Nieuw projectje: synthese van exotische stoffen uit gewone

Alles over zouten, katalysatoren, reductie-/oxidatiereacties, neerslagreacties. Discussies over niet-ionische verbindingen horen thuis in "organische chemie".
Post Reply
User avatar
woelen
Kobalt
Posts: 1300
Joined: 13 Jan 2009, 20:05
Chemistry interests: --------------
Location: Groningen
Contact:

Nieuw projectje: synthese van exotische stoffen uit gewone

Post by woelen » 23 Jun 2010, 15:53

Ik heb voor mezelf nu eens als projectje genomen om een zeer exotische stof te gaan maken, welke nog maar kort bekend is. Er zijn enkele simpele stoffen welke ondanks hun eenvoud nog maar heel kort bekend zijn. Enkele voorbeelden zijn:
- perbromaat ion, BrO4(-), pas bekend sinds jaren '60 van vorige eeuw
- dinitramide ion, N3O4(-), pas bekend sinds eind jaren '80 van vorige eeuw (in de voormalige Sovjet Unie schijnen ze dit ook al in de jaren '70 te hebben gemaakt, maar is er verder nooit meer iets mee gedaan en niet gepubliceerd).
- perchloryl fluoride, ClO3F

Het maken van perbromaat schijnt heel moeilijk te zijn en alleen te kunnen met elementair fluor of xenon difluoride. Het dinitramide ion was in eerste instantie ook niet gemakkelijk (watervrij nitroniumperchloraat laten reageren met ammonium carbamaat bij -70 graden). Perchloryl fluoride vereist watervrij perchloorzuur ClO3(OH) en een zeer sterk fluorerend middel om de OH groep te vervangen door een F.
Het grappige is dat al deze stoffen als ze eenmaal zijn gemaakt best wel stabiel zijn, maar dat de weg er naar toe heel lastig is. Dit soort zeer exotische stoffen vind ik fascinerend, temeer omdat ze bestaan uit heel gewone elementen en verrassend inert zijn.

Nu kwam ik eechter een synthese tegen die wel haalbaar lijkt: http://www.sid.ir/en/VEWSSID/J_pdf/84320080110.pdf.

Ik heb afgelopen weekend al even 40 ml rokend geel salpeterzuur gemaakt. Alle andere stoffen heb ik en de sulfaminezuur heb ik besteld (dat is een goedkope stof, welke ik besteld heb bij Labstuff, EUR 16 per kilo of zo, het is een bekende ontkalker welke bij horeca-toeleveranciers te koop is, maar ik heb maar gewoon aan Labstuff gevraagd of hij het kan leveren en dat was geen probleem, dan heb je in ieder geval ook voldoende zuiver spul). Ik hoop dat ik het snel in huis heb.

Ik ben heel benieuwd hoe deze synthese gaat. Allereerst moet je kalium sulfamaat maken uit sulfaminezuur wat simpelweg kan door KOH (of K2CO3) te laten reageren met het zuur en dan in te dampen. Vervolgens moet je de kaliumsulfamaat nitreren met salpterzuur. Dit is de kritische stap, want dit moet echt bij lage temperatuur (-35 graden) om runaway te voorkomen. Vervolgens neutraliseer je het product weer met kalium hydroxide en sla je de boel neer uit waterige oplossing door alcohol toe te voegen. Je krijgt dan een kristallijn neerslag van kalium dinitramide, KN3O4. Dit laat je vervolgens drogen aan de lucht.

Het dinitramide ion heeft als structuur (-)N(NO2)2, een stikstof atoom met twee -NO2 groepen er aan. Het ion schijnt heel stabiel te zijn. Het lijkt mij reuze interessant om als ik deze stof eenmaal heb er flink mee te experimenteren. Qua reactiviteit schijnt het vergelijkbaar met perchloraat te zijn, iets reactiever maar zeker niet zo reactief als het veel gevaarlijker chloraat. Het ammoniumzout kan bijv. veilig worden gemaakt en bewaard, net als ammonium perchloraat, maar het is wel wat gevoeliger dan ammonium perchloraat.

Deze synthese lijkt mij voor een hobby chemicus heel goed te doen en er wordt eigenlijk geen enkele speciale stof gebruikt. De enige reagentia zijn:
- kaliumhydroxide (of kalium carbonaat)
- sulfaminezuur
- rokend salpeterzuur (zelf te maken uit chilisalpeter en zwavelzuur, heb ik gedaan en ik heb nu 40 ml)
- isopropyl alcohol om de stof uit oplossing te drijven

Het enig echt lastige is om voor langere tijd een temperatuur van -35 graden in stand te kunnen houden, zeker in de zomer. Als iemand daar suggesties voor heeft die zonder koolzuursneeuw kunnen dan zou dat heel mooi zijn.

