Растворимость в ртути
При смешивании ртути с металлами других элементов получаются амальгамы. Этот процесс может проходить при комнатной температуре, ведь в таких условиях Pb представляет собой жидкость. Растворимость меди в ртути проходит только во время нагревания. Металл необходимо предварительно измельчить. При смачивании жидкой ртутью твёрдой меди происходит взаимное проникновение одного вещества в другое или процесс диффундирования. Значение растворимости выражается в процентах и составляет 7,4*10 -3 . В процессе реакции получается твёрдая простая амальгама, похожая на цемент. Если её немного нагреть, то она размягчается. В результате такую смесь используют для починки изделий из фарфора. Существуют ещё и сложные амальгамы с оптимальным содержанием в ней металлов. Например, в стоматологическом сплаве присутствуют элементы серебра, олова, меди и цинка. Их количество в процентах относится как 65: 27: 6:2. Амальгам с таким составом называется серебряным. Каждый компонент сплава выполняет определённую функцию, которая позволяет получить пломбу высокого качества.
Другим примером служит сплав амальгамный, в котором наблюдается высокое содержание меди. Его ещё называют медным сплавом. В составе амальгама присутствует от 10 до 30 % Cu. Высокое содержание меди препятствует взаимодействию олова со ртутью, что не позволяет образовываться очень слабой и коррозирующей фазе сплава. Кроме того, уменьшение количества в пломбе серебра приводит к удешевлению. Для приготовления амальгамы желательно использовать инертную атмосферу или защитную жидкость, которая образует плёнку. Металлы, входящие в состав сплава способны быстро окисляться воздухом. Процесс нагревания амальгамы купрума в присутствие водорода приводит к отгонке ртути, что позволяет отделить элементарную медь. Как видите, эта тема несложна для изучения. Теперь вы знаете, как медь взаимодействует не только с водой, но и с кислотами и другими элементами.
Из предложенного перечня выберите две жидкости, которые растворяют медь и железо.
2) царская водка
3) серная кислота (р-р)
4) азотная кислота (конц.)
5) раствор щёлочи
Запишите в поле ответа номера выбранных жидкостей.
С азотной кислотой реагируют оба металла, но только железо реагирует при нагревании, потому что HNO3(конц.) пассивирует железо. HNO3(конц.) не реагирует с золотом, платиной, танталом, иридием, ниобием, родием. Оба этих металла растворяются в царской водке.
Что хлорное железо, что медный купорос: имеют свою цену, токсичность, необходимость нагрева и опасность для окружающих предметов. Хотелось бы не бояться просыпать реактив или безнадежно что-то испортить. Например, если реактив пролился вне дырки раковины – раковину приходится протирать и посыпать содой. Понравилась фраза с форума: «освободиться от ржавых пятен, которыми у меня полкомнаты покрыто – дорогого стоит». Есть стандартная альтернатива в виде травления персульфатами натрия, калия и аммония (с выделением хлора. ); но можно пойти еще дальше.
В интернете нашелся пользователь Murlock, предложивший травление меди следующим способом: – 100мл аптечной 3% перекиси водорода; – 30г лимонной кислоты; – 5г поваренной соли. Лимонная кислота должна высыпаться в перекись водорода с полным перемешиванием, далее добавляется соль с полным перемешиванием. Болтать тару эффективнее, чем размешивать ложкой.
Предполагается, что Murlock является изобретателем данного способа на территории РФ в 2012 году. И он не стал пыжиться с патентами, а просто подарил этот способ миру – обожаю таких людей. Жаль, не знаю, как зовут; белорус.
Свойства раствора: – объем травления составляет 0.35см 3 меди на 100мл раствора. 40% хлорное железо способно растворить меди 100г/л, что равносильно 10г и 1.12см 3 (0.56см 3 для 20%) – по объему растворения в 1.6 раза меньшая эффективность раствора; – стоимость 0.5л составит 4×4руб + 2×16руб + 1руб = 49руб – по деньгам в 2.38 раза дороже безводного железа, в 1.44 раза дороже шестиводного. С другой стороны, цены везде разные; и никто не мешает купить сразу литр 3% перекиси или таблетки гидроперита 30% (6×1.5г на 100мл); – раствор нельзя реанимировать и использовать повторно; – использованный раствор не годится для омеднения поверхностей (в хлорное железо, насыщенное медью, можно кидать железо – оно будут омедняться без электролиза). Поэтому автор неверно пишет о таком способе как самом дешевом. Но удобства у него такие, что на цену становится плевать. Формально, можно травить медь азотной кислотой – и это будет самый дешевый, но самый опасный вариант: даже резиновые перчатки не спасают. Или соляной кислотой с перекисью: очень дешевый вариант, но летучесть раствора высока.
