Характеристика перевозимых грузов

1. Химический состав и характеристика перевозимых грузов
1. Лития боргидрид

Новая форма гидридов, исследовательская  группа Европейского синхротрона European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) открыла новую форму гидридов, которые могут использоваться для хранения водорода. В отличие от обычного борогидрида лития, новое соединение не требуется нагревать до очень высоких температур для выделения водорода.

Боргидрид лития разлагается с выделением водорода

 

 

 

 

Рисунок 1.Кристаллическая структура LiBH4

Боргидрид лития содержит 18,5% водорода, что делает его весьма многообещающим материалом для хранения водорода. К сожалению, применение этого материала ограничивается его крайне высокой стабильностью (боргидрид лития разлагается с выделением водорода при температурах, более высоких, чем 300 градусов Цельсия).

 

Применив к образцам боргидрида лития давление около 200000 атмосфер, исследователи из ESRF получили новую нестабильную форму гидрида, потенциально способную выделять водород при невысоких температурах. Открытие оказалось вдвойне приятным, так как теория не предсказывала такого изменения свойств гидрида вследствие повышения давления.

Комбинация экспериментальных  и теоретических методов исследования позволяет предположить, что новая  форма LiBH4 может высвобождать водород  даже при комнатной температуре. Филинчук поясняет, что дополнительная привлекательность новой формы обуславливается тем, что она начинает образовываться уже около 10000 атм., а при этом давлении многие фармацевтические компании осуществляют формование таблеток.

Исследователи полагают, что их следующий  шаг будет заключаться в попытке  «заморозить» новую форму LiBH4 при  обычных условиях и проверить, будет  ли она представлять лучший источник водорода, чем обычная, несжатая форма  боргидрида лития.

Литиевый борогидрид  — литиевый борогидрид (LiBH4) является tetrahydroborate и известный в органическом синтезе как уменьшающий агент для esters. Хотя менее общий чем связанный борогидрид натрия, литиевая соль предлагает некоторые преимущества того, чтобы быть очень разрешимым в эфирах и быть более сильным уменьшающим агентом, но все еще более безопасный обращаться чем литиевый алюминиевый гидрид.

Литиевый борогидрид может быть подготовлен metathesis реакцией, которая происходит после размалывания шара более обычно доступный борогидрид натрия, и литиевый бромид:

NaBH4 + LiBr → NaBr + LiBH4

Реакции LiBH4 — литиевый борогидрид

Литиевый борогидрид реагирует в значительной степени как борогидрид натрия, в котором это — агент сокращения передачи в дар гидрида в органическом синтезе. Это — однако более сильный уменьшающий агент. В отличие от соли натрия, литиевый борогидрид уменьшает esters и амиды к соответствующему alcohols и амины.

Schematics литиевой рециркуляции борогидрида. Входы — литиевый борат и водород.

Литиевый борогидрид известен как одна из самой высокой плотности энергии химические авиакомпании энергии. Хотя теперь никакого практического значения, тело освободит 65 высоких температур MJ/kg после обработки с атмосферным кислородом. Так как у этого есть плотность 0.67 g/cm3, окисление жидкого литиевого борогидрида дает 43 MJ/L.

В сравнении бензин дает 44 MJ/kg (или 35 MJ/L), в то время как жидкий водород дает 120 MJ/kg (или 8.0 MJ/L). [nb 1] высокая определенная плотность энергии литиевого борогидрида сделала привлекательным кандидатом, чтобы предложить для топлива автомобиля и ракеты, но несмотря на исследование и защиту, это не использовалось широко. Как со всем химическим гидридом базировал авиакомпании энергии, литиевый борогидрид очень сложен, чтобы переработать (то есть перезарядить) и поэтому страдает от низкой конверсионной эффективности энергии. В то время как батареи, такие как литиевый ион несут плотность энергии до 0.72 MJ/kg и 2.0 MJ/L, их DC к конверсионной эффективности DC может быть столь же высоким как 90 %.