Wat lijkt jullie van deze synthese? Lijkt je dit haalbaar?
The art of wondering makes life worth living...
Want to wonder? http://www.oelen.net/science

User avatar
Z4x
Germanium
Posts: 1601
Joined: 03 Aug 2009, 15:29
Chemistry interests: Overall
Location: Grunn

Re: Nieuw projectje: synthese van exotische stoffen uit gewo

Post by Z4x » 23 Jun 2010, 16:32

Het kost je wel een berg energie, maar je zou met een peltier-element een hele lage temperatuur kunnen halen. Of je -35 haalt weet ik niet zeker, maar volgens mij hangt dat af van hoe groot je "koeler" aan de andere kant is om de warmte af te voeren. Je zou daar een CPU koeler voor kunnen gebruiken (en desnoods die koelen met koud water uit de kraan). Alles nieuw: 10-20 euro peltier-element, 20-30 euro CPU-koeler. Kom je al op 50 euro of meer uit.

Voorbeeld: http://www.instructables.com/id/Make-a- ... r-Coolers/.

//edit: stap 11 van bovenste link haalt ie -25 F, dat is -32 graden. Het is mogelijk! :D link
De kunst is om te blijven oefenen, oefenen en oefenen...

spidey
Kobalt
Posts: 1367
Joined: 16 Jan 2009, 23:58
Chemistry interests: Inorganic
Location: Amsterdam

Re: Nieuw projectje: synthese van exotische stoffen uit gewo

Post by spidey » 23 Jun 2010, 22:03

Interessant. Ik moet wel zeggen dat ik sulfaminezuur niet een heel alledaags stofje vind. (Is dit giftig?) Vanuit de ogen van een niet-hobby chemicus kan dit natuurlijk heel anders liggen.

Wel heel leuk dat het eindresultaat een tamelijk stabiele stof oplevert. Dat is met veel andere interessante stoffen niet zo. Zelf vind ik PrI2 een erg interessante, omdat dit een zout is met een geleiding die vergelijkbaar is met de minder goed geleidende metalen. Alleen heeft dit niet de mooie eigenschap stabiel te zijn onder standaardomstandigheden/lucht.

Hoe je dat probleem van het koelen moet oplossen, weet ik ook niet. Natuurlijk kun je een koelmachine kopen, maar dat legt wel een zware claim op je budget...

User avatar
woelen
Kobalt
Posts: 1300
Joined: 13 Jan 2009, 20:05
Chemistry interests: --------------
Location: Groningen
Contact:

Re: Nieuw projectje: synthese van exotische stoffen uit gewo

Post by woelen » 24 Jun 2010, 08:36

Dat koelen is nog de grootste uitdaging. Misschien gebruik ik wel KAS (ammoniumnitraat + ijs).

Sulfaminezuur is niet giftig, het wordt gebruikt voor ontkalken van allerlei apparaten, waaronder ketels, koffiezetapparaten. Uiteraard moet je het niet zo maar eten, maar als er een spoelrestje achterblijft, dan heeft dat geen ernstige gevolgen. Sulfaminezuur is een veel gebruikte stof, maar niet in de hobbychemie. De reden voor dat laatste is juist dat het eigenlijk niet een interessante stof is, behalve dan voor dit soort heel specifieke projectjes. Het is zwavelzuur met een OH-groep vervangen door NH2. De stof is matig zuur (iets sterker dan azijnzuur) en heeft geen interessante redox chemie (zowel oxidatie als reductie van deze stof is heel erg lastig). Om die laatste redenen is het niet echt interessant voor de hobbychemicus.

Structuur van sulfaminezuur: Image
Last edited by woelen on 24 Jun 2010, 13:42, edited 3 times in total.
The art of wondering makes life worth living...
Want to wonder? http://www.oelen.net/science

User avatar
Z4x
Germanium
Posts: 1601
Joined: 03 Aug 2009, 15:29
Chemistry interests: Overall
Location: Grunn

Re: Nieuw projectje: synthese van exotische stoffen uit gewo

Post by Z4x » 24 Jun 2010, 11:37

Hoe kan het trouwens -35 worden zonder dat de oplossing bevriest?
De kunst is om te blijven oefenen, oefenen en oefenen...

