого хлората калия.
В сумме 526 грамм за 7 дней электролиза.
Это только с выпавшего хлората в 3-литровой банке при комнатной температуре, маточный раствор я оставил на будущее.
Продукт из-за рыхлости очень хорошо поместился в реахимовскую 1-литровую банку и теперь у него там домик. :mrgreen:

SAM_7137.JPG


Доп. заметки:
1. Карякинский хромат калия(K2CrO4) добавлять не стал, на 3 литра его бы понадобилось целых 30 грамм.
Работать с веществом значительно удобней, зная что там нету никакой канцерогенной пакости. Пара разливов у меня таки были при переработке, и тот оказался бы на ковре. :)
Да, касательно функций хромата или дихромата – много где проскакивает инфа что он не только защищает электроды, но ещё и повышает КПД камеры, в частности преобразования хлорида в хлорат. Нужно однако исследовать просторы книг, каким образом хромат это делает;
2. Переработка продукта заняла не мало времени и сил. Первые 409 грамм были получены примерно за вечер интенсивной работы, а вот 117 грамм из отходов выпаривались/выделялись почти что 2 дня неспешной работы. Думаю есть смысл пускать отходный продукт в утиль и просто дальше запускать камеру.
Более того, перерабатывая отходы – я умудрился треснуть свой любимый боросиликатный стакан на 600 мл, и разбить воронку Бюхнера.
Первый по ошибке был поставлен на горячую плитку, а воронка разбилась т.к. я держал её за пробку во время очередной промывки – пробка коническая и воронка просто "уть" и вылетела. Остаток пришлось доработать в poor man's версии Бюхнера.

SAM_7125.JPG

Короче, можно ожидать что без особых усилий установка в нынешнем виде даёт ~400 грамм чистого продукта каждые 4 дня(из насыщенного хлоридом и хлоратом раствора).
Скорее всего можно чуть улучшить эффективность, подняв ток. Мой ATX питальник от старого компа давал около 2.8А, тогда как электрод явно сможет выдержать до 3.5А без какого-либо увеличения износа(нужен лучший питальник).

В следующем заходе, планируется таки прикрепить термостат – рас он уже есть.
Вместо мешочка применить толстую полиэтиленовую пробирку с мелкими отверстиями для удержания насыщенности хлорида.
Так же, как-то изготовить 100% титановый крепёж.

P.S. Я правда только сейчас понял, что хлората мне вообще много и не надо было.
Нынешней баночки, если не сжигать налево и направо – наверное на года хватит, а тут уже такой индустриальный процесс разработан. :lol:

//————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————//

В следующем, пока не случившемся заходе победой будет сделать новую крышку с портами, на которой закрепить PET-пробирку с кучей сверленных тонких отверстий.
Предположительно, это решение будет работать лучше чем мой мешочек. Который вообще выдерживал 96% серную кислоту, но в "destruction cell" отправился в обливион. ;)
Полностью титановый крепёж так же, обязателен — нержавейка напрочь разваливается, даже если не касается раствора.

SAM_7078.JPG

Когда получится 100% многоразовая хлоратная камера — переведу эту темку в статейку, и буду считать данную главу моей жизни закрытой. Главу... Недоделывания хлоратной камеры. :)

Вернуться в «Химия»



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 1 гость