Ввиду сложности рециркуляции механизмов для металлических гидридов такие  высокие конверсионные полезные действия энергии вне практической досягаемости.

4LiH + B(OCH3)3 = LiBH4 + 3LiOCH3 реакция уравнена  без электронного баланса.

Сравнение Физических Свойств Вещество LiBH4 — литиевый борогидридОпределенная энергияSpecific energy MJ/kgMJ/kg     ПлотностьDensity g/cm3g/cm3     Плотность энергииEnergy density MJ/LMJ/L

LiBH4     65.2     0.666     43.4

Регулярный Бензин     44     0.72     34.8

Жидкий водородLiquid Hydrogen     120     0.0708     8

литиевая батарея ионаlithium ion battery     0.72     2.8     2

 

Боргидрид, бороводороды (также Бораны) — химические соединения бора с водородом. Отличаются высокой химической активностью и чрезвычайно большой теплотой сгорания. Представляют интерес как ракетное топливо. В органическом синтезе находит применение реакция присоединения борана и некоторых алкилборанов к двойной связи алкенов с вовлечением полученных соединений в дальнейшие превращения.

Бороводороды — недостаточно устойчивыми термодинамически соединениями бора и водорода, и в этой связи, главными методами их производства являются косвенные методы.

На сегодняшний день одним из основных способов получения бороводородов является т.наз «магниевый метод» или «Способ Стока», то есть получение борида магния и последующее разложение последнего соляной кислотой. Полученные бораны(бороводороды) подвергают вакуумной разгонке, очистке и накапливают разделенные отдельные бороводороды в соответствующих условиях для сохранения и дальнейшего использования.

Другим важным промышленным способом получения бороводородов является способ предложенный впервые Шлезингером и Бургом. Способ заключается в реакции треххлористого бора с с водородом в Вольтовой дуге высокого напряжения. Полученный в нем гидрохлороборан подвергают диспропорционированию при охлаждении до комнатной температуры, и разделению диборана и треххлористого бора. Выход диборана приближается к 55 % вес. В дальнейшем Шлезингер и Браун предложили новый способ эффективного получения бороводородов путем реакции обмена между боргидридом натрия и трехфтористым бором.

Все высшие «бораны» получают исключительно путем термического крекинга диборана.

Бороорганические соединения в качестве ракетного топлива и Пентаборан

Наиболее удобен для синтеза и применения Пентаборан—9. Остальные бороводороды интенсивно изучаются и их применение в настоящее время ограничено. Видами топлива, производными от бора, являются пропилпентаборан (US: BEF-2) и этилпентаборан (US: BEF-3).

Диборан, декаборан и их производные также исследовались на предмет перспективности использования.

Бороводороды — ядовитые вещества, имеющими помимо общетоксической составляющей, так же особое, но довольно сильно выраженное нервнопаралитическое воздействие на человека и животных. Как огнеопасные вещества, бороводороды представляют собой в основном вещества с наивысшей категорией огнеопасности и способны к самовоспламенению не только на воздухе но и и при контактах с водой и рядом галогенопроизводных углеводородов. При горении их на воздухе развиваются высокие температуры.

2. Магний - порошок или магния сплавы – порошок

Ма́гний — элемент главной подгруппы второй группы, третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 12. Обозначается символом Mg (лат. Magnesium). Простое вещество магний (CAS-номер: 7439-95-4) — лёгкий, ковкий металл серебристо-белого цвета. Средне распространён в природе. При горении выделяется большое количество света и тепла.

