Лабораторная работы №5

АНАЛИЗ ТРОЙНОГО КАРБОНАТА [3]
(Продолжительность лабораторной работы 6 ч; домашняя подготовка 4 ч)
ЗАДАНИЕ К РАБОТЕ
1. Определение углекислого кальция.
2. Определение углекислого бария.
3. Определение углекислого стронция.
УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ
1. Определение углекислого кальция. Сущность метода
Определение кальция в тройном карбонате основано на отделении кальция от стронция и бария путем обработки азотнокислых солей этих металлов спиртоэфирной смесью. При этом азотнокислый кальций вследствие хорошей растворимости в смеси спирта и эфира переходит в раствор; азотнокислые соли бария и стронция практически нерастворимы в спиртоэфирной смеси и остаются в осадке.
Перевод карбонатов в нитраты достигается обработкой пробы азотной кислотой. Определение кальция заканчивается весовым методом, осаждением оксалатом аммония и прокаливанием оксалата кальция до окиси кальция.
Необходимые реактивы и растворы:
Кислота азотная, ч.д.а., пл. 1,40, разбавленная 1:1 и 1:10
Спиртоэфирная смесь - смесь равных объемов абсолютизированного этилового спирта и серного эфира.
Кислота соляная, ч.д.а., пл. 1,19, разбавленная 1:1.
Аммоний щавелевокислый, х.ч., насыщенный 1%-ый раствор.
Аммиак, ч.д.а., 25%-ый, разбавленный 1:1
Серебро азотнокислое, ч.д.а., 0,5%-ый раствор.
Ход анализа
1г карбоната растворяют в фарфоровой чашке в 15мл азотной кислоты, разбавленной 1:10, раствор выпаривают при температуре 130^оС на песчаной бане досуха и выдерживают при этой температуре примерно 2 часа. По охлаждении к сухим солям прибавляют 15мл спиртоэфирной смеси, растирают стеклянной палочкой и переносят в сухую колбу емкостью 250мл. Остаток в чашке смывают в ту же колбу 25мл спиртоэфирной смеси, закрывают пробкой, взбалтывают и оставляют на 12 часов. Осадок отфильтровывают на фильтр с синей лентой, смоченный спиртоэфирной смесью, промывают той же смесью (12 раз по 6мл смеси) и сохраняют для определения стронция и бария. Фильтрат, содержащий весь кальций, переносят в фарфоровую чашку, выпаривают досуха и остаток после выпаривания растворяют в воде.
Полученный раствор отфильтровывают от механических примесей. В растворе осаждают кальций, для чего раствор разбавляют водой до объема 100÷150 мл, подкисляют 5мл соляной кислоты, нагревают до кипения и прибавляют 5мл кипящего насыщенного раствора щавелевокислого аммония, а затем аммиак до слабощелочной среды и осадок щавелевокислого кальция оставляют на ночь.
Осадок отфильтровывают на фильтр с синей лентой, промывают 1%-ым раствором щавелевокислого аммония до удаления ионов хлора в промывных водах, слегка подсушивают на воронке и переносят во взвешенный платиновый тигель, осторожно озоляют, прокаливают в муфельной печи при температуре 1100^оС и взвешивают в виде СаО.
Процентное содержание карбоната кальция вычисляют по формуле.

М= ((А· F)/а) 100%, (5.1)
где М - определяемый компонент; А - вес осадка,г; а - навеска пробы, взятая для определения,г; F - пересчетный фактор (стехиометрический множитель). Фактор пересчета СаО на СаСО₃ равен 1,7848.

