碱性溶剂
亲质子溶剂
碱性溶剂(basic solvent)又称亲质子溶剂(protophilicsolvent)。这类溶剂与水比较,其接受质子的倾向比水大,它们溶剂化质子比H3O+的酸性弱。乙二胺、液态氨等属于碱性溶剂。
溶剂简介
如液氨,它的离子积常数非常小mNH4+·mNH2- =10-33。液氨在很多方面类似于水。在液氨中的许多反应都类似于水中的相应反应,如
自电离 2H2O←→H3O+ +OH-
2NH3←→NH4+ +NH2-
中和反应 在水中,KOH +H3OI(H2O +HI)—→2H2O +KI
在液氨中,KNH2 +NH4I—→KI +2NH3
两性反应 在水中,Zn2+ +2OH- —→Zn(OH)2↓ —→Zn(OH)42-(碱过量)
在液氨中,Zn2+ +2NH2- —→Zn(NH2)2↓—→Zn(NH2)42-(NH2-过量)
然而由于氨的碱性比水大,某些物质在氨中的酸碱行为也明显地不同于水。例如,在水中为弱酸的某些物质,在液氨中变成了强酸
CH3CO2H +NH3 ←→NH4+ +CH3CO2-
某些在水中根本不显酸性的分子,也可以在NH3中表现为弱酸。
H2NC(NH2)═O +NH3 ←→NH4+ +O═(H2N)CNH-
大部分在水中被认为是碱的物种,在中或者不溶解,或者表现为弱碱,只有极强的碱才能表现为强碱。
H- +NH3 ←→NH2-+H2↑
溶剂种类
使用的碱性溶剂有苛性钠(NaOH)、硫化钠(Na2S)和氰化钠(NaCN)等。
1. 苛性钠
NaOH可以直接浸出PbS和ZnS,生成锌酸盐和铅酸盐:
PbS +4NaOH—→Na2PbO2 +Na2S +4H2O
ZnS +4NaOH—→Na2ZnO2 +Na2S +2H2O
试验还证实:用苛性钠溶液在400℃压煮复杂的黄铁矿,FeS便转变为Fe(OH)2,而铜镍硫化物却不起作用:
FeS +2NaOH—→Fe(OH)2 +Na2S
在过程中还可生产Na2S这个副产品。浸出残渣用浮选法选出铜镍硫化精矿。
2.硫化钠
溶液中的Na2S可以与固体的HgS、Sb2S3、As2S3、SnS2作用,生成二系列稳定的金属硫离子络合物
HgS +S2-—→HgS22-; K =1.72×10-55
Sb2S3 +S2- —→2 SbS2-; K =7.95×10-44
As2S3 +S2- —→2AsS2-; K=1.0×10-38
SnS2 +S2- —→SnS32-
HgS的溶变积Ksp =1.6×10-54,HgS22-的离解常数K =1.72×10-55。将K值除以Ksp值就可以求得溶液中HgS22-与S2-之间的平衡:
[S2-]/[HgS22-] =K/Ksp =0.107
也就是说,为了使HgS22-能稳定在溶液中,必须按上列比例保持有足够的有效的[S2-]。这通常是靠加入苛性钠作保护碱、同时也作为[S2-]的调整来达到目的:
Na2S +H2O —→NaHS +NaOH
HS- +OH- —→S2- +H2O
log[S2-] =-14 +pH +log[HS-]
Na2S可认为完全是按上式水解的,而HS-按下式的离解则处于平衡状态。即[S2-]取于决于pH(即苛性钠浓度)和[HS-]浓度(即Na2S的浓度)。
3.氰化钠
新近在文献中报导有用氰化钠溶液直接浸出硫化铜矿的新方法,它是基于铜与氰离子形成一种比硫化物更稳定的铜氰络合物:
Cu2S +6CN- —→2Cu(CN)32- +S2-
Cu2S的溶度积Ksp =2.5×10-50,2Cu(CN)32-的K =5.4×10-29。
同样地氰化法也可直接浸出低品位氧化铜:
Cu2O +6CN- +H2O—→2Cu(CN)32- +2OH-
随后用硫酸酸化浸出液,析出CuCN,再生的HCN可返回使用。
另外也可以使用硫酸浸出氧化铜矿,向浸出液中通SO2气体使Cu2+还原成Cu+,然后再通HCN气体以沉出CuCN:
Cu+ +HCN—→CuCN↓ +H+
上述两途径所获得的CuCN是一种容易过滤的白色沉淀。在400℃通氢气就可以将CuCN还原成为金属铜,并再生HCN返回使用:
2 CuCN +H2—→2Cu +2HCN
溶剂系统
能供实用的碱性溶剂系统多为较低级醇类与氨水配合成的溶剂系统,有时亦可用低级酮类如丙酮,丁酮等代替醇类,或以乙胺的水溶液代替氨水。例如文献曾记载的碱性溶剂系统主要的有:
(1)乙醇:氨水(95:5)
(2)乙醇:氨水:水(90:5:5)
(3)乙醇(95%):氨水:水(80:10:10)
(4)丙酮:氨水:水(80:5:15)
(5)乙醇:氨水:水(80:4:16)
(6)乙醇:乙胺的水溶液(16%)(80:20)
(7)正丙醇乙氨水(80:20)
(8)正丙醇:氨水(70:30)
(9)正丙醇:氨水(60:40)
(10)丁酮:水:乙胺(100%)(921:77:2)
以上所用的氨水均指浓氨水,比重为0.88而言。
碱性溶剂系统一般较少应用,因为它有些缺点:(1)对于一般结构相似的生物碱不易得到很好地分离。例如De Moer-loose报告一些金鸡纳生物碱在碱性水溶液中的RF值;(2)某些生物碱在碱性情况下可以异构化, 部分转为其异构体,因而一个生物碱可能产生二个以上色点。如小蘖碱(berberine)、苦参碱(matrine)等。我们在进行羽豆生物碱的纸层离时,曾用丁醇:NH4OH(20%):水(20:5:10)用其丁醇层为溶剂系统。
参考资料
最新修订时间:2023-05-13 12:46
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