Магний — один из десяти наиболее распространенных элементов земной коры. В ней содержится 2,35% магния по массе. Из-за высокой химической активности в свободном виде магний не встречается, а входит в состав множества минералов — силикатов, алюмосиликатов, карбонатов, хлоридов, сульфатов и др. Так, магний содержат широко распространенные силикаты оливин (см. ОЛИВИН) (Mg,Fe)2[SiO4] и серпентин (см. СЕРПЕНТИН) Mg6(OH)8[Si4O10]. Важное практическое значение имеют такие магнийсодержащие минералы, как асбест (см. АСБЕСТ (минерал)), магнезит (см. МАГНЕЗИТ), доломит (см. ДОЛОМИТ) MgCO3•CaCO3, бишофит (см. БИШОФИТ) MgCl2•6H2O, карналлит (см. КАРНАЛЛИТ) KCl•MgCl2•6H2O, эпсомит (см. ЭПСОМИТ) MgSO4•7H2O, каинит (см. КАИНИТ) KCl•MgSO4•3H2O, астраханит Na2SO4•MgSO4•4H2O и др. Магний содержится в морской воде (4% Mg в сухом остатке), в природных рассолах, во многих подземных водах.

Обычный промышленный метод получения  металлического магния — это электролиз расплава смеси безводных хлоридов магния MgCl2, натрия NaCl и калия KCl. В этом расплаве электрохимическому восстановлению подвергается хлорид магния:

MgCl2 (электролиз) = Mg + Cl2.

Расплавленный металл периодически отбирают из электролизной ванны, а в нее  добавляют новые порции магнийсодержащего  сырья. Так как полученный таким  способом магний содержит сравнительно много — около 0,1% примесей, при  необходимости «сырой» магний подвергают дополнительной очистке. С этой целью  используют электролитическое рафинирование, переплавку в вакууме с использованием специальных добавок — флюсов, которые «отнимают» примеси от магния, или перегонку (сублимацию) металла в вакууме. Чистота рафинированного магния достигает 99,999% и выше.

Разработан и другой способ получения  магния — термический. В этом случае для восстановления оксида магния при  высокой температуре используют кокс:

MgO + C = Mg + CO

или кремний. Применение кремния позволяет  получать магний из такого сырья, как  доломит CaCO3•MgCO3, не проводя предварительного разделения магния и кальция. С участием доломита протекают реакции:

CaCO3•MgCO3 = CaO + MgO + 2CO2,

2MgO + 2CaO + Si = Ca2SiO4 + 2Mg.

Преимущество термического способа  состоит в том, что он позволяет  получать магний более высокой чистоты. Для получения магния используют не только минеральное сырье, но и  морскую воду.

Металлический магний обладает гексагональной кристаллической решеткой. Температура  плавления 650°C, температура кипения 1105°C, плотность 1,74 г/см3 (магний — очень  легкий металл, легче только кальций  и щелочные металлы (см. ЩЕЛОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ)). Стандартный электродный потенциал  магния Mg/Mg2+ –2,37В. В ряду стандартных потенциалов он расположен за натрием перед алюминием.

Поверхность магния покрыта плотной  пленкой оксида MgO, при обычных условиях надежно защищающей металл от дальнейшего разрушения. Только при нагревании металла до температуры выше примерно 600°C он загорается на воздухе. Горит магний с испусканием яркого света, по спектральному составу близкого к солнечному. Поэтому раньше фотографы при недостаточной освещенности проводили съемку в свете горящей ленты магния. При горении магния на воздухе образуется рыхлый белый порошок оксида магния MgO:

2Mg + O2 = 2MgO.

Одновременно с оксидом образуется и нитрид магния Mg3N2:

3Mg + N2 = Mg3N2.

C холодной водой магний не  реагирует (или, точнее, реагирует,  но крайне медленно), а с горячей  водой он вступает во взаимодействие, причем образуется рыхлый белый  осадок гидроксида магния Mg(OH)2:

Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2.

Если ленту магния поджечь и  опустить в стакан с водой, то горение  металла продолжается. При этом выделяющийся при взаимодействии магния с водой  водород немедленно загорается на воздухе. Горение магния продолжается и в  атмосфере углекислого газа:

2Mg + CO2 = 2MgO + C.