Удобства: – доступность компонентов в обычном магазине (химически чистое хлорное железо и медный купорос продаются исключительно в магазинах химии и в таре от 1кг); – безопасность раствора чистого и загрязненного как для тела, так и для окружающих предметов – можно травить дома прямо в комнате (прикрыв крышкой и с проветриванием, естественно); – бешеный окислительно-восстановительный потенциал 1.775В – становится доступна быстрая скорость травления именно при комнатной температуре; – раствор не требует нейтрализации, если сливается на металлические поверхности (сливании в дырку раковины не требуется – ополоснул раковину, и готово); – нет выделения опасных для дыхания газов (выделяется кислород). Если же при нарушении пропорций произойдет испарение раствора в воздух – индикация будет сильно выражена запахом; – плата после промывки под струей воды очищается полностью от реагента, не остается пачкающих мест (какие бывали с хлорным железом); – равномерное травление по всей поверхности, нет бокового подтрава меди; – отработанный раствор, даже после разложения, безопасен для труб и окружающей среды.
Читать также: Холодильник лучшие надежные модели
Реакции, как я их представляю (опять целый бульон): смешивая эти 3 компонента, реакция не идет никакая. Но как только появилась медь или иной металл: – реакция с лимонной кислотой: цитрат меди и водород, 3Cu + 2C6H8O7 → Cu3(C6H5O7)2 + 3H2; – реакция с пероксидом водорода: 2Cu + 6H2O2 → 2Cu(OH)2 + H2 + 2O2 + 2H2O; – сама перекись восстанавливается быстрее за счет меди как катализатора, тщетно пытается окислиться обратно: 2H2O2 ↔ 2H2O + O2; – кислород реагирует с медью: Cu + O2 → 2CuO; – вода под действием катализатора NaCl реагирует с медью: 2Cu + H2O → 2CuO + H2; – оксид меди реагирует с лимонной кислотой: 3CuO + 2C6H8O7 → Cu3(C6H5O7)2 + 3H2O; – гидроксид меди реагирует с лимонной кислотой: 3Cu(OH)2 + 2C6H8O7 → Cu3(C6H5O7)2 + 3H2O + 3O2; – NaCl в реакции не участвует: натрий активнее меди, и она его не может вытеснить. Но каким-то образом соль ускоряет растворение цитрата меди в растворе. Выяснилось, что соль – катализатор коррозии, позволяющий эффективно разрушать оксидные пленки; Если же устроить избыток пероксида водорода и катализаторов, будет самостоятельная реакция окисления лимонной кислоты перекисью – превращение в 3-оксопентандиовую кислоту за малое время: C6H8O7 + H2O2 → C5H6O5 + CO2 + 2H2O.
Практическая проверка с приготовлением раствора по инструкции (есть запах лимонной кислоты с перекисью, как будто друг с другом не прореагировали, а плещутся по отдельности). Были положены одновременно: кусочек медного радиатора
5x5x5 (полый), припой ПОС 61, кусочек алюминиевого радиатора
1x5x20 (неполый), советская плата с неизвестным припоем и дорожками из припоя. Сразу же начали выделяться пузыри на поверхности меди. Через 3 минуты пузыри появились на ПОС 61 и припое платы, появился неприятный резкий запах (глаза не раздражает, но, похоже, горло). Через 7 минут проснулся алюминий (разрушилась защитная пленка) и начал газить сильнее всех. Пузырьки, лопаясь, поднимают капли раствора на расстояние 7-10см. Нагрева раствора нет.
Действительно, свинец заметно растворим в лимонной кислоте – образуется цитрат свинца, мгновенно растворяющийся в воде: Pb3(C6H5O7)2·3H2O. Медь с лимонной кислотой образует цитрат меди: (Cu2C6H4О7)2·5Н2О. Алюминий – цитрат алюминия: C6H5AlO7 – предполагается вышибание из лимонной кислоты водорода; возможно, им и газит.
Проверил раствор через час: кусочек меди остался очень тонкой полосочкой примерно 0.1x1x2, раствор стал сине-зеленым, алюминий продолжал газить (большой кусочек оказался). Припой ПОС 61 разрушился как в хлорном железе: почернел, стал еще более пластичным. Неизвестный припой с платы: дорожки из припоя растворились полностью (?!), места пайки – почти полностью. Сравнить эффективность снятия припоя сложно: плата другая, места пайки припоем просто обильно залиты. В итоге припой уже не контактировал с платой, но не мог быть из нее выдавлен шилом: получился металл в форме буквы «I», как заклепка. Пришлось использовать миниатюрные пассатижи.
То есть, результат за час аналогичен результату за полчаса 20% хлорного железа, нагретого до 50 градусов (растворение меди до плавающих кусочков, среднее разрушение припоя). При этом приготовление раствора происходит без перчаток, не нужно нагревать и прочие плюсы.
. никому не нужно хлорное железо 2кг.
