Maken van KClO4

Alles over zouten, katalysatoren, reductie-/oxidatiereacties, neerslagreacties. Discussies over niet-ionische verbindingen horen thuis in "organische chemie".
VanBassum
Waterstof
Posts: 17
Joined: 05 May 2016, 16:24

Maken van KClO4

Post by VanBassum » 05 May 2016, 16:46

Hallo,

Het lijkt me leuk om zelf KClO4 te maken. Ik heb al veel gelezen op het internet, maar ik heb toch af en toe mijn twijfels over de betrouwbaarheid van de informatie.
Over het maken van KClO3 is wel veel informatie beschikbaar, maar over KClO4 vind ik het toch wat tegenvallen.

Van de proeven die ik kan vinden begint men met NaCl. Dat wordt vervolgens omgezet in NaClO4, en dan met behulp van KCl wordt er KClO4 gemaakt. Het eerste wat ik me af vraag is waarom niet meteen met KCl beginnen?
Vervolgens komen de elektrodes aan bod. Voor de anode zat ik te denken aan een platinized titanium mesh zoals deze. Maar wat moet ik dan gebruiken als kathode? Is gewoon titanium genoeg?

Verder is het nog even de vraag wat voor materiaal ik ga gebruiken voor de cel zelf. Ik heb hier emmertjes met passende deksels gemaakt van polypropyleen deze lijken me geschikt qua formaat en bouwvorm ik weet echter niet of ze ook tegen de rommel in de cel kunnen. Wat ook een belangrijk punt is, dat is de lijm die ik wil gebruiken om de anodes vast te zetten in het deksel. Deze moet goed hechten met het plastic, en met het metaal van de elektrodes. Daarnaast moet deze ook nog eens bestendig zijn tegen het elektrolyt. Het laatste constructie punt is de afvoer slang voor het laten ontsnappen van de gassen. Welk materiaal moet ik hiervoor gebruiken? Ik zat te denken om in het deksel een slangtule te maken waar vervolgens de afvoer slang op kan worden aangesloten.

Dan nog wat chemische zaken,
Waaraan kunnen de elektrode beschadigen?
Hoe kan ik zien wanneer de elektrolyse klaar is?
Met wat kan ik testen of er nog chloraat in zit, en hoe kan ik dit verwijderen?


Al met al een leuk project, maar ik wil toch wel graag van te voren weten waar ik aan begin.

User avatar
woelen
IJzer
Posts: 1271
Joined: 13 Jan 2009, 20:05
Chemistry interests: --------------
Location: Groningen
Contact:

Re: Maken van KClO4

Post by woelen » 06 May 2016, 21:45

Het proces voor maken van perchloraat is een tweetraps proces. Je moet geen kostbare geplatineerde electrode gebruiken, direct vanaf het chloride. Als je chloride electrolyseert met platina, dan lost er relatief veel platina op als hexachloroplatinaat en dan ben je snel je (dure) geplatineerde electrode kwijt.

Gebruik eerst een MMO-electrode om chloraat te maken. Dit kan het beste vanuit NaCl zodat je NaClO3 krijgt in oplossing. MMO electroden kun je soms voor relatief weinig geld op eBay krijgen. Met MMO kun je geen perchloraat maken. Als er aan de anode veel gas ontstaat (zuurstof), dan is vrijwel alle chloride opgebruikt en bevat je oplossng hoofdzakelijk chloraat ionen.
Vervolgens kun je perchloraat maken door met een geplatineerde anode de laatste stap uit te voeren van chloraat naar perchloraat.

Je kunt wel in 1 keer van chloride naar perchloraat, maar dan moet je PbO2-anoden gebruiken. Deze zijn vrij kostbaar, maar wel heel gemakkelijk in gebruik. Zie bijv.

http://www.ebay.nl/itm/lead-dioxide-Ano ... p4Y3p5oPPg


Je moet voor perchloraat altijd uitgaan van het natriumzout. Het kaliumzout lost erg matig op en vormt harde moeilijk te verwijderen korsten op de anode, waardoor de electrolyse steeds moeizamer gaat. Mechanisch verwijderen van die korsten kan leiden tot vernieling van de coating op de anode. Daarom moet je een geconcentreerde oplossing maken met NaClO4 en deze omzetten naar KClO4 m.b.v. KCl en een keer of twee omkristalliseren van het KClO4.