2.Определение углекислого бария. Сущность метода.
ВаСО₃ в тройном карбонате определяют из раствора азотнокислых солей бария и стронция (после отделения кальция) осаждением в виде хромата бария в слабоуксуснокислой среде. При этом происходит количественное отделение бария от стронция, поскольку хромат стронция в отличие от хромата бария в разбавленных растворах не осаждается. Определение ВаСО₃ заканчивается весовым методом - осадок хромата прокаливают и взвешивают.
Необходимые реактивы и растворы:
1. Кислота уксусная (ледяная), ч.д.а., разбавленная 1:3.
2. Аммоний хромовокислый, ч.д.а., 10%-ый раствор.
3. Аммоний уксуснокислый, ч.д.а., 3%-ый раствор.
4. Кислота азотная, ч.д.а., пл.1,4, разбавленная 1:10.
5. Аммиак, ч.д.а, 25%-ый, разбавленный 1: 2.
6. Кислота соляная, ч.д.а, пл.1,19, разбавленная 1:1.
7. Натрий серноватистокислый, ч.д.а., 0,05н. раствор.
Ход анализа
Осадок на фильтре (после отделения кальция спиртоэфирной смесью), состоящий из азотнокислого бария и стронция, растворяют в небольшом количестве горячей воды, доводят объем до 200-250мл, прибавляют 5÷7мл разбавленной 1:3 уксусной кислоты, раствор нейтрализуют аммиаком до слабо-кислой реакции (по лакмусовой бумажке), приливают при помешивании 70мл 10%-ного раствора хромовокислого аммония и оставляют в теплом месте на 1,5-2 часа. После отстаивания раствор фильтруют через фильтр с синей лентой, осадок в стакане и на фильтре промывают декантацией теплым 3%-ым раствором уксуснокислого аммония, полноту отмывки определяют по обесцвечиванию фильтра. Стакан в котором проводилось осаждение, ставят под воронку, основной осадок смывают струей воды в стакан (осторожно прорывая отверстие в фильтре), оставшийся на фильтре осадок растворяют небольшим количеством горячей азотной кислоты (1:10), добавляемой каплями по стенкам фильтра, и, наконец, фильтр промывают 2-3 раза водой; затем медленно при постоянном помешивании прибавляют аммиак до слабоаммиачной среды, после чего раствор вновь нейтрализуют уксусной кислотой до слабокислой среды (по лакмусовой бумажке). Разбавляют раствор до объема 100÷150 мл, нагревают до кипения, прибавляют 10мл 10%-ного раствора хромовокислого аммония и дают отстояться в теплом месте 1,5-2 часа. Осадок отфильтровывают через два фильтра с синей лентой, промывают сначала 3-4 раза декантацией, а затем на фильтре 3%-ным раствором уксуснокислого аммония до обесцвечивания фильтра. Фильтраты и промывные воды после обоих фильтрований осадка хромата бария объединяют вместе и сохраняют для определения стронция.
Осадок дополнительно промывают 2 раза теплой водой, подсушивают на воронке в сушильном шкафу, фильтр осторожно озоляют при свободном доступе воздуха, а осадок прокаливают в муфельной печи при 800^оС.
Процентное содержание ВаСО₃ вычисляют по формуле 5.1, фактор пересчета ВаСrCO₃ на ВаСО₃ равен 0,7790.
3. Определение углекислого стронция. Сущность метода.
Вфильтре после осаждения бария стронций выделяют в виде карбоната стронция, последний растворяют в соляной кислоте и осаждают в виде сернокислой соли SrSO₄. Относительная ошибка определения 0,5%.
Необходимые реактивы и растворы:
1. Раствор углекислого аммония: 55г углекислого аммония, х.ч., растворяют в 200мл воды, добавляют 24мл 25%-ного аммиака, ч.д.а, и перемешивают.
2. Кислота соляная, ч.д.а, пл.1,19, разбавленная 1:5.
3. Кислота серная, ч.д.а, пл.1,84, разбавленная 1:3.
4. Спирт этиловый, 90%-ый и разбавленный 1:1.
5. Барий хлористый, ч.д.а., 10%-ый раствор.
Ход анализа
Фильтраты после весового определения ВаСО₃ (после 1-го и 2-го осаждений) соединяют вместе, выпаривают до объема 150÷200мл, нагревают до кипения, прибавляют 30÷40мл раствора углекислого аммония и раствор с осадком карбоната стронция оставляют в теплом месте на 1÷2 час. Затем осадок отфильтровывают на фильтр с синей лентой и промывают горячей водой до обесцвечивания фильтра. Осадок на фильтре осторожно растворяют в горячей соляной кислоте 1:5 ), избегая разбрызгивания и промывают фильтр несколько раз горячей водой. К полученному раствору приливают при помешивании 15мл серной кислоты (1:3), добавляют этиловый спирт (для уменьшения растворимости осадка SrSO₄ ) в объеме, равном объему раствора, и оставляют раствор на 12 час.
Осадок отфильтровывают на фильтр с синей лентой, промывают спиртом, разбавленным 1:1, содержащим несколько капель серной кислоты, а затем 96%-ым спиртом до удаления серной кислоты (проба с хлористым барием). Осадок подсушивают, осторожно озоляют и прокаливают в муфельной печи при темно-красном калении до постоянного веса.
Процентное содержание SrCO₃ вычисляют по формуле 5.1, фактор пересчета SrSO₄ на SrCO₃ равен 0,7526.
Контрольные вопросы:

1. Каким образом из тройного карбоната получается оксидный эмиттер электронов?

2. Поясните сущность метода определения количества углекислого кальция в тройном карбонате.

