Claudio
2016-12-19 17:48
Sintesi dell’ossido di piombo (II)
Reagenti ed attrezzatura:
- Pb(NO3)2, NaOH.
- Vaschetta ad ultrasuoni, imbuto separatore, vari recipienti in vetro, filtro buchner, fornetto a muffola, termometro elettronico.
Per la preparazione dell’ossido di piombo (II), di cui esistono 2 forme la forma α di struttura cristallina tetragonale e la β di struttura ortorombica, chimicamente uguali, fisicamente diverse; ho seguito una procedura adatta alla preparazione nel range delle nano particelle: “https://www.researchgate.net/publication/248263181_Synthesis_of_lead_oxide_nanoparticles_by_Sonochemical_method_and_its_application_as_cathode_and_anode_of_lead-acid_batteriesSynthesis of lead oxide nanoparticles by Sonochemical method … " , usando una vaschetta ad ultrasuoni, chiaramente lo stesso procedimento può essere eseguito usando un comune agitatore magnetico con piastra riscaldante, le particelle risulteranno solo più grosse.
Ho preparato:
- una soluzione 0,2M di Pb(NO3)2 (33,1g in 0,5l H2O)
- una soluzione 0,2 M di NaOH (8 g in 0,5 l di H2O).
Ho portato la temperatura dell’acqua della vaschetta ad ultrasuoni a 40ºC ed inserito il recipiente con la soluzione di nitrato di piombo nella vaschetta ad ultrasuoni ho sonicato per 60 min. Ho quindi caricato la soluzione di NaOH in un imbuto separatore posto al di sopra del recipente del nitrato come in Fig (1)
aperto leggermente il rubinetto in modo da introdurre nel recipiente sottostante poche gocce al sec. La cavitazione indotta sui liquidi oltre ad agire sulla particelle serve anche a rimescolare bene fra di loro i liquidi. (F2)
Con l’introduzione di NaOH si ha la precipitazione dell’idrato di piombo
Pb(NO3)2 + 2NaOH --> Pb(OH)2 + 2 NaNO3
dopo altri 30 min. di sonicazione l’ imbuto separatore è svuotato e la reazione è finita. Spento il sonicatore ho lasciato decantare la sospensione, il pH del supernatante è fortemente basico ed ho proceduto ad un serie di lavaggi e successive decantazioni con eliminazione del supernatante sino a che il pH scende intorno ad 8, ho quindi filtrato tutto con buckner e filtro di carta usando circa 1,5 l di H2O, il sedimento viene trasferito su piatto in vetro ed asciugato su piastra riscaldante a 100 – 105 ºC, ottenuti 20,9 g di Pb(OH)2 (F3)
Preparazione dell’ α PbO2
Si sfrutta la decomposizione termica dell’idrato di piombo:
Pb(OH)2 --> PbO + H2O a 270ºC
Ho caricato in ciotolina di quarzo 10,1 di Pb(OH)2 e portata la muffola a 270 ºC per 2 ore (F4)
alla fine ho ottenuto 9,3 g di α PbO di colore giallo rosato (F5)
Preparazione del β PbO
La procedura è uguale alla precedente si usa solo una temperatura piu elevata.
Caricati in ciotolina di quarzo 10,5 g di Pb(OH)2 la muffola è stata portata a 540ºC per 1 ora (F6)
ho ottenuto 9,2 g di β PbO di colore rosso mattone (F7)
Sintesi dell’ossido di piombo (IV)
Reagenti ed attrezzatura:
- Acetato di piombo triidrato, NaOH, soluzione di sodio ipoclorito al 4%, HNO3 2M.
- Beuta da 250 ml , vetreria varia, Agitatore magnetico con piastra riscaldante, termometro.
Questo ossido di piombo è senz’altro più interessante del precedente, è un energico ossidante e presenta una conduttività elettrica molto elevata, con resistivita di 10-3 Ω.cm . Questa proprietà è sfruttata nella costruzione degli accumulatori al piombo dove il diossido di piombo costituisce il polo positivo sotto forma di pasta porosa. La procedura per questa sintesi è stata tratta da qui: “Inorganic Syntheses, Volume 1” , a questa procedura ho introdotto una piccola modifica usando NaClO al posto di Ca(ClO)2
La reazione è la seguente:
Pb(CH3COO)2 + 2NaOH + NaClO --> PbO2 + NaCl +2NaCH3COO + H2O
Ho preparato una soluzione di 2,66 g di NaOH in 25 ml di H2O
In una beuta da 250 ml ho sciolto12,64g di piombo acetato triidrato in 35 ml di H2O e sotto agitazione ho portato la temperature a 60 ºC (F8a) ho quindi versato nella beuta sempre sotto agitazione la soluzione di NaOH si ha la veloce precipitazione di Pb(OH)2 (F8b) ho aggiunto poi sempre sotto forte agitazione, lentamente 70 ml di sol. NaClO al 4% (la quantità di NaClO è leggermente in eccesso rispetto alla quantità stechiometrica di 62 ml) la soluzione diventa prima gialla (F8c) e subito dopo marrone chiaro (F8d); a questo punto ho portato la temperatura della soluzione a 70 - 80 ºC, non si devono assolutamente superare queste temperature perché si avrebbe la decomposizione della soluzione di NaClO (nella preparazione di riferimento sopra citata usando ipoclorito di calcio la soluzione viene portata all’ebollizione con il risultato di velocizzare la reazione).
Dopo un po’ la soluzione inizia a diventare sempre più scura dopo 30 min. la reazione si è completata (F8e)
Spenta la piastra riscaldante ho lasciato decantare il prodotto ottenuto PbO2 con eventuali tracce di piombo idrato come sedimento, NaCl e acetato di sodio in soluzione, ho aspirato poi il supernatante e trasferito tutto su recipiente da 0,5 l ho aggiunto 300 cc di H2O rimescolando il tutto e di nuovo a decantare, questa operazione è stata ripetuta per 4 volte (non è stato possibile eseguire in questa preparazione la consueta filtrazione su buchner con filtro di carta, la polvere ottenuta è talmente fine che un buon 30% passa attraverso il filtro).
Dopo l’ultimo decantazione ho aggiunto 50 ml HNO3 2,0M al sedimento e messo sotto agitazione per 5 min. al fine di eliminare contaminanti insolubili ( piombo idrato) (F9)
Ho aggiunto poi 200 ml d’ H20 rimescolato tutto e lasciato decantare, ho eseguito una serie di questi lavaggi, decantazione, aspirazione, sino a pH neutro del supernatante ho passato quindi il sedimento in recipiente di vetro su piastra riscaldante a 100 105 ºC sino a completa asciugatura (F10)
Ho ricavato 6,5 g di PbO2.
Questa polvere di PbO2 è molto fine con particelle da 3 - 0,1μm si presenta come aggregati di minute particelle, in (F11) una vista al microscopio USB.
La resistenza elettrica del PbO2 è molto bassa comparabile con quella della grafite; in (F12) una prova di comparazione sulla resistenza elettrica offerta da polvere di diossido di piombo e polvere di grafite da 30 – 60μm, la polvere è semplicemente depositata sopra i 2 elettrodi.
Come si può vedere la resistenza del PbO2 è addirittura inferiore a quella della grafite.
Non deve ingannare la resistenza di 46,1 KΩ che può sembrare alta, quando è compressa la resistenza della stessa polvere crolla a valori intorno a 0,3 - 2 Ω
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