Текст книги "Художественная обработка металла. Драгоценные металлы. Сплавы и добыча"

Химические материалы для художественной обработки металлов

Общие сведения о кислотах. В художественной обработке металлов химические вещества (кислоты, основания, соли, реактивы и др.) являются вспомогательными материалами, без которых невозможны основные производственные операции.

Кислоты – вещества, содержащие соединения водорода с кислотными остатками (HCI, HNO₃, H₂SO₄, H₃PO₄, H₂CrO₄, HMnO₄). Атомы водорода в них способны замещаться атомами металла с образованием соли. По числу атомов водорода, способных замещаться атомами металла, кислоты делятся на одноосновные, двухосновные, трехосновные и четырехосновные.

В водных растворах кислоты диссоциируют на ионы водорода и ионы кислотных остатков. Кислоты с многовалентными остатками диссоциируют ступенчато.

Ионы водорода при диссоциации могут отщепляться от молекулы постепенно. Группы атомов (вместе с водородом), облающие зарядом, составляют так называемые кислотные остатки. Например, фосфорная кислота образует три кислотных остатка и относится к трехосновным кислотам.

Серная кислота и угольная H₂CO₃– к двухосновным; азотная HNO₃, соляная HCI и уксусная СH₃COOH – к одноосновным.

Характеристики важнейших кислот. Азотная кислота HNO₃ образуется при окислении аммиака кислородом воздуха в присутствии катализаторов (сплавы на основе платины). Чистая азотная кислота – бесцветная жидкость. Плотность 1522 кг/м³, температура кипения 84°C. При температуре минус 42°C застывает в прозрачную кристаллическую массу.

На воздухе, подобно концентрированной соляной кислоте, "дымит", так как пары ее образуют с влагой воздуха мелкие капельки тумана.

Азотная кислота принадлежит к числу наиболее сильных кислот. Взаимодействует почти со всеми металлами, за исключением золота, платины, тантала, родия, иридия.

Характерным свойством азотной кислоты является ее сильная окислительная способность. Многие неметаллы ею легко окисляются, превращаясь в соответствующие кислоты.

Сера при кипячении с азотной кислотой постепенно окисляется в серную кислоту, фосфор – в фосфорную. Нагретые древесные опилки воспламеняются от капли дымящей азотной кислоты.

Органические вещества разрушаются с окрашиванием в желтый цвет. При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с железом и цинком, а также другими активными металлами, образуется диоксид азота NO₂, которая улетучивается в виде красно-коричневого ядовитого газа.

Концентрированная азотная кислота пассивирует некоторые металлы. Так, железо, легко растворяющееся в разбавленной азотной кислоте, не растворяется в холодной концентрированной. Аналогичное действие эта кислота оказывает на хром и алюминий, которые под действием азотной кислоты переходят в пассивное состояние.

Азотная кислота в основном применяется для приготовления пробирных реактивов и "царской водки" (смесь одного объема азотной кислоты и трех-четырех объемов концентрированной соляной кислоты). Травление примесей драгоценных металлов (за исключением серебра). Для получения азотных удобрений, взрывчатых веществ, органических красителей, кинопленки, целлюлозных лаков и т.д.

Соляная кислота HCI образуется при растворении хлористого водорода в воде. Бесцветная жидкость с резким запахом, на воздухе "дымит".

Максимальная концентрация соляной кислоты около 36 процентов, плотность 1190 кг/м³. Для технических целей чаще всего применяется разбавленная соляная кислота (20 – 27,5 процента).

Хорошо растворяется в воде и подобно другим сильным кислотам энергично взаимодействует с металлами и оксидами металлов, является одним из важнейших продуктов химической промышленности.

Соляная кислота применяется в различных отраслях производств, медицине, сельском хозяйстве, в гальванопластике, при паянии, лужении. При паянии и лужении она очищает поверхность металлов перед их обработкой.

Серная кислота H₂SO₄является сильной двухосновной кислотой. Безводная серная кислота представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с высокой плотностью 1840 кг/м³, температура кипения 338°С. При температуре 10,45°С застывает в кристаллическую массу.