Тонкости работы с приготовленным раствором: – не нагревать раствор. Обострится реакция кислоты с перекисью – выделится большое количество теплоты, банку от нее расколет. Характер реакции похож на ракетный двигатель: кислота как топливо, перекись как окислитель – чем больше времени реакция, тем она теплее и быстрее. Реакция при этом управляемая, путем добавления в раствор холодной воды (но добавлять нужно быстро, есть около 2 минут). Нельзя допустить критической температуры: будет взрыв, раствор распылится в воздухе. Также возможна экзотермическая реакция в том случае, если совсем грубо не соблюдены пропорции + на плате много меди (медь является катализатором); – соль является не только катализатором, но и растворителем выпадающего осадка. Соль не должна быть йодированной. Сильный избыток соли, как катализатора, также может вызвать саморазогрев раствора; – лимонной кислоты жалеть не надо: предотвращение выпадения осадка цитрата меди (малорастворим, осядет на плате); – а вот перерасход перекиси вызовет чрезмерное выделение кислорода и резко снизит эффективность травления. В этом случае нужно досыпать лимонную кислоту; – если подкислить раствор соляной или серной кислотой – реакции идут еще быстрее; – лимонную кислоту можно заменить на винную. Или уксусную (падение эффективности, неприятный запах, дешевле). Тогда будет выпадать не голубой цитрат меди, а ацетат меди; – лучше плату размещать медью вниз, чтобы цитрат меди сразу оседал на дно, а не мешал травиться плате. Если травить две стороны – вертикальное расположение; – не только медь стравливается, но и железо. В итоге железо может препятствовать травлению, взяв на себя перекись, – ее придется доливать; – если нужно, чтобы медь травилась, а алюминий нет – в раствор добавляется ЭДТА; – это способ проверить временем: выдыхается ли перекись, если ее хранить не в холодильнике. Выдохнется – травить не будет (хотя запах в пузырьке может сохраняться); – чистая лимонная кислота (без примесей) стоит 170 рублей за килограмм в химических магазинах. В обычных магазинах можно купить неликвид в виде порошка коричневого цвета – травление будет ослаблено. Поэтому нужно оценить хотя бы визуально лимонную кислоту перед использованием; – раствор годен к травлению до 12 часов после приготовления; – если делать перекись 3% из таблеток гидроперита, дистиллят не обязателен; – с ЛУТ работает как часы, с фоторезистом – зависит от фоторезиста, у всех по-разному; – если постоянно смахивать с меди пузырьки какой-нибудь кисточкой (параллельно новый раствор подтекает к меди, удаляется цитрат меди), то травление идет быстрее; – люди пишут о случаях разбавления производителями перекиси, уменьшив ее концентрацию – в итоге их первый опыт с лимонной кислотой был провальным; – использование не 6, а 7 таблеток гидроперита на 100мл воды ускоряют реакцию примерно раза в 2.
Читать также: Захваты для крепления сэндвич панелей
Кстати, граммы сокращаются как «г», а не «гр». Использование «гр» в официальных документах делает их недействительными, согласно ФЗ №102-ФЗ от 26.06.2008.
(добавлено 20.06.2016) Еще тонкости: – максимальная безопасная температура подогрева раствора: 35 градусов. Скорость травления сильно зависит от температуры, поэтому есть смысл нагревать раствор и контролировать нагрев при помощи термопредохранителя (ТК24-00-2-35 или его аналоги); – если рискнули экспериментировать с избытком перекиси водорода, необходимо погружение в раствор термопредохранителя KSD-9700 (40 градусов), завернутого в полиэтилен. Если раствор начнет саморазогреваться и перейдет отметку 40 градусов – должно сработать оповещение в виде пищалки или чего-то подобного; – пластиковая тара даже после мытья пахнет лимонной кислотой – для применения в пищу непригодна. Возможно, непригодна и для хранения металлических вещей; – если в сине-зеленом растворе преобладает синий оттенок – раствор выдохся; – я сделал неправильный расчет цены 0.5л раствора (сравнивая его с килограммовой тарой хлорного железа). Хлорное железо (упаковка 1кг 175руб что шестиводного, что безводного) на 5 рублей дороже лимонной кислоты, поэтому расчеты следующие: 5×4 + 25.5 + 1 = 46.5 рублей – в 2.31 раза дороже безводного хлорного железа и в 1.36 раза шестиводного; – тестовый раствор вчера был объемом 100мл (как и сегодня), а соль использовалась йодированная; – оставленный раствор на 8 часов перестал реагировать с платой (растворив солидное количество припоя). Но стоило почистить плату жесткой кистью – пузырьки появились снова: допустил ошибку, разместив плату припоем вверх – цитрат свинца изолировал ее поверхность от травления. И раствор за 8 часов под неплотной крышкой не выдохся; – открыв крышку и оставив на 10 часов, достиг полной недееспособности раствора (18 часов + негерметичная среда). И бросил туда алюминий. Перекись выдохлась, а лимонная кислота-то осталась. И опять побежали пузырьки. Закинув большой кусок алюминия, получил быстрое выделение тепла. Тот же процесс: лимонная кислота разрушила оксидную пленку, алюминий с водой начал газить и выделять тепло, а также подъедаться той же кислотой.