User avatar
Wouter
Krypton
Posts: 1982
Joined: 02 Aug 2008, 01:47
Chemistry interests: Organic
Location: Groesbeek, Gelderland
Contact:

Re: Nieuw projectje: synthese van exotische stoffen uit gewo

Post by Wouter » 24 Jun 2010, 11:58

Alleen zuiver water bevriest bij 0 °C. Pekel heeft een smeltpunt van -20 °C ofzoiets.
Organisch chemicus

spidey
Kobalt
Posts: 1367
Joined: 16 Jan 2009, 23:58
Chemistry interests: Inorganic
Location: Amsterdam

Re: Nieuw projectje: synthese van exotische stoffen uit gewo

Post by spidey » 24 Jun 2010, 12:29

semi-offtopic: Maar sulfaminezuur heeft dus ook geen coördinerende werking? Zijn de zouten ervan vergelijkbaar met gewone sulfaten?

edit: Als je gaat voor koelen met een Peltier element, kun je een fan natuurlijk het best uit een PC ofzo halen en anders heb ik er hier vast nog wel eentje voor je liggen. Het e.e.a. hangt ook in behoorlijke mate af van de warmteïsolatie die je gebuikt en het af te voeren vermogen dat zich gedurende de reactie ontwikkelt.

User avatar
woelen
Kobalt
Posts: 1300
Joined: 13 Jan 2009, 20:05
Chemistry interests: --------------
Location: Groningen
Contact:

Re: Nieuw projectje: synthese van exotische stoffen uit gewo

Post by woelen » 24 Jun 2010, 13:18

Z4x wrote:Hoe kan het trouwens -35 worden zonder dat de oplossing bevriest?
Mijn reactie is niet in water, maar in een mengsel van rokend salpeterzuur en geconcentreerd zwavelzuur. Zo'n mengsel heeft een heel laag vriespunt.

Misschien dat ik voor de koeling iets van deze site kan gebruiken: http://www.tecoolers.nl/index1.html.
Wat lijkt jou?
spidey wrote:semi-offtopic: Maar sulfaminezuur heeft dus ook geen coördinerende werking? Zijn de zouten ervan vergelijkbaar met gewone sulfaten?
Of het geen coordinerende werking heeft weet ik niet. Ik kan me voorstellen dat er aan het vrije electronenpaar van de stikstof in de NH2-groep wel iets te coordineren valt. Sulfamaten zijn enkelbasische zouten, bijv. K[SO3NH2]. De zouten van niet-gekleurde metaalionen en sulfaminezuur zijn witte/kleurloze zouten, oplosbaar in water en tamelijk inert, net zo als sulfaten. Oplossingen van dergelijke zouten zijn zwak basisch. Sulfaminezuur en zijn zouten hebben geen speciale in het oog springende eigenschappen en dat is dan ook de reden, waarom ik het nu pas besteld heb en niet al veel langer in mijn bezit heb.
The art of wondering makes life worth living...
Want to wonder? http://www.oelen.net/science

User avatar
Z4x
Germanium
Posts: 1601
Joined: 03 Aug 2009, 15:29
Chemistry interests: Overall
Location: Grunn

Re: Nieuw projectje: synthese van exotische stoffen uit gewo

Post by Z4x » 24 Jun 2010, 19:12

woelen wrote: Misschien dat ik voor de koeling iets van deze site kan gebruiken: http://www.tecoolers.nl/index1.html.
Wat lijkt jou?
Ik ken de website niet, maar je hebt wel het voordeel dat je het per normale post kan laten versturen, scheelt weer wat geld. Misschien is het een idee om hun te mailen of het mogelijk is -35 te halen.

Je hebt een beetje geluk, want vorige week heb ik voor de grap een koelbox met koel-/verwarmsysteem uit elkaar gehaald. Hier zit ook een peltier-element in. Er staat op de box:
12V - 4A = 48W
Ik weet niet of ze hier ook de koel motor bij hebben genomen. De bovenste koeler heb ik laten zitten, de onderste er af gehaald.