С водой и серным ангидридом SO₃ смешивается в любых соотношениях. Однако смешивать концентрированную серную кислоту с водой нужно очень осторожно, вливая ее в воду небольшими порциями или тонкой струйкой. Растворяют серную кислоту в воде только в термостойкой посуде.

Серная кислота очень гигроскопична и поэтому применяется для осушения газов. Способность поглощать воду объясняется и обугливание многих органических веществ под действием кислоты.

Концентрированная серная кислота в подогретом состоянии растворяет все металлы, кроме золота, платины и некоторых металлов платиновой группы.

В ювелирном деле применяют серную кислоту для травления, определения пробы серебра, как компонент кислых ванн при меднении.

Серная кислота служит для получения многих других кислот, применяется в большом количестве в органическом синтезе, при производстве взрывчатых веществ, для очистки керосина, нефтяных масел и продуктов коксохимической промышленности, при изготовлении красок и т.д.

Ортофосфорная кислота H₃PO₄ – слабая неорганическая кислота; бесцветные прозрачные кристаллы, плавящие при 315,35 К.

Плотность 1800 кг/м³. Хорошо растворяется в воде.

Получают ее в лабораториях методом окисления фосфора 30-процентной азотной кислотой; в промышленности – экстракционными и термическими методами.

В основе экстракционного метода лежит обработка природных фосфатов серной кислотой. Образующуюся при этом фосфорную кислоту отфильтровывают от сульфата кальция и концентрируют выпариванием.

Термический метод состоит в восстановлении природных фосфатов до свободного фосфора с последующим его сжиганием и растворением образующегося фосфорного ангидрида в воде.

Полученная фосфорная кислота отличается более высокой чистотой и концентрацией.

Ортофосфорная кислота применяется при изготовлении реактивов, электролитов для создания защитных покрытий на металлах, удобрений для сельского хозяйства. Фосфаты кальция и аммония используются при производстве эмалей и в фармацевтической промышленности.

Борная кислота H₃BO₃ является слабой неорганической кислотой. В свободном виде – бесцветные кристаллы с плотностью 1480 кг/м³. Умеренно растворима в воде. При нагревании до 100°С кислота теряет воду, переходя сначала в метаборную кислоту, при дальнейшем нагревании – в борный ангидрид. Получается действием серной кислоты на горячий раствор тетрабората натрия Na₂B₄O₇. Применяется для приготовления флюса при пайке драгоценных металлов, в изготовлении эмалей, глазурей, в производстве специальных сортов стекла, в кожевенном и бумажном производстве, в медицине в качестве дезинфицирующего средства.

Основания – это вещества, содержащие гидроксильную группу ОН и диссоциирующие в водном растворе с образованием иона ОН.

Большинство оснований нерастворимо в воде.

Растворимые основания называются щелочами.

Для распознавания кислоты или основания (щелочи) применяют индикаторы. Основания являются жирными на ощупь и окрашивают красную лакмусовую бумажку в голубой цвет. Важнейшими основаниями являются едкий натр, едки кали, гидроксид аммония; важнейшие щелочи – натриевая щелочь, раствор едкого кали, нашатырный спирт.

Едкий натр представляет собой белые прозрачные, сальные на ощупь, хрупкие сильно гигроскопичные пластинки. Хорошо растворяется в воде, образуя натриевую щелочь, которая применяется как очищающее и обезжиривающее средство.

Едкий кали по действию и внешнему виду соответствует едкому натру. Водный раствор образует щелочь едкого кали.

Гидроксид аммония получают при растворении газообразного аммиака в воде. Образовавшееся химическое соединение сразу диссоциирует в растворе, то есть распадается на ионы.

Существует гидрокисид аммония только в диссоциированной форме, расщепленной на положительный ион аммония и отрицательный ион гидроксида. При нагревании происходит обратная реакция (основание распадается на аммиак и воду). Относится к слабым основаниям, действует так же, как едкий натр.