Bedenk wel, het maken van perchloraat is niet triviaal en vereist best wel een redelijke investering in electroden, voeding en cel. Voor de voeding moet je bij voorkeur een stroombron gebruiken i.p.v. een spanningsbron. Die kun je benaderen door bijv. 12 volt te nemen en een serieweerstand van 4,7 Ohm te nemen. De spanning over de cel zal langzaam toenemen tijdens de electrolyse, de stroom blijft redelijk constant. Als alternatief kun je een labvoeding met regelbare spanning gebruiken en ieder uur even checken wat de stroom door de cel is. Als deze te klein wordt, dan schroef je de spanning voorzichtig iets op. Je moet er dan wel wat meer naar omkijken.
Gebruik van een te hoge celspanning is sterk af te raden. Je electroden worden snel aangetast in zo'n geval.

Voor de cel kun je het beste een stevige glazen pot gebruiken of een stevige plastic pot van HDPE. In het deksel maak je kleine gaten en deze moet losjes op je cel liggen zodat waterstofgas kan ontwijken. Er moet wel een deksel op je cel zitten, anders sproeit er allemaal corrosieve vloeistof in het rond. Het bruisen aan de kathode geeft een hoop gesproei van vloeistof en dat wil je binnen je cel houden.
The art of wondering makes life worth living...
Want to wonder? http://www.oelen.net/science

VanBassum
Waterstof
Posts: 17
Joined: 05 May 2016, 16:24

Re: Maken van KClO4

Post by VanBassum » 09 May 2016, 14:59

Hallo,

Als eerste bedankt voor de goede duidelijke uitleg. Ik heb veel kennis van elektronica, maar mijn chemische kennis is toch wat minder. Ik heb nog een MMO anode liggen, dus als ik een kathode bestel die relatief goedkoop is kan ik een chloraat cel maken. Als dat lukt ga ik me verdiepen in het maken van perchloraat. Perchloraat wordt veel in de pyro gebruikt om dat chloraat bijna altijd een instabiele mix geeft waar je je niet aan wil wagen. Voor chemische redenen is chloraat weer wel interessant. (Ja mn hobbies zijn zeer breed :)) Ik ben er voor me zelf nog niet helemaal uit of ik dan van chloraat naar perchloraat met platina, of een PbO2 anode ga gebruiken en dan meteen vanaf chloride. In princiepe heb ik dan natuurlijk al een chloraat cell.

De voeding is geen probleem, ik heb hier een labvoeding die ik op CC (constant current) kan zetten voor een gelijkmatige stroom. (10A max) Tevens kan ik dan de spanning instellen tot een maximum waardoor de cel nooit een te hoge spanning voor zijn kiezen krijgt. Het lijk me ook leuk om een µC te gebruiken om de stroom en spanning van de cel over de tijd te meten. Ik heb ook al een idee bedacht om de bubbels te tellen die uit het buisje ontsnappen. Dit kan dan mooi in een grafiekje. Ik denk dat het wel interessant is om dit te meten. Ook kan ik dan iets maken dat er een belletje oid af gaat zodra er ineens veel gas ontsnapt wat dus aanduid dat het proces klaar is.

Eventueel zou deze ook de spanning af kunnen sluiten, maar dat is volgens mij juist geen goed idee i.v.m. de kathode bescherming?
Misschien de stroom omlaag naar een ruststroom van bijvoorbeeld 10% van de elektrolyse stroom?

Idee voor nu,
Eerst eens verdiepen in chloraat, dit is toch wat goedkoper.
Eens kijken of ik een kathode kan vinden. Kan titanium trouwens ook gebruikt worden voor perchloraat als kathode?

EDIT,
Om een of andere reden kan ik alleen platinized anodes vinden op ebay?
Dit soort spul kan ik dan weer wel vinden, maar ik heb niet echt de mogelijkheid om dr een strip op te lassen.
http://www.ebay.com/itm/Silver-Titanium ... SwPc9WwsXB

User avatar
woelen
IJzer
Posts: 1271
Joined: 13 Jan 2009, 20:05
Chemistry interests: --------------
Location: Groningen
Contact:

Re: Maken van KClO4

Post by woelen » 09 May 2016, 16:52

Die zilver-titanium strips zijn niet bruikbaar voor electrolyse.