Direct ook een test gedaan voor jou. 3x 1.1A - 18Volt adapters (heb niks beters :) )
De onderste (zonder koelblok) heb ik koud laten worden. Het is niet een hele precieze test. De temperatuur heb ik gemeten met een LM35, deze zou tot -55 graden kunnen.

tijd 18:35 -> 290mV
:39 -> 130mV
:44 -> 64mV (IJS! Weeee! :P)
:49 -> 26mV

Lager ben ik niet gegaan, een van me adapters werd te warm en ik denk dat ie ook niet veel verder kon met dit warme weer. Het koelblok op de 'warme' kant moet echt heel goed gekoeld worden denk ik. Volgens mij is het zo dat, hoe groter het temperatuur verschil tussen de warme en koude kant -> hoe meer energie nodig.

De meting in mV is een beetje raar, want bij -55 staat in de datasheet dat het -550mV moet zijn, hij is nog niet 1x keer negatief bij mij geweest terwijl er wel gewoon ijs op zat. Dus die temperatuur is eigenlijk niet echt te bepalen. :s

Dit was eigenlijk alleen maar een klein blokje aluminium koelen (dat zat er nog wel op), als je een hele oplossing moet koelen met container, dan zal het wel langer duren. Waar maak je de container trouwens van? Wordt glas bij -35 niet heel gevoelig voor tikken/klappen?

Als ik jou was zou ik een hele goeie voeding nemen zodat je een peltier van 90watt kan nemen. Jij hebt een goeie pc/lab voeding, dus dat zit wel snor. Dan zou ik op de warme kant een groot koelblok doen. Bijvoorbeeld die van een CPU, maar nog beter misschien is een waterkoelblok (de goedkoopste nemen, 25 euro?) en daar gewoon kraan water door laten gaan. Kraan water is veel kouder (10-16? graden) in vergelijking met de kamer temperatuur.

Maar dit is allemaal van een amateur, ik zou dat bedrijf mailen naar wat zij aanraden als je -35 wil halen.

Als je el-cheapo wil. Je mag van mij de peltier lenen en ik heb ook nog wel een standaard intel CPU koeler (al vraag ik met af of die veel beter is dan wat er nu op zit). Koelpasta heb ik ook nog wel, maar dat is meer een gebruiksartikel (je kan het moeilijk terug in het spuitje doen :P).

//edit: die lm35 komt uit japan ofzo, volgens mij is die niet helemaal zuiver...
//edit: ik kwam ook dit tegen: http://www.kryotherm.ru/index.phtml?tid=76. daar gebruiken ze 2 peltier elementen (of meer) op elkaar om nog kouder te kunnen. misschien ook een idee. dat je twee of drie goedkope (laag wattage) neemt en zo toch heel koud kan krijgen. :)
De kunst is om te blijven oefenen, oefenen en oefenen...

User avatar
woelen
Kobalt
Posts: 1300
Joined: 13 Jan 2009, 20:05
Chemistry interests: --------------
Location: Groningen
Contact:

Re: Nieuw projectje: synthese van exotische stoffen uit gewo

Post by woelen » 24 Jun 2010, 22:21

Ik weet niet hoe jij die LM35 hebt gebruikt, maar daar klopt helemaal niks van. Bij iedere graad celcius levert hij 0,01 volt. Lager dan 0 V kan alleen bij gebruik van een pull-down weerstand die aan de negatieve voeding wordt gekoppeld. Ik denk dat daar jouw probleem ligt. De eerste meting ziet er nl. wel realistisch uit (290 mV, dus 29 graden en dat zou kunnen, het was erg warm vandaag), maar hoe lager je komt, hoe minder realistisch.

Je moet de LM35 als volgt aansluiten op een symmetrische voeding met bijv. +5V, -5V en een GND:

+Vs zet je aan de plus pool (mag van alles zijn tussen, bijv. 5 volt of 12 volt)
- GND zet je aan de 0 V (de GND)
- Tussen Vout en de min-voeding (dus niet de GND, maar een negatieve spanning) zet je een weerstand van 100 kOhm als je een voeding van -5 V hebt, 240 kOm, als je een voeding van -12 V hebt (20 kOhm per volt).
Ik heb het gevoel dat jij je Vout helemaal niet hebt aangesloten of een weerstand tussen de Vout en de GND hebt. Dit is een nadeel van de LM35. Je hebt een voeding nodig met +Vs, GND en -Vs.

Om deze reden heb ik zelf liever een LM 335. Die werkt net zo, maar dan in graden Kelvin. Die heeft alleen maar een positieve spanning nodig en levert bij 0 graden een spanning van 2,73 volt. Iedere graad is ook hier 0,01 volt. Die 2,73 kun je zelf dan wel even aftrekken van de gemeten temperatuur.