3. Поясните сущность метода определения количества углекислого бария в тройном карбонате.

4. Поясните сущность метода определения количества углекислого стронция в тройном карбонате.

5. Почему в качестве эмиссионного покрытия используется окислы металлов, а не металлы в компактном состоянии?

6. Эмиссионное покрытие из окислов щелочиоземльных металлов является полупроводником или диэлектриком?

Лабораторная работы №6
ВЫТРАВЛИВАНИЕ МОЛИБДЕНОВОГО И СТАЛЬНОГО КЕРНА
(Продолжительность лабораторной работы 4 ч; домашняя подготовка 2 ч)
Сущность метода.
Для изготовления точных спиралей из тонких вольфрамовых проволок они навиваются на точно калиброванную молибденовую или стальную проволоку (керн). Такие керны допускают применение высокой температуры при формовании спирали, которое осуществляется или в печах с защитной атмосферой в молибденовых лодочках или прямым накаливанием керна электрическим током в водороде. Керн впоследствии удаляется растворением его в кислотах. Спираль после вытравливания керна, промывки и сушки не должна быть деформирована.
ЗАДАНИЯ К РАБОТЕ
1. Приготовление раствора для вытравливания молибденового керна.
2. Приготовление раствора для вытравливания стального керна.
3. Вытравливание кернов.
Необходимые реактивы и растворы:
1. Вода дистиллированная.
2. Кислота азотная.
3. Кислота серная.
4. Кислота соляная.
5. Индикатор метиловый оранжевый или фенолфталеин.
6. Натрий или калий гидроокись.
7. Ацетон.
1. Приготовление раствора для вытравливания молибденового керна.
Количество кислот иводы для приготовления раствора рассчитывается по формулам:

где V ₁, V ₂, V ₃, V ₄ - объемы исходных азотной и серной кислот, воды и приготавливаемого раствора, л; с ₁ и c ₂ - концентрация исходной азотной и серной кислот, массовые проценты; d ₁ и d ₂ - плотность исходной азотной и серной кислот при температуре 20^oС; t ₁ и t ₂ - температура азотной и серной кислот, ^оС; 54,80 и 27,40 - произведение концентраций азотной (40) и серной (20) кислот в массовых процентах в данной смеси на плотность смеси.
2. Приготовление раствора для вытравливания стального керна
Количество кислот и воды, необходимое для приготовления вытравливаемого раствора рассчитывается по формулам:

где V ₁, V ₂, V ₃, V ₄ - объемы исходных азотной и серной кислот, воды и приготавливаемого раствора, л; с ₁ и c ₂ - концентрация исходной азотной и серной кислот, массовые проценты; d ₁ и d ₂ - плотность исходной азотной и серной кислот при температуре 20^oС; t ₁ и t ₂ - температура азотной и серной кислот, ^оС; 25,20 - произведение концентраций азотной (40) и серной (20) кислот в массовых процентах в данной смеси на плотность смеси.
Приготовление вытравливающих растворов производить в емкостях из химически и термически стойких материалов. При этом осторожно вливать в воду азотную, а затем серную кислоту. Затем раствор перемешать и охладить до комнатной температуры. Щелочной раствор готовят в емкостях из винипласта, применяя дистиллированную воду.
Наименование операций, реактивов и их характеристик, температуры и продолжительности операций для спиралей с молибденовым керном приведены в табл. 6.1.
Таблица 6.1

Наименование операций, реактивов и их характеристик, температуры и продолжительности операций для спиралей со стальным керном приведены в таблице 6.2.
Таблица 6.2

Контроль качества:

1. Операции вытравливания керна производить без применения внешнего нагрева до прекращения выделения бурых паров окислов азота.
2. Запрещается оставлять в вытравливающем растворе спирали без керна и мокрые спирали на воздухе.
3. Нейтральность промывных вод после промывки спирали вытравливающего раствора проверять метиловым оранжевым, после промывки их от щелочи фенолфталеином.
4. Спирали при вытравливании, очистке, промывке и обезвоживании должны полностью погружаться в соответствующую жидкость.
5. Спирали после сушки должны иметь чистую, без деформации поверхность.
Контрольные вопросы:
1. Поясните конструкцию биспиральных и триспиральных конструкций электродов люминесцентных ламп и технологию их изготовления.

2. Опишите функции керна из молибденовой или стальной проволоки при изготовлении спиралей, биспиралей и триспиралей.

3. Какова сущность метода вытравливания молибденового керна?

4. Какова сущность метода вытравливания стального керна?

5. Каковы основные правила работы с растворами для вытравливания молибденового и стального кернов?