Het valt op dit moment inderdaad erg tegen wat er op eBay te koop is. Ik heb zelf een paar jaar geleden een paar MMO mesh anodes en bijpassende titaan kathodes gekocht en toen waren ze er volop, voor prijzen van pakweg EUR 30 per anode (8 x 6 cm, met een titaanstrip er aan vast gelast). Misschien dat ze weer beschikbaar komen. Anders zou ik toch maar gaan voor die PbO2 anode uit Duitsland.

Op Aliexpress zou je ook nog kunnen kijken. Dat is net zo iets als eBay, maar vooral met verkopers uit het verre Oosten. Ik zelf heb een Orange PI en een REVO 3700 minicomputer gekocht via Aliexpress en beide aankopen verliepen prima.
Je hebt ook MMO electroden voor zwembaden (zelf opwekken van chloor uit zout), maar deze zijn bedoeld voor kleinere stromen, maar wel onafgebroken, maand in maand uit. Deze zijn ook wel geschikt voor electrolyse en chloraatproduktie, maar ze zijn nogal aan de prijs. Ik denk dat je dan al gauw op EUR 100 per anode komt.

Voor de kathode voldoet eigenlijk ieder stuk metaal wel. Zelf heb ik goedkope titaanstrips gekocht, maar een nikkel of chroom lepel is ook een uitstekende electrode. Het beste is het om de spanning op de electroden te laten, totdat ze uit de vloeistof zijn gehaald. Dan moet je ze snel afspoelen met water. Dit is met titanium iets minder kritisch, maar met nikkel en zeker met koper moet je dat wel doen.
The art of wondering makes life worth living...
Want to wonder? http://www.oelen.net/science

VanBassum
Waterstof
Posts: 17
Joined: 05 May 2016, 16:24

Re: Maken van KClO4

Post by VanBassum » 10 May 2016, 19:45

Hallo,

Is dit stukje titanium wel geschikt?
http://www.ebay.com/itm/Titanium-Ti-Gr- ... xy69JTFMBx

Als ik die koop kan ik daar 2 kathodes uit halen van 100x100 met een strip van 100*20 + een paar strips die ik aan de MMO kan lassen. (Moet nog even iemand vinden met een punt-las apparaat)
Het stukje MMO heb ik al liggen. Dan kan ik beginnen met KClO3.

De 2e kathode kan ik dan bewaren als in in de toekomst nog eens met PbO2 wil proberen

User avatar
woelen
IJzer
Posts: 1271
Joined: 13 Jan 2009, 20:05
Chemistry interests: --------------
Location: Groningen
Contact:

Re: Maken van KClO4

Post by woelen » 13 May 2016, 00:21

Dat titanium is chemisch gezien prima te gebruiken als kathode en ook als strip om een anode aan vast te maken. De strip zal passiveren wanneer je het gebruikt als anode in een chloraatcel. In een bromaatcel wordt het wel langzaam aangetast, dus dat is niet aan te raden, weet ik uit eigen ervaring.

Ik denk wel dat 1 mm titanium in de vorm van strips krijgen en dat aan een stuk MMO lassen nog best wel tegen zal vallen. Misschien moet je iets dikker nemen. Dan is het gemakkelijker te zagen zonder buigen en is lassen iets gemakkelijker. Met 1 mm las je denk ik zo dwars door de laag heen en maak je gaten.
The art of wondering makes life worth living...
Want to wonder? http://www.oelen.net/science

Rutger
Helium
Posts: 44
Joined: 02 Jan 2014, 18:36
Chemistry interests: Inorganic
Location: Groningen

Re: Maken van KClO4

Post by Rutger » 16 May 2016, 17:23

Wilco, zou een staaf koolstof, bijvoorbeeld uit een zink-koolstofbatterij https://nl.wikipedia.org/wiki/Zink-koolstofcel ) hiervoor niet gebruikt kunnen worden?
Je koopt een R20 type voor ca €1,80.

Ik weet niet wat het effect van een eventuele mangaanoxideverontreiniging is, maar dat kun je mogelijk verwijderen door het op te lossen in zoutzuur (hierbij komt chloorgas vrij, dus het best kun je dit buiten doen).

