Для приготовления многих реактивов прямым путём, а так же для синтеза щелочноземельных светосоставов и прикрывающего слоя при синтезе люминофоров на базе ZnS требуется высокочистая сера, на очистке технического продукта которой мы здесь и остановимся.

Комовая сера

Существуют несколько способов очистки этого элемента. Это возгонка паров, перекристаллизация из органических растворителей (толуол, бензол) и осаждение серы из очищенных растворов. Первые два способа выполнимы для частного мастера, при наличии довольно хорошего оснащения его лаборатории – необходимой посуды для перегонки, приспособлений и соблюдения повышенных мер токсико - и огнебезопасности при работе с токсичными и лёгко воспламеняемыми растворителями.

Третий способ – осаждение из растворов, самый выгодный в плане безопасности, процентного выхода конечного продукта, простоты исполнения работы и получения серы высокой степени чистоты большими партиями. Некоторые старые руководства предлагают древний способ получения серы из очищенных банальным фильтрованием растворов  полисульфидов кальция, приготовленных из извести и серы при кипячении, из которых наблюдается малый выход и низкая чистота продукта, с образованием высокого процента побочных соединений включающих серу. Сейчас не стоит путать и забывать -  для каких именно квалификаций чистоты описывались такие руководства. 

Представленный же ниже способ лишён этих недостатков. Заключается в приготовлении растворов полисульфидов натрия, глубокая очистка этих растворов и осаждение собственно серы.

Выполнение работы.

Навески реактивов не указываются умышленно в связи с тем, что в итоге, конечный процент получаемой высокочистой серы равен пределу до 4/5 от изначально растворенного количества серы в растворе сульфида натрия. В работе применяется бидистиллированная или дистиллированная вода и особо чистые кислоты HCl, H2SO4. Чистота изначальных реактивов, не имеет ни какого значения.

Для фильтрования необходимо использовать ватные фильтры промытые соляной кислотой и водой до нейтральной реакции. Бумажные фильтры применять не рекомендуется, из за частичного разрушения последних и малой эфективности при отделении мелких дисперсных осадков.

ОЧИСТКА РАСТВОРОВ ПОЛИСУЛЬФИДОВ НАТРИЯ

Раствор полисульфидов натрия

Готовится насыщенный раствор сульфида натрия Na2S в воде свободной от СО2. Фильтруется по необходимости.
В этот раствор при нагреве до 60-80 градусов вносят серу и растворяют её до получения оранжево-красных растворов полисульфидов. Декантируют и фильтруют от остатков не растворившейся серы. Полученный раствор разбавляют водой в 2 раза (для облегчения дальнейшей фильтрации раствора), отстаивают несколько часов для коагуляции осадков примесей, и снова тщательно фильтруют. Далее, в профильтрованный раствор полисульфида натрия вносят хорошо растёртую с водой кашицу (ч.д.а. или х.ч.) окиси цинка от 3 до 10 г на 1л раствора (в зависимости от степени загрязненности серы) и кипятят смесь в течении 10-15 минут. Затем, отстаивают некоторое время до прозрачности, декантируют и фильтруют тщательно по капле. Фильтры в воронке промывают водой, смывая остатки реактива и объединяя с остальным раствором.

Если, таким образом, подготовленный раствор полисульфидов оставить хотя бы на неделю отстаиваться, то все равно, даже после самой тщательной фильтрации при отстое раствора, на дно сосуда выпадает не мало примесных осадков в виде хлопьев. Это говорит о том что примеси при такой обработке остаются в критическом количестве.

Для более глубокой очистки от примесей в раствор, после кипячения с окисью цинка и фильтрации обрабатывают углями. Сначала используется активированный окисленный щелочестойкий уголь в Nа+ или NH4+ форме, приготовленный по способу описанному в статье: ПРИГОТОВЛЕНИЕ ОКИСЛЕННОГО УГЛЯ МАРКИ БАУ В РАЗЛИЧНЫХ ИОННЫХ ФОРМАХ.  Перед его добавкой в раствор полисульфида вносят небольшое количество диэтилдитиокарбамата натрия, а через пол часа вносят уголь, выдерживая в растворе пару часов. Очищенный раствор полисульфида с помощью диэтилдитиокарбамата натрия практически свободен от примесей металлов сероводородной группы. Содержание меди, железа и других тяжелых металлов ничтожно и составляет от 5•10-5 – 1•10-6% и зависит от качества обработки раствора. Избыток Na-ДЭДК поглощают активированным углём анионитом марки КАУ (обеззоленый соляной кислотой и затем водой до нейтральной реакции) выдерживая уголь в растворе в течение двух-трёх часов при перемешивании. Заодно удаляется растворимая в щелочной среде органика. Затем раствор отстаивают, тщательно фильтруют от мелкодисперсного угля медленно по капле через ватный фильтр.  