6. Как действуют на вольфрамовую спираль растворы для вытравлива- ния кернов?

7. Что Вы знаете об утилизации молибденосодержащего раствора (после вытравливания керна)?

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Количество лабораторных работ, выполняемых студентами, определяется числом часов по учебному плану специальности.
Лабораторные работы по дисциплине «Химия материалов со специальными свойствами» выполняются группой из 2-3 человек. Преподаватель заранее, в начале семестра, сообщает последовательность выполнения лабораторных работ, поэтому на занятия студенты должны приходить, ознакомившись с теоретическим материалом по предстоящей работе. Перед началом работы преподаватель спрашивает о целях и задачах работы, затем после краткого инструктажа, студенты приступают к выполнению работы. В конце занятия преподаватель проверяет полученные результаты и делает отметку в журнале.
По выполненной лабораторной работе каждым студентом составляется отчет в соответствии с требованиями СТО МордГУ 013-2003 «Работы лабораторные. Правила оформления отчетов», допуск к следующей работе студент получает после сдачи отчета о предыдущей лабораторной работе. Сдача работ проводится в конце занятия, либо в дополнительно назначенное время и предусматривает проверку результатов проведенных измерений, исследований и расчетов, правильность оформления отчета и ответы на контрольные вопросы. Защищенную работу преподаватель передает на кафедру, где она хранится в течение семестра.

ЛИТЕРАТУРА

1. Эспе В. Технология электровакуумных материалов: том 1. Металлы и материалы с металлической проводимостью. – М.-Л.: Госэнергоиздат. – 1962. – 632 с.; том 2. Силикатные материалы. – М.: Энергия. – 1968. – 448 с.; том 3. Вспомогательные материалы. – М.-Л.: Энергия. – 1969. – 368 с.

2. Чуркина Н.И., Литюшкин В.В., Сивко А.Н. Основы технологии электрических источников света. – Саранск.: Морд. кн. изд-во, 2003. – 344 с.

3. Кличко Ю.А. Методы анализа материалов, применяемых в электровакуумной промышленности. – М.: Советское радио. – 1972. – 408 с.

4. Гавзе М.Н. Взаимодействие ртути с металлами и сплавами. – М.: Наука. – 1966. – 160 с.

5. Гугель Б.М. Люминофоры для электровакуумной промышленности. – М.: Энергия. – 1967. – 344 с.

6. Охонская Е.В., Федоренко А.С. Расчеты и конструирование люминесцентных ламп: Учеб. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та. – 1997. – 184 с.

7. Федоренко А.С. Люминесцентные лампы (Расчёт, моделирование, экспериментальные исследования, создание конструкторских и технологических решений) / А.С. Федоренко. – Саранск: Изд-во СВМО, 2009.- 333 с.

8. Айзенберг Ю.А. Основы конструирования световых приборов: Учебное пособие для вузов. – Энергоатомиздат, 1996. – 704 с.

9. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов I-IV групп: Справ. изд./ Под ред. В. А. Филова и др.: Химия, 1988. – 512 с.

10. Принсгейм Л. Флуоресценция и фосфоресценция. ИЛ. 1951.

11. Девятых Э.В. Люминесцентные лампы. Люминофоры и люминофорные покрытия / Э.В.Девятых, В.Ф.Дадонов – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2007, - 344 с.

12. Каталог ИСМАН.

13. Мишенина Л.Н. Структуро- и фазообразование люминофоров на основе оксосульфидов РЗЭ и сложных алюминатов ЩЗМ в процессах СВС, автореферат дисс. кандидата химических наук, Томский госуниверситет, Томск, 1996г.

14. А.с. 1467983 СССР, МКИ⁴ С09К 11/59, 11/83. Люминесцентный состав для газоразрядных ламп высокого давления / Б.В.Черновец, Э.В. Девятых, Р.И. Хра- мова, А.С.Федоренко и др.

15. Ульмишек Л.Г. Производство электрических ламп накаливания. Изд-во «Энергия», М.-Л., 1966, 640 с.

16. Дубок В.А., Пронькин В.С. Массоперенос и диффузия примесей в поликоровой керамике натриевых ламп высокого давления.- В кн.: Электрические источники света (Труды ВНИИИС, вып.10), Саранск, Мордов. кн. изд-во, 1978, с. 123-129.

17. Дэшман С. Научные основы вакуумной техники. Изд-во «МИР», М., 1964, 716 с.

18. Патент № 2078316 Российская Федерация МКИ⁶ G 01 K 5/22. Прибор для измерения и регулирования температуры / А.С.Федоренко, Л.М.Лавренко, А.А.Прытков, В.А.Горюнов, Д.А.Федоренко – Опубл. 27.09.97, Бюл. №12.