User avatar
woelen
IJzer
Posts: 1271
Joined: 13 Jan 2009, 20:05
Chemistry interests: --------------
Location: Groningen
Contact:

Re: Maken van KClO4

Post by woelen » 17 May 2016, 11:14

Maken van perchloraat aan een koolstof electrode gaat nauwelijks. Tot aan chloraat gaat best wel goed met koolstof. Grote nadeel van koolstof is dat het veel rommel geeft bij electrolyse. De oplossing wordt echt gitzwart van zeer fijn verdeeld koolstof. Dit is er hoegenaamd niet uit te filteren. Zelfs met een zeer fijn professioneel papierfilter is het nauwelijks te doen om de koolstof uit de oplossing te krijgen. Het eindproduct is dus ook niet een mooi wit materiaal, maar een grijs materiaal. Voor de experimenten die ik er mee doe (als oxidator in waterige oplossing) vind ik die grijze kleur vervelend. Evt. andere stoffen die ik er mee maak bevatten dan ook weer van die grijze rommel. Als je het alleen maar gebruikt voor pyro-toepassingen, dan maakt die grijze verontreiniging natuurlijk niks uit.
The art of wondering makes life worth living...
Want to wonder? http://www.oelen.net/science

VanBassum
Waterstof
Posts: 17
Joined: 05 May 2016, 16:24

Re: Maken van KClO4

Post by VanBassum » 22 May 2016, 23:16

Het titanium is binnen, dus ik hoop van de week een test run te kunnen doen.

Ik heb nog wel een vraag:
Hoe kan ik testen op chloride, chloraat en perchloraat?

User avatar
woelen
IJzer
Posts: 1271
Joined: 13 Jan 2009, 20:05
Chemistry interests: --------------
Location: Groningen
Contact:

Re: Maken van KClO4

Post by woelen » 23 May 2016, 13:42

Testen op chloride is nauwelijks mogelijk in deze context. Er zijn wel tests voor chloride, maar die zijn heel gevoelig en gericht op bijv. testen op hoeveelheid chloride in een sample leidingwater o.i.d. De bekende test met zilvernitraat oplossing zal altijd een positief geven, omdat je altijd wel een paar procent niet gereageerd chloride over zult houden in je oplossingen.

Testen op chloraat kan d.m.v. toevoegen van enkele druppels geconcentreerde electrolietoplossing aan geconcentreerd zoutzuur (25% or meer). Als er chloraat aanwezig is, dan wordt de oplossing intens geel. Tevens zul je wat neerslag van NaCl krijgen.

Testen op perchloraat kan d.m.v. toevoegen van enkele druppels koude oplossing aan een koude oplossing van KCl (dieetzout uit de supermarkt met 66% KCl is ook prima), K2CO3, KNO3 of K2SO4. Als er perchloraat in zit, dan zul je een wit neerslag krijgen van KClO4. Je moet wel koude oplossingen gebruiken voor deze test (koelkast, geen diepvries). Je kunt deze test nog flink wat gevoeliger maken als je de beschikking hebt over CsCl, Cs2CO3 of CsNO3. Cesiumzouten zijn echter niet goedkoop en heeft niet iedereen zomaar op de plank liggen.
The art of wondering makes life worth living...
Want to wonder? http://www.oelen.net/science

User avatar
Pyrochemistry
Zwavel
Posts: 547
Joined: 09 Feb 2009, 17:23
Chemistry interests: Organic
Location: Randstedelijk en toch landelijk gelegen.

Re: Maken van KClO4

Post by Pyrochemistry » 23 May 2016, 20:16

Als er nog chloraat bij zit kun je misschien ook neerslag krijgen van kaliumchloraat tijdens het testje met KCl, je moet de concentratie dan laag houden. (KClO3 --> 3.13 g/100 ml bij 0C, KClO4 --> 0.76 g/100 ml bij 0 C)

Die HCl test kan misschien beter dienen als indicatie, als dat van die geel kleuring waar is. Doe eerst een test met heel verdunt kaliumchloraat oplossing, dan weet je waar je naar opzoek bent, onzuiverheden van metalen kunnen misschien ook voor verkleuring zorgen. Als je zeker wilt zijn dat kaliumperchloraat min of meer vrij is van chloride of sporen chloraat, kun je het beste een paar keer herkristallisatiseren en je kunt het filtraat spoelen met ijskoud water (0 oC). Je verliest van wel wat materiaal maar als je op een redelijk grote schaal werkt (zeg alles meer dan 10 g ofzo) dan is het verlies niet meer zo significant. En je moet er ook al zeker van zijn dat het gehalte perchloraat vele malen groter is dan chloraat.
Will it work? You only know after the experiment!