(добавлено 21.06.2016) Неприятный запах – цитрат меди из раствора в воздухе, поднявшийся с пузырьками газа: он реально раздражает слизистую. Алюминий не так сильно выделяет тепло, т.к. при реакции с лимонной кислотой начинает покрываться цитратом алюминия. Цитрат алюминия также растворяется в растворе, он приобретает темно-синий цвет и полностью теряет прозрачность.
(добавлено 02.07.2016) При 28 градусах видно, как на пластиковом пузырьке перекиси скапливаются пузырьки кислорода. Действительно, ее нужно хранить в холодильнике; в идеале – на полке с 0 градусов.
(добавлено 09.07.2016) Попытался протравить ту плату, что не стравилась до конца с первого раза. В итоге стравилась полностью с одной стороны (нижней), отвалились все элементы, включая высокочастотный трансформатор (растворились его ноги). Стало быть, я ее просто недодержал, или раствор выдохся (в первый раз травил не закрывая, второй раз прикрыл крышкой – и оба раза не помешивал). А если помешивать – эффект еще лучше будет. Да, остаются следы припоя, однако металлические ноги легко из него вытаскиваются пассатижами (рассыпается), а сам «припой» перестал проводить ток. Может, это цитрат олова? По цвету очень похож.
(добавлено 14.07.2016) Еще раз подчеркиваю преимущество лимонной кислоты над хлорным железом: большая прозрачность раствора – виден сам процесс растворения меди; четко понятно, когда плату вытаскивать.
Результат любой химической реакции гарантирован только при соблюдении пропорций реагентов. Положив хлорного железа на глаз – сегодня на работе не дотравил платы: мало положил (сколько же с ним неудобств, а: шестиводного в 1.67 раза больше надо было класть).
(добавлено 21.07.2016) Лучше не использовать гидроперит. Дороже, хранить сложнее, агрессивный. 35% концентрация – в 12 раз больше перекиси водорода; случайно стравил кутикулу на ногте – маникюр делать не надо. Также с ним дополнительное выделение кислорода идет при замачивании платы (пузырьки оседают на плате и мешают травлению). Хотя само травление идет более интенсивно. Лучше количество кислоты увеличить, тем более Murlock так и писал: не жалеть. Судя по Википедии, 6 таблеток гидроперита есть 90мл перекиси – не хватает еще одной для преодоления отметки 100%.
(добавлено 03.08.2016) Цинк, алюминий, железо реагируют с данным раствором. Есть подозрение, что алюминий есть катализатор + реагирует с водой, уменьшая ее объем, – раствор вышел из-под контроля и начал нагреваться (появилась вероятность взрыва при бездействии, хотя всего-то холодной воды плеснуть надо). Однако нагрев был слабым, градусов до 30; температура росла очень медленно. В общем, с металлами-катализаторами поаккуратнее.
(добавлено 03.10.2016) Еще 1 хороший способ травления: автомобильным электролитом с перекисью.
(добавлено 28.10.2016) Обнаружилось 2 интересных факта: – впервые травил двусторонний текстолит. И именно сторона, обращенная ко дну тары, протравилась много быстрее, чем другая. Действительно, ацетат меди после реакции сразу сползал на самое дно; а периодическое помешивание раствора приводило к его удалению с дна. 100мл хватило на травление платы 2 x 100×60мм. А потом еще на 1 такую же одностороннюю, а потом еще начал поедать 1 такую же – но закончилось время, и раствор был слит без завершения опыта. Потенциал у раствора есть: даже если он сильно посинел – продолжает работать, и его цена за квадратный сантиметр меди упала.
(добавлено 04.11.2016) Попробовал травление медным купоросом с солью. Медленное (многочасовое без нагрева), вонючее (если без крышки), токсичное, плохо смываемое с тары (пластиковый пинцет выбросить пришлось). А также жутко вонючее при изготовлении раствора. При добавлении соли в раствор происходит эффект высаливания газов из раствора – раствор начинает сильно газить и исходить пеной (зависит от чистоты купороса и воды). Вообще, высаливание газов – интересная штука: попробуйте соль в кипящую воду или минералку бросить – будет сильно газить: углекислый газ покидает раствор.
(добавлено 31.12.2016) Теория о том, что лимонная кислота разлагается при НУ самостоятельно на углекислый газ и воду, не подтвердилась. Не разлагается при НУ.
