Синтез сульфида кадмия

Дніпропетровський національний університет імені О. Гончара

Факультет хімічний

Кафедра фізичної та неорганічної хімії

 

 

КУРСОВА РОБОТА

з синтезу  неорганічних речовин

 

на тему:

 

кадмий сульфід

CdS

 

Студентки 1 курсу ХФ-12-2 групи

                                                  напряму підготовки хімія

спеціальності хімія

Швачко О.Ю.

Керівник  старший викладач

Цокур Н.І

 

Кількість балів____________

 

Національна шкала ________

 

Оцінка ECTS _____________

 

                                                  Члени комісії : _______________________________

                                                                                                                                             (підпис)                        (прізвище та ініціали)

                                                                                                    

___________  _____________________________

                                                                                                                                              (підпис)                        (прізвище та ініціали)

                                                                                                                              

____________  ______________________________

 

                                                                                                                                              (підпис)                         (прізвище та ініціали

 

м. Дніпропетровськ, 2013 р.

Зміст

Вступ…………………………………………………………………………….5

1.Кадмій………………………………………………………………………...6

1.1 Історична довідка…………………………….……………………………6

1.2 Поширення Кадмію  у природі……………………………………….……6

1.3 Фізичні властивості……………….……………………………….………7

1.2 Хімічні властивості…………………………………………….………….7

1.5 Отримання Кадмію………….….………………………………………....8

1.6 Застосування Кадмію………………………………….…………………..8

1.7 Біологічна роль Кадмію………………………..………………………….8

2. Сульфур……………………………………………………………………...9

2.1 Історична довідка………………………………………………………….9

2.2 Поширення у природі…………………………………………………..…9

2.3 Фізичні властивості………………………………………………………10

2.4 Хімічні властивості………………………………………………………10

2.5 Отримання сірки………………………………………………………....11

2.6 Застосування сірки……………………………………………………….11

2.7 Біологічна роль Сульфуру……………………………………………….12

3. Кадмій сульфід………………………………………………………….....13

4.Методи синтезу кадмій сульфіду………………………………………....14

Експериментальна  частина………………………………………………….15

Висновки……………………………………………………………………...18

Список літератури…………………………………………………………....19

Реферат

Курсова робота: 19 ст.

Об’єкт  дослідження : синтез кадмій сульфід

  Мета роботи : ознайомитись з методиками синтезу кадмій сульфіду, обрати найбільш прийнятну, та синтезувати 5 г речовини.

 Перелік ключових слів: КАДМІЙ СУЛЬФІД, СИНТЕЗ, ВЛАСТИВОСТІ, КАДМІЙ, СІРКА, МЕТОД, СПОЛУКИ

Resume

The сourse work of the 2013 year by student Shvachko Olga faculty of the chemistry.

Bibliog. 19 p.

The objective: to acquaint with the methods of synthesis. choose a more affordable method and to synthesize 5 gram of substance. The work is interesting for students of the chemical institutes.

Вступ

Завданням даної курсової роботи буде розгляд властивостей і застосування кадмій сульфіду. Також спробую розглянути отримання кадмій сульфіду і виділити найбільш перспективні способи його отримання з урахуванням екологічності методу.

Головні завдання цієї курсової роботи:

- розгляд властивостей кадмію, сульфуру та кадмій сульфіду;

- дослідити найбільш перспективні способи добування цього хімічного продукту;

- обрати один метод синтезу кадмій сульфіду та виконати його в лабораторії;

-  оцінити результати синтезу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Кадмий

Кадмій (Cadmium), Cd — хімічний елемент II групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 48, атомна маса 112,40; білий, блискучий, важкий, м'який, плавкий метал. Елемент складається з суміші 8 стабільних ізотопів з масовими числами: 106 (1,215%), 108 (0,875%), 110 (12,39%), 111 (12,75%), 112 (24,07%), 113 (12,26%), 114 (28,86%), 116 (7,58%).

1.1 Історична довідка

У 1817 році німецький хімік Ф. Штромейер, при ревізії одній з аптек, виявив, що наявний там карбонат цинку містить домішки невідомого металу, який осідає у вигляді жовтого сульфіду сірководнем з кислого розчину. Штромейер назвав відкритий ним метал кадмієм (від греч. Kadmeia - нечистий оксид цинку, також цинкова руда). Незалежно від нього німецькі учені До Герман, К. Карстен і В. Мейснер в 1818 році відкрили Кадмій в сілезьких цинкових рудах.