Wel erg leuk dat je een test hebt gedaan met zo'n peltier en dat je ijs kunt krijgen. Ik ben inderdaad overtuigd dat dit de weg is om te gaan. Ik heb zelf nog wel een dikke CPU koeler, een standaard koeler voor een Core i7 processor, welke ik vervangen heb door een Zalman koeler. De originele Intel koeler ligt er nog. Die peltiers zijn niet heel duur en ik denk dat ik vier kleintjes neem met een vierkant glazen bakje er in. Aan de onderkant moet hij open blijven om te kunnen roeren met een magneetroerder (ik heb een teflon-gecoate roervlo en kan makkelijk een roerdertje maken met een ventilator, waarop ik een zeer krachtige NdBFe magneet plak). Dat soort spul heb ik genoeg liggen.

Ik heb de vraag gedropt bij de eigenaren van de TeCooler webshop. Ik ben benieuwd wat zij antwoorden.
The art of wondering makes life worth living...
Want to wonder? http://www.oelen.net/science

User avatar
Z4x
Germanium
Posts: 1601
Joined: 03 Aug 2009, 15:29
Chemistry interests: Overall
Location: Grunn

Re: Nieuw projectje: synthese van exotische stoffen uit gewo

Post by Z4x » 24 Jun 2010, 22:49

woelen wrote: Wel erg leuk dat je een test hebt gedaan met zo'n peltier en dat je ijs kunt krijgen. Ik ben inderdaad overtuigd dat dit de weg is om te gaan. Ik heb zelf nog wel een dikke CPU koeler, een standaard koeler voor een Core i7 processor, welke ik vervangen heb door een Zalman koeler. De originele Intel koeler ligt er nog. Die peltiers zijn niet heel duur en ik denk dat ik vier kleintjes neem met een vierkant glazen bakje er in. Aan de onderkant moet hij open blijven om te kunnen roeren met een magneetroerder (ik heb een teflon-gecoate roervlo en kan makkelijk een roerdertje maken met een ventilator, waarop ik een zeer krachtige NdBFe magneet plak). Dat soort spul heb ik genoeg liggen.
Ah, dus aan alle kanten een peltier-element? Dat is niet niks, maar je hebt maar 1 koeler? Ik ben in ieder geval erg benieuwd. :)
woelen wrote: Je moet de LM35 als volgt aansluiten op een symmetrische voeding met bijv. +5V, -5V en een GND:

+Vs zet je aan de plus pool (mag van alles zijn tussen, bijv. 5 volt of 12 volt)
- GND zet je aan de 0 V (de GND)
- Tussen Vout en de min-voeding (dus niet de GND, maar een negatieve spanning) zet je een weerstand van 100 kOhm als je een voeding van -5 V hebt, 240 kOm, als je een voeding van -12 V hebt (20 kOhm per volt).
Ik heb het gevoel dat jij je Vout helemaal niet hebt aangesloten of een weerstand tussen de Vout en de GND hebt. Dit is een nadeel van de LM35. Je hebt een voeding nodig met +Vs, GND en -Vs.
Ik had een 100k naar GND wat niet echt effect had. :P Ik mat de output in serie met de multimeter. Negatieve spanning... daar zeg je me wat, die heb ik niet.
woelen wrote: Om deze reden heb ik zelf liever een LM 335. Die werkt net zo, maar dan in graden Kelvin. Die heeft alleen maar een positieve spanning nodig en levert bij 0 graden een spanning van 2,73 volt. Iedere graad is ook hier 0,01 volt. Die 2,73 kun je zelf dan wel even aftrekken van de gemeten temperatuur.
Bedank voor de tip, ik zal er naar kijken, hij is nog goedkoper ook. Ik wil toch nog wel een keer weten hoe koud dat ding nou echt werd.
De kunst is om te blijven oefenen, oefenen en oefenen...

User avatar
Z4x
Germanium
Posts: 1601
Joined: 03 Aug 2009, 15:29
Chemistry interests: Overall
Location: Grunn

Re: Nieuw projectje: synthese van exotische stoffen uit gewo

Post by Z4x » 25 Jun 2010, 21:43

Als je de -35 haalt, kan je ook chloor vloeistof maken (ik weet niet wat je er mee moet, maar ja). http://www.amazingrust.com/Experiments/ ... d_Cl2.html.
De kunst is om te blijven oefenen, oefenen en oefenen...

Post Reply

Who is online

Users browsing this forum: No registered users and 7 guests