Соли – класс химических соединений, кристаллические вещества, имеющие ионную структуру.

В растворах соли диссоциируют на катионы (металлы лили группы атомов, ведущие себя подобно металлам) и анионы (кислотные остатки). Различают соли средние (или нейтральные) – продукты полного замещения водорода кислоты металлами, например сульфат натрия Na₂SO₄. Кислые – продукты неполного замещения атомов водорода, например гидросульфат натрия; простые, основные, двойные, смешанные и комплексные. Простыми солями называют соли, дающие простые ионы, двойными – содержащие катионы разных металлов.

Двойные соли при растворении в воде распадаются на те ионы, которые содержались в растворах простых солей, послуживших для их образования.

Комплексными солями называются вещества, получаемые путем сочетания двух или более простых молекул химических соединений. Комплексные ионы образуются сочетанием простых ионов или простого иона с полярными молекулами. Существенной разницы, границы между простыми, двойными и комплексными солями нет.

Важнейшими солями являются: цианид калия, которую в быту называют цианистый калий, цианид натрия (цианистый натрий), цианид меди (цианистая медь), цианид серебра (цианистое серебро), цианид золота (цианистое золото); тетраборат натрия (бура); карбонат кальция (мел); карбонат калия (поташ); карбонат натрия (сода); карбонат меди (патина); нитрат натрия (чилийская селитра); нитрат серебра (адский камень); хлорид натрия (поваренная соль); хлорид аммония (нашатырь); сульфат кальция (гипс); сульфат меди (медный купорос); ацетат меди (ярь-медянка).

Названия солей зависят от входящих в них кислотных остатков и образовавших их металлов.

Безопасность труда при работе с химическими веществами. Многие химические вещества, применяемые для художественной обработки металлов, при неосторожном обращении с ними могут привести к несчастным случаям: ожогам, поражению слизистой оболочки глаз и органов дыхания, общему отравлению организма.

К особо опасным относятся: пары синильной, азотной, соляной кислот; газообразные фтор, бром, мышьяковистый и сурьмянистый водород, сероводород, многие органические вещества. Весьма опасными являются соли – цианиды калия, натрия, меди, серебра, золота; кислоты – азотная, серная, соляная и их водные растворы с концентрацией выше 15 процентов; щелочи – раствор едкого кали, натриевая щелочь с концентрацией выше 5 процентов; нашатырный спирт с концентрацией аммония выше 10 процентов и соединения меди.

Перечисленные вещества должны храниться в стеклянных сосудах с хорошо притертыми пробками и надписью "Осторожно – яд!". Посуда для хранения вредных химических веществ должна по своей форме и виду отличаться от всех бутылок и сосудов, применяемых в быту для хранения пищевых продуктов.

Основные меры безопасности, которые необходимо соблюдать при работе с химическими веществами:

1. в чистоте содержать рабочее место и не загромождать его ненужной посудой и приборами; не пить воду из химической посуды, бывшей в употреблении;

2. не работать с большим количеством реактивов; вливать кислоту в воду, а не наоборот; не курить на рабочем месте; не допускать попадания ядовитых веществ на тело или одежду;

3. производить работы с ядовитыми химикатами, выделяющими вредные газы, только в вытяжном шкафу в резиновых перчатках и защитных очках;

4. после завершения работы немедленно убрать ядовитые химикаты в шкаф и закрыть на ключ; тщательно вымыть руки с мылом, прополоскать рот водой.

Содержание медицинской аптечки по оказанию первой помощи: бинт, гигроскопическая вата, салфетки для компрессов, пинцет, кровоостанавливающие жгуты, булавки, валериановые капли, йодная настойка (5-ный раствор), анальгин, нашатырный спирт, перекись водорода (3%-ный раствор), подсолнечное или вазелиновое масло, перманганат (1-процентный раствор и кристаллический), уксусная кислота (2-процентный раствор, питьевая сода (кристаллическая сода), крахмал (2-процентный раствор), гипосульфит (2-процентный раствор), активированный уголь, оксид магния (сухая), известковая вода (насыщенный раствор), глауберова соль (кристаллическая), медный купорос (кристаллический), вазелин, мензурка на 100 мл, столовая ложка.