1.2 Поширення Кадмію в природі

Кадмій — рідкісний і розсіяний елемент з Кларком літосфери 1,3•10^-5% за масою. Для Кадмію характерні міграція в гарячих підземних водах разом з цинком і інших халькофільнимі елементами і концентрація в гідротермальних родовищах. Мінерал сфелеріт ZnS місцями містить до 0,5-1% Cd, максимально до 5%. Рідше зустрічається гринокіт CdS. Концентрується кадмій в морських осадових породах - сланцях (Мансфельд, Німеччина), в пісковиках, в яких він також пов'язаний з цинком та іншими халькофільнимі елементами. У біосфері відомі три дуже рідкісних самостійних мінералу Кадмію — карбонат CdCO3 (ставіт), оксид CdO (монтепоні) і селенід CdSe

.

 

 

1.3 Фізичні властивості

Кристалічна решітка Кадмію гексагональна, а = 2,97311 Å, с = 5,60694 Å (при 25 °C); атомний радіус 1,56 Å, іонний радіус Cd²⁺ 1,03 Å. Щільність 8,65 г/см³ (20 °C), t_пл =320,9 °С, t _кип = 767 °C, коефіцієнт термічного розширення 29,8•10^-6 (при 25 °C); теплопровідність (при 0 °C) 97,55 вт /(м•К) або 0,233 кал/(см•сек • °С); питома теплоємність (при 25 ° C) 225,02 дж/(кг•К) або 0,055 кал /(г•°С); питомий електроопір (при 20 °C) 7,4•10^-8 Ом•м; температурний коефіцієнт електроопору 4,3•10^-3 (0-100 ° С). відносне подовження 20%.

1.4 Хімічні властивості

 Відповідно до зовнішньої  електронної конфігурацією атома  4d¹⁰ 5s² валентність Кадмію в сполуках дорівнює 2. На повітрі Кадмій тьмяніє, покриваючись тонкою плівкою оксиду CdO, яка захищає метал від подальшого окиснення. При сильному нагріванні на повітрі Кадмій згорає в оксид CdO - кристалічний порошок від світло-коричневого до темно-бурого кольору. Кадмій безпосередньо з'єднується з галогенами; ці сполуки безбарвні; CdCl₂, CdBr₂ і CdI₂ очень легко розчиняються у воді (близько 1 частини безводної солі в 1 частини води при 20 °C), CdF₂ розчинний важче (1 частина в 25 частинах води). З сіркою Кадмій утворює сульфід CdS від лимонно-жовтого до оранжево-червоного кольору, нерозчинний у воді і розведених кислотах. Кадмій легко розчиняється в азотній кислоті з виділенням оксидів азоту і утворенням нітрату, який дає гідрат Cd (NO₃)₂• 4H₂O. З кислот — соляною і розведеною сірчаною Кадмій повільно виділяє водень, при випаровуванні розчинів з них кристалізуються гідрати хлориду 2CdCl₂•5H₂O і сульфату 3CdSO₄•8H₂O. Розчини солей Кадмію мають кислу реакцію внаслідок гідролізу; їдкі луги осаджують з них білий гідрооксид

Cd(OH)₂, нерозчинний в надлишку реактиву; однак, при дії концентрованих розчинів лугу на Cd(OH)₂ були отримані гідрооксокадміати, наприклад такий як Na₄[Cd(OH)₆]. Кадмій легко утворює комплексні іони з аміаком [Cd(NH3)₄]²⁺ і з цианом [Cd(CN)₄]^2-  та [Cd(CN)₆]^4-.

1.5 Отримання Кадмію

Кадмій отримують з побічних продуктів переробки цинкових, свинцево-цинкових і мідно-цинкових руд. Ці продукти (що містять 0,2-7% Кадмію) обробляють розведеною сірчаної кислотою, яка розчиняє оксиди Кадмію і Цинку. З розчину осаджують Кадмій цинковим пилом; губчастий залишок (суміш Кадмію і Цинку) розчиняють в розведеної сірчаної кислоті і виділяють Кадмій електролізом цього розчину. Електролітичний Кадмій переплавляють під шаром їдкого натру і відливають у палички; чистота металу - не менше 99,98%.

1.6 Застосування Кадмію

  Металевий Кадмій застосовують в ядерних реакторах, для антикорозійних і декоративних покриттів, в акумуляторах. Кадмій служить основою деяких підшипникових сплавів, входить до складу легкоплавких сплавів (наприклад, сплав Вуда). Легкоплавкі сплави застосовують для спайки скла з металом, в автоматичних вогнегасниках, для тонких і складних виливків в гіпсових формах та інших. Сульфід Кадмію (кадмиєва жовта) — фарба для живопису. Сульфат і амальгама Кадмію використовуються в нормальному елементі Вестона.

1.7 Біологічна роль Кадмію

  Зміст Кадмію в рослинах становить 10^-4% (на суху речовину); у деяких тварин (губок, кишковопорожнинних, червів, голкошкірих і оболочников) - 4•10^-5 — 3•10^-5% сухої речовини. Виявлений у всіх хребетних тварин.Для людини сполуки Кадмію є отруйними. Кадмій впливає на вуглеводний обмін, на синтез в печінці гиппуровой кислоти, на активність деяких ферментів. Особливо небезпечним є вдихання парів його оксиду.