Student (M.Sc) Scheikunde

VanBassum
Waterstof
Posts: 17
Joined: 05 May 2016, 16:24

Re: Maken van KClO4

Post by VanBassum » 23 May 2016, 21:34

In de pyro is het toch wel belangrijk dat er geen chloraat meer in zit. Ik heb iemand zien testen met een blauwig goedje op chloraat, maar ik weet niet wat dat is.
Het is nog eventjes wachten op een paar laatste items en dan kan ik gaan testen. Ik heb trouwens twee soorten lijm van bison om te testen.

User avatar
Wouter
Krypton
Posts: 1963
Joined: 02 Aug 2008, 01:47
Chemistry interests: Organic
Location: Groesbeek, Gelderland
Contact:

Re: Maken van KClO4

Post by Wouter » 24 May 2016, 15:47

Kleine herinnering: Geen pyrotechniek op dit forum!
Organisch chemicus

User avatar
woelen
IJzer
Posts: 1271
Joined: 13 Jan 2009, 20:05
Chemistry interests: --------------
Location: Groningen
Contact:

Re: Maken van KClO4

Post by woelen » 25 May 2016, 09:18

@Wouter: Ik zal geen pyrozaken bespreken, maar ik vind wel dat het mogelijk moet zijn om de chemie van chloraat/perchloraat te kunnen bespreken. Zaken als pyrotechnische composities, constructie van devices e.d. zie ik inderdaad als 'out of scope' voor amateurchemie.nl. Chloraten en perchloraten zijn ook voor heel veel andere zaken te gebruiken dan pyrotechniek (zo is het ook bij mij, ik heb ze gebruikt in chemieëxperimenten in waterige oplossing en doe helemaal niets met pyro en ik vond het een erg leuk experiment om een kleine hoeveelheid van deze stoffen zelf te maken, kopen kun je ze niet meer als particulier, terwijl zelf maken uit zout of dieetzout goed te doen is).
Pyrochemistry wrote:Die HCl test kan misschien beter dienen als indicatie, als dat van die geel kleuring waar is. Doe eerst een test met heel verdunt kaliumchloraat oplossing, dan weet je waar je naar opzoek bent, onzuiverheden van metalen kunnen misschien ook voor verkleuring zorgen.
Als je vrij geconcentreerde chloraatoplossing hebt (dus NaClO3), dan is de gele kleur echt goed te onderscheiden van metaalverontreinigingen. Die gele kleur komt nl. ook in de lucht boven de vloeistof. Deze is zeer intens en het gasmengsel boven de vloeistof wordt ook geel. De gele kleur is van ClO2. Je hoeft niet bang te zijn voor explosies, omdat het slechts in sterke verdunning wordt gevormd. Maar zelfs in sterke verdunning is ClO2 goed te zien in gasvorm.

Als je gaat voor perchloraat, en je wilt geen chloraat als onzuiverheid, dan kun je het chloraat eenvoudig vernietigen zonder het perchloraat te vernietigen. Verwarm de hele boel en voeg wat zoutzuur toe en zorg dat alles is opgelost. Voeg daar vervolgens in kleine stappen natrium metabisulfiet aan toe (te krijgen bij zaken voor spullen van maken van wijn en bier) en voeg zo veel toe tot er een geur van zwaveldioxiode blijft. Je moet misschien iets bijverwarmen om alles in oplossing te houden. Chloraat wordt volledig gereduceerd tot chloride, terwijl perchloraat niet reageert. Ik ga er bij deze aanpak wel van uit dat chloraat hooguit als een paar procent verontreiniging aanwezig is, het meeste moet al omgezet zijn naar perchloraat.

Dit vernietigen van chloraat moet je doen voordat je het perchloraat omzet naar het kaliumzout, anders krijg je inderdaad nog wat chloraat mee in je perchloraat.
The art of wondering makes life worth living...
Want to wonder? http://www.oelen.net/science

User avatar
Wouter
Krypton
Posts: 1963
Joined: 02 Aug 2008, 01:47
Chemistry interests: Organic
Location: Groesbeek, Gelderland
Contact:

Re: Maken van KClO4

Post by Wouter » 25 May 2016, 11:11

Daarom sluit ik het bericht niet, het was een directe reactie op het bericht van VanBassum waarin hij direct refereert aan dit gebruik.
Organisch chemicus

Post Reply

Who is online

Users browsing this forum: Google [Bot] and 3 guests