Способность магния гореть как в  воде, так и в атмосфере углекислого  газа существенно усложняет тушение  пожаров, при которых горят конструкции  из магния или его сплавов. (см. МАГНИЯ ОКСИД)

Оксид магния (см. МАГНИЯ ОКСИД) MgO представляет собой белый рыхлый порошок, не реагирующий с водой. Раньше его называли жженой магнезией или просто магнезией. Этот оксид обладает основными свойствами, он реагирует с различными кислотами, например:

MgO + 2HNO3 = Mg(NO3)2 + H2O.

Отвечающее этому оксиду основание  Mg(OH)2 — средней силы, но в воде практически нерастворимо. Его можно получить, например, добавляя щелочь к раствору какой-либо соли магния:

2NaOH + MgSO4 = Mg(OH)2 + Na2SO4.

Так как оксид магния MgO при взаимодействии с водой щелочей не образует, а основание магния Mg(OH)2 щелочными свойствами не обладает, магний, в отличие от своих «согруппников» — кальция, стронция и бария, не относится к числу щелочноземельных металлов.

Металлический магний при комнатной  температуре реагирует с галогенами, например, с бромом:

Mg + Br2 = MgBr2.

При нагревании магний вступает во взаимодействие с серой, давая сульфид магния:

Mg + S = MgS.

Если в инертной атмосфере прокаливать  смесь магния и кокса, то образуется карбид магния состава Mg2C3 (следует  отметить, что ближайший сосед  магния по группе — кальций —  в аналогичных условиях образует карбид состава СаС2). При разложении карбида магния водой образуется гомолог ацетилена — пропин С3Н4:

Mg2C3 + 4Н2О = 2Mg(OH)2 + С3Н4.

Поэтому Mg2C3 можно назвать пропиленидом магния.

В поведении магния есть черты сходства с поведением щелочного металла  лития (см. ЛИТИЙ) (пример диагонального  сходства элементов в таблице  Менделеева). Так, магний, как и литий, реагирует с азотом (реакция магния с азотом протекает при нагревании), в результате образуется нитрид магния:

3Mg + N2= Mg3N2.

Как и нитрид лития, нитрид магния легко разлагается водой:

Mg3N2 + 6Н2О = 3Mg(ОН)2 + 2NН3.

Сходство с литием проявляется  у магния и в том, что его  карбонат MgCO3 и фосфат Mg3(PO4)2 в воде плохо растворимы, как и соответствующие  соли лития.

С кальцием магний сближает то, что  присутствие в воде растворимых  гидрокарбонатов этих элементов  обусловливает жесткость воды (см. ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ). Как и в случае гидрокарбоната кальция (см. ст. Кальций (см. КАЛЬЦИЙ)), жесткость, вызванная  гидрокарбонатом магния Mg(HCO3)2, — временная. При кипячении гидрокарбонат магния Mg(HCO3)2 разлагается и в осадок выпадает его основной карбонат — гидроксокарбонат магния (MgOH)2CO3:

2Mg(HCO3)2 = (MgOH)2CO3 + 3CO2 + Н2О.

Практическое применение до сих  пор имеет перхлорат магния Mg(ClO4)2, энергично взаимодействующий с парами воды, хорошо осушающий воздух или другой газ, проходящий через его слой. При этом образуется прочный кристаллогидрат Mg(ClO4)2•6Н2О. Это вещество можно вновь обезводить, нагревая в вакууме при температуре около 300°C. За свойства осушителя перхлорат магния получил название «ангидрон».

Большое значение в органической химии  имеют магнийорганические соединения (см. МАГНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ), содержащие связь Mg—C. Особенно важную роль среди них играет так называемый реактив Гриньяра — соединения магния общей формулы RMgHal, где R — органический радикал, а Hal = Cl, Br или I. Эти соединения образуются в эфирных растворах при взаимодействии магния и соответствующего органического галоида RHal и используются для самых разнообразных синтезов.