 

 

 

 

2. Сульфур

Сульфур (Sulfur) S — хімічний елемент VI групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 16, атомна маса 32,066; відноситься до халькогенам. Природна сірка складається з чотирьох ізотопів: ³²S (95,084%), ³³S (0,74%), ³⁴S (4,16%), ³⁶S (0,016%). Конфігурація зовнішньої електронної оболонки атома 3s2 3р4; найбільш характерні ступені окислення - 2, +4, +6; електронегативність за Полінгом 2,58; атомний радіус 0,104 нм.

2.1 Історична довідка

Сірка в самородному стані, а також у вигляді сірчистих сполук відома з найдавніших часів. З запахом палаючої сірки, задушливим дією сірчистого газу і огидним запахом сірководню людина познайомилась, ймовірно, ще в доісторичні часи. Саме через цих властивостей сірка використовувалася жерцями у складі священних курінь при релігійних обрядах. Сірка вважалася твором надлюдських істот зі світу духів чи підземних богів. Дуже давно сірка стала застосовуватися в складі різних горючих сумішей для військових цілей. Вже у Гомера описані «сірчисті випари», смертельне дію виділень палаючій сірки. Сірка, ймовірно, входила до складу «грецького вогню», який наводив жах на супротивників. Близько VIII в. китайці стали використовувати її в піротехнічних сумішах, зокрема, в суміші типу пороху.

2.2 Поширення в природі

Форми знаходження сірки в природі різноманітні. Іноді вона зустрічається в самородному стані, але основна її маса пов'язана з металами у складі різних мінералів, які можуть бути розбиті на дві великі групи: сірчистих і сірчанокислих сполук. З мінералів першого типу особливе значення для технології сірки має пірит (FeS₂). До мінералів другого типу відноситься, наприклад, гіпс (CaSO₄. 2Н₂О). Крім того, сполуки сірки зазвичай присутні у вулканічних газах і воді деяких мінеральних джерел.

 

 

Сірка досить поширений елемент, середній вміст в земній корі 0,05% за масою, у воді морів і океанів 0,09%. Відомі багаточисленні мінерали сірки: самородна сірка (головні родовища в США, СНД, Мексиці, Італії, Японії); сульфідні мінерали: пірит FeS₂, антимоніт Sb₂S₃, галеніт PbS, кіновар HgS, сфалерит і вюрцит ZnS, ковеллін CuS, халькозін Cu₂S, аргентит Ag₂S, вісмутин Bi₂S₃, халькопірит CuFeS₂ та ін; Крім того, сірка присутня у вигляді сполуки. у вугіллі, сланцях, нафти, природних газах.

2.3 Фізичні властивості 

До 95,39 °С стабільна  α-S — при кімнатній температурі лимонно-жовті кристали; вище 95,39 ° С стабільна β-S — при кімнатній т-рі блідо-жовті кристали, DН переходу ab 0,400 кДж / моль . Кристалічні структури α- та β-S побудована з непласких восьмічленних циклічних молекул S₈ у вигляді корони. α- та β-S розрізняються взаємної орієнтацією молекул S₈ у кристалічній решітці. Сірка не розчинна у воді, погано розчина в етанолі, гептані, гексані, краще-в толуолі, бензолі. Кращі розчинник для сірки — рідкий NH₃ (під тиском), CS₂, S₂Cl₂.

2.4 Хімічні властивості

Сірка досить активний метал. Вже за кімнатної температури вона здатна окислювати більшість активни металів та ртуть, під час нагрівання інші прості та складні сполуки. У цих реакціях утворюються сульфіди — бінарні сполуки сірки в яких вона має ступінь окиснення -2.Наприклад: СaS, FeS, HgS. Характерно утворення сполук пероксидів. Здатна легко окиснюватись киснем повітря до утворення SO_2. Її можна окиснити під час нагрівання з концентрованими сірчаною аба азотною кислотами. У гарячих розчинах лугів подібно до хлору сірка діспропорціонує:

3S+6NaOH=2Na₂S+Na₂SO₃₊2H₂O

Окиснюється усіма галогенами окрім йоду з утворенням сполук типу SГ₂.

 

2.5 Отримання Сірки

В даний  час сірку отримують головним чином шляхом виплавки самородної сірки  безпосередньо в місцях її залягання  під землею. Сірчані руди видобувають  різними способами - залежно від умов залягання. Видобуток сірки майже завжди супроводжують скупчення отруйних газів — сполук сірки. До того ж не можна забувати про можливість її самозаймання.