После всех процедур из раствора осаждают серу. Для этого применяют разные
окислители.
При этом нужно учитывать, что если изначальный сульфид натрия имел небольшой избыток свободной щелочи NaOH, то перед растворением серы, через раствор Na2S пропускают немного сероводорода, для её нейтрализации. Или для осаждения из растворов со щёлочью предпочтителен надсернокислый натрий Na2S2O8, (реакция
идет с небольшим выделением сероводорода, и частичным переходом растворенной серы в различные сернистые соединения - эквивалентно примеси щёлочи). Раствор Na2S2O8 добавляют малыми порциями. Кислоты применять нельзя (!).
Если изначальный сульфид натрия без щелочи, то можно почти количественно осадить серу перекисью водорода (сероводород при этой реакции не выделяется вовсе). Кислотами не пользоваться (!).

ОСАЖДЕНИЕ СЕРЫ ПЕРЕКИСЬЮ ВОДОРОДА 

В итоге, растворы полисульфидов перед осаждением серы, должны быть разбавлены водой хотя бы в 4 раза от изначального насыщенного. Так же раствор сильно охлаждают. Эти меры предосторожности выполняется из за бурного протекания реакции между реагентами. В неразбавленных растворах она проходит с мгновенным, очень сильным разогревом до кипения зоны контакта реагентов и взрывоподобным выбросом содержимого из посуды. Раствор перекиси так же сильно охлаждают. 

Из капельной воронки медленно по капле (!) приливают охлаждённый раствор 30% перекиси водорода (х.ч.) в термостойкую посуду с охлажденным и очищенным раствором полисульфида натрия. Реакцию проводят с обязательным постоянным перемешиванием до полного исчезновения финальной жёлтой окраски раствора.
Допускается небольшой избыток перекиси. Смесь при этом само разогревается и если очень сильно, то посуду охлаждают холодной водой или льдом. Под конец реакции температура раствора должна быть не выше 60-70 градусов но и не ниже 40. При разогреве сера из коллоида практически сразу переходит в хлопья, что и необходимо. После осаждения, серу отфильтровывают от раствора и промывают горячей бидистиллированной водой до удаления сульфат иона, (проба с BaCL2). Далее обрабатывают ос.ч. соляной кислотой - 5% раствор, после снова промывают горячим дистиллятом (проба с AgNO3), сильно отжимают в фильтре и сушат в эксикаторе, после которой, готовый продукт оберегают от пыли. Решающую роль играет конечная промывка осаждённой серы бидистиллированной горячей (60 градусов водой.                          

Осажденная и промытая особо чистая сера на фильтре.

ПРОСТЕЙШИЙ ТЕСТ-ПРОВЕРКА СЕРЫ НА ЧИСТОТУ

Тест заключается в частичной перегонке паров серы в пределах одного сосуда малого объёма. Для этого берут неглубокую пробирку или стеклянный пузырёк объёмом до 15-20 мл, который сначала тщательно обезжиривают и протирают ватным тампоном до устранения малейших следов на стекле. Пробу серы около 0.5 грамма нагревают в таком сосуде до расплавления, выдерживая расплав минут 5. Затем слегка увеличив нагрев, отгоняют серу на противоположную стенку сосуда, освобождая стекло и потом естественно остужают до комнатной температуры, дав сере медленно закристализоваться. Плав рассматривают под белой лампой. Если цвет остывшего плава серы имеет посторонние оттенки или разводы, а так же, на освобожденном от серы стекле имеется малейший налёт, то сера является довольно грязной.

Этот визуальный тест-проверка очень древний и простой, но используется почему то до сих пор на практике. Нужно помнить, что все препараты серы, начиная от комовой, черенковой, садового серного цвета для синтеза люминофоров не применимы и нуждаются в очистке. Для этих целей подходят только продажные препараты квалификации ос.ч. или очищенная одним из способов, который указан выше.

Статья предоставлена форумаом люминофоров http://chemlight.ucoz.ru/forum

При копировании этой статьи ссылка на сайт обязательна.

С Ув. Argentus/Donetsk/2010