Tungsteno metallico (polvere sottile) - sintesi

[Max Fritz]

Premetto la mia indecisione sul fatto che questa discussione vada postata in "elementi" o in "sintesi"... ma ho ritenuto migliore la seconda scelta. Ho eseguito un classico metodo di preparazione del tungsteno che dovrebbe dare (e penso dia) un prodotto molto puro.

Reagenti:
-Anidride tungstica (tungsteno triossido, WO3)
-Magnesio polvere
-HCl conc. (anche quello per pulizie... basta che sia concentrato, non giallo; meglio se non è fumante)

Procedura:
Ho innanzitutto pesato 7g di WO3:
   
Questi sono stati miscelati con 6g o poco più di Mg in polvere, la mistura è stata posta in un crogiolo di acciaio appoggiato su treppiede e il tutto è stato scaldato all'aperto con fiamma al butano (non scaldare direttamente la miscela, scaldare solo il fondo del crogiolo).
E' necessario portare degli occhialini, non avere maniche troppo lunghe che possano prender fuoco, lavorare in uno spazio aperto e lontano da oggetti infiammabili e stare lontani il più possibile dal crogiolo e dalla fiamma. Dopo qualche minuto la miscela prende istantaneamente fuoco con un bagliore accecante bianco iniziale che si stabilizza in una sorta di luminescenza bianco intensa; questa dura quasi un minuto, poi la miscela si raffredda lentamente e si osserverà una crosta bianca superficiale che nasconde un nucleo rosso fuoco. Quando il tutto è raffreddato si esporta il contenuto dal crogiolo. Lo si versa delicatamente in 200ml di acido cloridrico concentrato, in piccole porzioni e in un recipiente molto grande agitando di continuo; il tutto va fatto all'aperto e lontano da scintille (si libera un'abbondante quantità di H2!!!).
Quando l'effervescenza è quasi del tutto terminata si cessa di mescolare e si lascia decantare. Viene colata la maggior parte del liquido (di colore grigiastro) e al ppt. vengono aggiunti altri 150ml di HCl.
La miscela è scaldata ad ebollizione per alcuni minuti, mescolando di continuo con una bacchetta in vetro.
Dunque si lascia raffreddare e depositare, si asporta di nuovo il liquido, si sciacqua con un altra porzione di HCl e poi con una di acqua distillata e si filtra su buchner. Sempre su buchner il prodotto è sciacquato con parecchia acqua distillata.
Si ottiene così una polvere nero scura, molto sottile e abbastanza pesante di W. Questa viene fatta asciugare all'aria o al sole (non scaldare!! La polvere prende fuoco con estrema facilità, ritrasformandosi in WO3!!!).
La resa è stata di 3,1g (84% della teorica) :
      

Osservazioni:
La sintesi è un classico ed è basata sullo stesso principio dell'alluminotermia; ecco l'equazione di reazione:

WO3 + 3Mg = 3MgO + W

La quantità stechiometrica di Mg, tuttavia, sarebbe nettamente inferiore a quella utilizzata (basterebbero, sempre in teoria, solo 1g o poco più di Mg!!!). D'altronde si formerebbero ossidi inferiori a causa dell'ossigeno atmosferico e della difficoltà di ridurre del tutto WO3; dunque si preferisce eccedere con Mg per assicurare una totale riduzione ed asportarne l'eccesso per salificazione con HCl (il quale scioglie, ricordo, anche MgO).
Infine vi faccio notare che sintesi simili eseguite con altri ossidi portano spesso ad una massa fusa, la quale è più difficile da purificare. Il tungsteno, però, ha un p.f. maggiore della temperatura di ebollizione dell'oro (per fare un paragone) dunque è inutile sperare di ottenerlo in massa, lo si ottiene solo come polvere. Chi avesse a disposizione alcuni tipi di fiamme poi... potrebbe provare a fonderlo... ma non è il mio caso

[al-ham-bic]

