Даследаванне рэакцыі паміж сульфідам срэбра і цыянідам натрыю

1. Увядзенне

Рэакцыя паміж Сульфід срэбра (\(Ag_2S \)) і Цыянід натрыю (\(NaCN \)) мае значнае значэнне ў розных галінах, асабліва ў здабычы срэбра з руд. Разуменне гэтай рэакцыі мае вырашальнае значэнне для аптымізацыі прамысловых працэсаў і для больш глыбокага разумення хімічнай раўнавагі і кінетыкі ў складаных сістэмах.

2. Прынцыпы рэакцыі

2.1 Хімічнае ўраўненне

Рэакцыя паміж сульфідам срэбра і Цыянід натрыю можа быць прадстаўлена

b наступнае хімічнае ўраўненне ў прысутнасці паветра:\(2Ag_2S + 8NaCN + O_2 + 2H_2O = 4Na[Ag(CN)_2] + 4NaOH + 2S\)

У гэтай рэакцыі сульфід срэбра рэагуе з цыяністы натрый. Срэбра ў сульфідзе срэбра ўтварае складаны іён срэбра cyanide комплексны іён \([Ag(CN)_2]^{-} \), у той час як сера ў сульфідзе срэбра акісляецца да элементарнай серы. Кісларод паветра ўдзельнічае ў рэакцыі, дзейнічаючы як акісляльнік.

2.2 Утварэнне комплексных іёнаў

Срэбра мае моцную тэндэнцыю да адукацыі комплексных іёнаў з іёнамі цыяніду. Утварэнне \([Ag(CN)_2]^{-} \) абумоўлена высокай стабільнасцю гэтага складанага іона. Канстанта раўнавагі для адукацыі \([Ag(CN)_2]^{-} \) адносна вялікая, што азначае, што рэакцыя іёнаў срэбра з іёнамі цыяніду з адукацыяй гэтага комплексу вельмі спрыяльная. Комплексны іён \([Ag(CN)_2]^{-}\) лепш раствараецца ў вадзе ў параўнанні з сульфідам срэбра, які не раствараецца. Гэтая розніца ў растваральнасці з'яўляецца ключавым фактарам у агульным працэсе рэакцыі.

2.3 Акісленне серы

Сера ў сульфідзе срэбра знаходзіцца ў ступені акіслення -2. Падчас рэакцыі з цыянідам натрыю ў прысутнасці паветра адбываецца акісленне серы. Кісларод з паветра забяспечвае акісляльную здольнасць. Акісленне серы ад -2 да 0 (элементарная сера) з'яўляецца важнай часткай механізму рэакцыі. Шлях рэакцыі акіслення серы ўключае шэраг этапаў перадачы электрона, якія цесна звязаны з агульнай хуткасцю рэакцыі і адукацыяй прадуктаў.

3. Умовы рэакцыі

3.1 Тэрмадынамічныя меркаванні

Тэрмадынамічна прамая рэакцыя сульфіду срэбра з цыянідам натрыю без прысутнасці акісляльніка, напрыклад паветра, мае станоўчае змяненне свабоднай энергіі Гібса (\(\Delta G>0\)). Гэта сведчыць аб тым, што ў стандартных умовах рэакцыя не з'яўляецца спантаннай. Канстанта раўнавагі (\(K\)) для рэакцыі \(Ag_2S + 4NaCN\rightleftharpoons 2Na[Ag(CN)_2]+Na_2S\) адносна малая. Аднак пры ўвядзенні кіслароду агульная рэакцыя становіцца спантаннай. Акісленне серы кіслародам забяспечвае рухаючую сілу для пераадолення неспантаннасці пачатковай рэакцыі паміж сульфідам срэбра і цыянідам натрыю.