Ожоги. Подразделяются на термические и химические.

Термические возникают при неаккуратном обращении с нагретыми до высокой температуры предметами или с нагревательными приборами.

Обожженное место следует охладить водой, снегом или льдом до практически полного прекращения боли.

Затем на обожженные участки наложить сухие изолирующие повязки из чистого материала (бинт, марля, хлопчатобумажная ткань). Нельзя обрабатывать ожоги мазями, маслами, спиртовыми растворами.

Химические ожоги происходят при попадании на кожу концентрированных кислот, растворов едких щелочей и др. Особенно опасно действие концентрированной серной кислоты и твердых едких щелочей, вызывающих труднозаживающие ожоги тканей тела.

При попадании на кожу рук или других частей тела кислот или щелочей их следует немедленно обмыть большим количеством холодной воды на протяжении 20 – 30 минут. Затем обмыть дополнительно в случае ожога кислотами 5 – 6 процентным раствором углекислого натрия или аммония; в случае ожога щелочами – 2 – 3 процентным раствором уксусной кислоты.

При сильном ожоге пострадавшим необходимо дать теплый чай, минеральную или чуть подсоленную щелочную воду (на стакан воды по одной чайной ложке поваренной соли и питьевой соды) и доставить в больницу.

При попадании кислоты в глаза их следует промыть водой и 3-процентным раствором углекислого натрия; при ожогах полости рта щелочью необходимо прополоскать 3-процентным раствором уксусной кислоты или 2-процентным раствором борной кислоты.

При ожогах кислотой необходимо прополоскать 5-проценым раствором углекислого натрия.

Отравления. При отравлении аммиаком необходимо вдыхать пары уксусной кислоты; пить молоко, лимонный сок, 2 – процентный раствор уксуса.

При отравлении оксидами азота дать кислород и обратиться к врачу.

При отравлении бромом – вдыхать пары аммиака или слабого раствора сероводородной воды; в случае ожога рук или лица смазать обожженные места ланолином или любым жиром; обратиться к врачу.

При отравлении мышьяковистыми соединениями немедленно вызвать рвоту; пить жженую магнезию, разведенную в воде, жир или масло; обратиться к врачу.

При отравлении оксидом углерода – перевезти пострадавшего в хорошо проветриваемое помещение и дать кислород; при затрудненном дыхании применить искусственно дыхание; срочно вызвать врача.

При отравлении диоксидом серы необходимо вывести пострадавшего на свежий воздух; при тяжелом отравлении применить искусственное дыхание.

При отравлении сероводородом – вывести пострадавшего на свежий воздух; при тяжелом отравлении применить искусственное дыхание, вызвать врача.

При отравлении свинцовыми соединениями необходимо растворить в теплой воде сульфат натрия или сульфат магния (1:10) и дать выпить пострадавшему, затем напоить молоком, дать яичный белок, большое количество адсорбирующего угля.

При отравлении ртутными соединениями необходимо у пострадавшего немедленно вызвать рвоту.

До прибытия врача давать пить молоко, яичный белок в молоке, раствор адсорбирующего угля или гидроксида магния.

При отравлении серной кислотой – немедленно вызвать врача; дать пострадавшему выпить раствор жженой магнезии (15,0 : 1000 мл воды), раствор яичного белка (5 белков на 1000 мл воды); вызывать рвоту противопоказано.

При отравлении синильной кислотой или цианистым калием дать выпить рвотное и немедленно вызвать врача; сделать искусственное дыхание, холодное обливание затылка с высоты 0,5 м и растирание; напоить концентрированным раствором глюкозы или сахара.

При отравлении соляной или уксусной кислотой необходимо дать выпить раствор жженой магнезии, молоко, маслянистые эмульсии; давать нюхать смесь слабого раствора аммиака с винным спиртом.

При отравлении бензином, бензолом – немедленно дать кислород; срочно вызвать врача.