Ma che bella questa riduzione!
(Non ho il WO3 altrimenti avrei già provato... )
Bello anche il tungsteno piroforico! Ma neanche pensarci a fonderlo, c'arriva a malapena la fiamma ossiacetilenica (non certo un soffietto al butano!) ma anche con la fiamma buona prima di fondere ti soffierebbe via tutta la polvere... molto meglio lasciarla com'è
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Già che siamo in argomento, volevo provare a fare la magnesiotermia con il ZrO2, ma a sua volta lo Zr brucia come e meglio del magnesio... roba da Capodanno

[Max Fritz]

Tu hai ZrO2?? Acciderboli... direi che è ben più raro di WO3...
Comunque anch'io ho sentito delle proprietà pirotecniche dello zirconio in polvere... d'altro canto potrebbe andarti bene come nel mio caso: l'ossido di magnesio e l'eccesso stesso di magnesio proteggono il metallo dall'O2.

[al-ham-bic]

Proverò a far qualcosa, ma non mi aspetto granchè.
ZrO2 è anche lui una bestia, sai quei zucconi che tenti di farli reagire in qualche modo e loro sono inerti come un mattone?
Vediamo con la terapia d'urto al magnesio...

[Max Fritz]

Eh, mi immagino! Sotto molti aspetti Zr assomiglia a Ti... Che dici, eseguiamo le prove in parallelo?? Tento anch'io con TiO2 ed Mg ??

[al-ham-bic]

Vai che ti seguo...

[Max Fritz]

Beh... ho una certa inclinazione ad accettare le sfide.
Così poco fa ho miscelato 8g di TiO2 con 10g di Mg... Ho dato fuoco con nastro di magnesio e la reazione è proceduta come per WO3. Poi ho travasato il tutto in HCl.
Il crogiolo ovviamente era rimasto sporco (notare che ora era freddo, lo si poteva prendere con le mani) e ho deciso di aggiungere acqua. Già dai primi ml di H2O lo sporco del crogiolo ha iniziato a sfrigolare e produrre abbondanti gas dall'odore d'ammoniaca.
Sono rimasto un po' sconcertato... ma pensandoci con calma mi sono dato una spiegazione (l'unica che mi viene in mente) : l'azoto atmosferico ha reagito con il Ti caldo a formare nitruro di titanio, il quale si è idrolizzato in acqua a dare TiO2 e NH3... ma non mi suona molto ragionevole.
Che ne dite?

[al-ham-bic]

Sì, ho notato anch'io effetti del genere, anche molto evidenti.
Provo e mi documento meglio, poi ne riparliamo.

[Max Fritz]

Bene... allora aspetterò i risultati delle tue ricerche
Nel frattempo ho un altro quesito. Ho notato che il Ti che spero si sia formato è rimasto in polvere e non è colato in una massa unica. E' normale?? Di solito la reazione può raggiungere temperature vicine ai 3000°C (alluminotermica però) alle quali è normale che W non si sciolga, ma dovrebbe essere altrettanto normale che Ti si debba sciogliere!...

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Nel frattempo si è sciolto l'Mg e l'MgO. La soluzione è ora colorata in nero scuro. Ho dovuto aggiungere altro HCl conc. per compensare tutta l'ammoniaca prodotta... e confermo che si tratta di NH3, poichè avvicinando il collo della bottiglia di HCl si notava l'intensa nebbia di NH4Cl.

[al-ham-bic]

Allora... ho riprovato un'altra magnesiotermia (ved. post Zirconio e varie) e confermo che si genera ammoniaca, come già avevo notato in passato.
Chiedendo l'appoggio del buon vecchio Bruni (i non sono mai abbastanza!) anche lui dice che il Mg con azoto in difetto d'aria forma Mg3N2, che con acqua si idrolizza a idrossido e ammoniaca. Quindi il colpevole è il magnesio, come era più logico.
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Che il Ti non sia colato fuso non mi meraviglia: fonde a quasi 1700° ed è ben difficile che la massa raggiunga in piccolo questa temperatura! C'è anche soprattutto da dire che pure il Ti reagisce benissimo con l'azoto, formando il famoso TiN, che ovviamente sarà di tutto meno che bello giallo lucente e compatto come sulle punte da trapano...
Non per niente il Ti è incasinato da ottenere e costa quello che costa.