3.2. Патрабаванні да канцэнтрацыі

Каб рэакцыя працякала эфектыўна, неабходная дастатковая канцэнтрацыя цыяніду натрыю. Паколькі сульфід срэбра не раствараецца ў вадзе, неабходная высокая канцэнтрацыя іёнаў цыяніду для комплексу з іёнамі срэбра, якія павольна вызваляюцца з сульфіду срэбра. Разлікі паказалі, што для растварэння \(0.1моль\) \(Ag_2S\) у \(1л\) раствора \(NaCN\) мінімальная неабходная канцэнтрацыя \(NaCN\) складае прыблізна \(12.97моль/л\). Такое патрабаванне да высокай канцэнтрацыі абумоўлена нізкай растваральнасцю сульфіду срэбра і неабходнасцю зрушыць раўнавагу рэакцыі ўтварэння комплексу ў бок адукацыі іёна комплексу срэбра - цыянід.

3.3 Тэмпература і ціск

Хоць рэакцыя паміж сульфідам срэбра і цыянідам натрыю можа адбывацца пры пакаёвай тэмпературы, павышэнне тэмпературы можа ў цэлым паскорыць хуткасць рэакцыі. Больш высокія тэмпературы павялічваюць кінэтычную энергію малекул рэагентаў, што прыводзіць да больш частых і энергічных сутыкненняў. Аднак вельмі высокія тэмпературы таксама могуць выклікаць пабочныя рэакцыі, такія як раскладанне цыянідных злучэнняў. Ціск не аказвае істотнага прамога ўплыву на гэту рэакцыю ў нармальных умовах, паколькі гэта рэакцыя ў водным растворы, а не газафазная рэакцыя, дзе змены ціску будуць мець больш выяўлены эфект.

4. Кінетыка рэакцыі

4.1 Вызначэнне хуткасці рэакцыі

Хуткасць рэакцыі сульфіду срэбра з цыянідам натрыю можна вызначыць эксперыментальнымі метадамі. Вымяраючы змяненне канцэнтрацыі рэагентаў (такіх як сульфід срэбра або цыянід натрыю) або прадуктаў (такіх як комплексны іён срэбра - цыянід або сера) з цягам часу, можна вылічыць хуткасць рэакцыі. Напрыклад, у эксперыменце перыядычнага рэактара, пробы можна браць праз рэгулярныя прамежкі часу, і канцэнтрацыю іёна комплексу срэбра - цыянід у растворы можна вымераць з дапамогай аналітычных метадаў, такіх як спектрафатаметрыя або іонаселектыўныя электроды. Хуткасць адукацыі комплекснага іёна срэбра - цыянід затым выкарыстоўваецца для разліку агульнай хуткасці рэакцыі.

4.2 Стаўка - вызначэнне крокаў

Механізм рэакцыі цыяніравання сульфіду срэбра складаны і ўключае некалькі этапаў. Этап, які вызначае хуткасць, верагодна, самы павольны крок у паслядоўнасці рэакцыі. Адным з ключавых этапаў з'яўляецца растварэнне сульфіду срэбра, якое ўключае вызваленне іёнаў срэбра і іёнаў серы. Утварэнне комплексу іёнаў срэбра з іёнамі цыяніду адбываецца адносна хутка ў параўнанні з растварэньнем сульфіду срэбра. Акісленне серы кіслародам таксама гуляе важную ролю ў агульнай хуткасці рэакцыі. Калі паступленне кіслароду абмежавана, гэта можа стаць фактарам, які вызначае хуткасць. Акрамя таго, дыфузія малекул рэагентаў (напрыклад, іёнаў цыяніду і кіслароду) да паверхні часціц сульфіду срэбра таксама можа паўплываць на хуткасць рэакцыі, асабліва ў тых выпадках, калі памер часціц сульфіду срэбра вялікі.