19. Микаева С.А. Создание нового поколения люминесцентных устройств с улучшенными световыми характеристиками. Издательство «Научтехлитиздат», - Москва, 2004.- 210 с.

20. Паншин Ю.А., Малкевич С.Г., Дунаевская Ц.С. Фторопласты. Л: «Химия», 1978, 215 с.

21. В.Г.Сидоров, А.С.Федоренко, Внешние композиционные светотехнические покрытия на колбах источников света, «Светотехника», 2001, №6, С.20-22.

22. Патент № 2079774 Российская Федерация МКИ⁶ F21V 9/10. Композиционный светотехнический материал / В.А.Горюнов, Л.М.Лавренко, А,С.Федоренко, Б.Н.Денисов, Е.В.Никишин, Д.А.Федоренко, В.Я.Гришаев, Р.А.Федоренко – Опубл. 27.11.2001, Бюл. № 33.

23. Патент № 2065639 Российская Федерация МКИ⁶ H 01 J 61/35, 61/40, 61/44. Источник света /А.С.Федоренко, Д.А.Федоренко, Р.А.Федоренко, Л.М.Лавренко, В.А.Горюнов – Опубл. 20.04.96, Бюл. № 23.

24. Куприянов И.П. Технологический микроклимат. М., «Сов. радио», 1976, 176 с.

25. Таиров Ю.М., Цветков В.Ф. Технология полупроводниковых и диэлектрических материалов. Учеб. для вузов. – 3-е изд. стериот. – Санкт-Петербург.: Из-во “Лань”, 2002. – 424 с.

26. Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. 2-е изд. – М.: Высшая школа. – 1979. – 367 с.

27. Коган Л.М. Светодиоды нового поколения для светосигнальных и осветительных приборов. Новости светотехники. Выпуск 7-8 (34-35)//Под редакцией Ю.Б. Айзенберга. – М: Дом света. – 2001. – 47 с.

Оглавление

стр.

А. ХИМИЯ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА

И ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ 3

1. Принципы выбора и методы обработки материалов

со специальными свойствами 3

2. Металлы 4

2.1. Тугоплавкие металлы 4

2.1.1. Вольфрам 5

2.1.2. Молибден 7

2.1.3. Ниобий 8

2.2.Никель 9

2.3.Медь 9 2.4. Платинит 11

2.5. Щелочные металлы 12

2.6. Ртуть 12

2.7. Амальгамы 15

3. Газопоглотители 17

4. Люминесценция, люминофоры и покрытия 24

4.1. Определение, виды, законы, характеристики 24

4.2. Основы технологии изготовления люминофоров 32

4.3. СВС-технология изготовления люминофоров 37

4.4. Люминофоры для компактных, ультрафиолетовых ламп

и ламп ДРЛ 39

4.5. Нанесение люминофорных покрытий 40

5. Химия стекла и покрытий на стекле 41

5.1. Определение и классификация стёкол 41

5.2 Химическая устойчивость стёкол 44

5.3. Обработка поверхности стекла 45

5.4. Нанесение покрытий на стекло 46

5.5. Химическое травление поверхности стекла 51

5.6. Нанесение покрытий на ЛОН 53

6. Кварцевое стекло (КС) 56

7. Керамика 58

8. Ситаллы 61

9. Газы и пары металлов 62

10. Эмиссионные покрытия для электродов 64

11. Припои для соединения деталей приборов 67

12. Эластомеры и полимеры 69

13. Вакуумные уплотнители и смазочные материалы,

органические рабочие жидкости 72

14. Цоколёвочные мастики 74

Б. ХИМИЯ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СВЕТОДИОДОВ

И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ 75

15. Электропроводность полупроводников 75

16. Полупроводники (общие сведения и классификация). 77

17.Химические процессы технологии материалов электронной техники81 18. Обработка материалов 86

19. Химические процессы фотолитографии 86

20. Химические процессы при эпитаксии. 89

21.Получение защитных плёнок 91

22. Диффузия и ионная имплантация (для соединений A^IIIB^V) 92

23. Травление полупроводников 93

24. Получение деионизованной воды 93

25. Химия металлов и металлических плёнок 94

Лабораторная работа № 1 95

Лабораторная работа № 2 97 Лабораторная работа № 3 98

Лабораторная работа № 4 100

Лабораторная работа № 5 102

Лабораторная работа № 6 106

Методические рекомендации к кыполнению лабораторных работ 109

Литература 109

Оглавление 111

Дата добавления: 2014-01-06