4.3. Матэматычнае мадэляванне

Для апісання кінетыкі рэакцыі цыяніравання сульфіду срэбра распрацаваны матэматычныя мадэлі. Адной з часта выкарыстоўваных мадэляў з'яўляецца мадэль скарачэння - ядро. Гэтая мадэль мяркуе, што рэакцыя адбываецца на паверхні цвёрдай часціцы сульфіду срэбра, і па меры праходжання рэакцыі ядро ​​сульфіду срэбра, які не прарэагаваў, скарачаецца. Мадэль улічвае такія фактары, як дыфузія рэагентаў праз пласт прадукту (сера і іншыя прадукты рэакцыі, якія могуць утварыцца на паверхні часціцы сульфіду срэбра), хуткасць хімічнай рэакцыі на паверхні і раўнавагу комплексообразования ў фазе раствора. З дапамогай гэтай мадэлі можна рабіць прагнозы адносна хуткасці рэакцыі ў розных умовах, такіх як розныя канцэнтрацыі цыяніду натрыю і кіслароду, памер часціц сульфіду срэбра і тэмпература. Было выяўлена, што вынікі эксперыментаў у цэлым добра адпавядаюць прагнозам такіх матэматычных мадэляў.

5. прыкладанняў

5.1 Здабыча срэбра з руд

Рэакцыя паміж сульфідам срэбра і цыянідам натрыю шырока выкарыстоўваецца ў горназдабыўной прамысловасці для здабычы срэбра з сульфідных руд. У звычайным працэсе цыяніравання здробненая руда, якая змяшчае срэбра, апрацоўваецца разведзеным растворам цыяніду натрыю. Сульфід срэбра ў рудзе рэагуе з цыянідам натрыю з адукацыяй растваральнага комплексу срэбра - цыянід. Пасля рэакцыі раствор, які змяшчае комплекс срэбра - цыянід, аддзяляецца ад цвёрдага астатку. Затым срэбра можна атрымаць з раствора рознымі метадамі, такімі як аднаўленне прыдатным аднаўляльнікам (напрыклад, цынкавым пылам). Гэты працэс з'яўляецца вельмі эфектыўным і з'яўляецца адным з найбольш часта выкарыстоўваюцца метадаў для вялікіх маштабаў Здабыча срэбра.

5.2 Экалагічныя меркаванні

Аднак выкарыстанне цыяніду натрыю ў працэсе здабычы срэбра выклікае праблемы з навакольным асяроддзем. Цыянід з'яўляецца вельмі таксічным рэчывам, і любая ўцечка або няправільная ўтылізацыя раствораў, якія змяшчаюць цыянід, можа мець сур'ёзныя наступствы для навакольнага асяроддзя. Такім чынам, дзейнічаюць строгія экалагічныя нормы для забеспячэння бяспечнага абыходжання і ўтылізацыі цыяніду ў горназдабыўной прамысловасці. Многія горназдабыўныя кампаніі таксама распрацоўваюць альтэрнатыўныя метады скарачэння выкарыстання цыяніду або больш эфектыўнай апрацоўкі адходаў, якія змяшчаюць цыянід. Нягледзячы на ​​​​гэтыя праблемы, рэакцыя паміж сульфідам срэбра і цыянідам натрыю застаецца важным працэсам у здабычы срэбра з-за высокай эфектыўнасці здабычы срэбра.

6. выснову

Рэакцыя паміж сульфідам срэбра і цыянідам натрыю - гэта складаны хімічны працэс, які знаходзіць прымяненне ў здабычы срэбра. Разуменне прынцыпаў рэакцыі, умоў, кінетыкі і прымянення вельмі важна для аптымізацыі прамысловых працэсаў і для вырашэння экалагічных праблем, звязаных з выкарыстаннем цыяніду. Далейшыя даследаванні ў гэтай галіне могуць быць сканцэнтраваны на распрацоўцы больш эфектыўных умоў рэакцыі, паляпшэнні селектыўнасці рэакцыі і пошуку альтэрнатыўных метадаў замены або скарачэння выкарыстання цыяніду ў экстракцыі срэбра.