ПОЛУЧЕНИЕ ФОСФОРИСТОЙ МЕДИ
С ВЫСОКИМ ПРОЦЕНТОМ СОДЕРЖАНИЯ ФОСФОРА

Сарин Виктор Анатольевич

преподаватель химии,

доц. Московского технологического университета МИРЭА,

РФ, г. Москва

Козлова Дарья Игоревна

студент Московского технологического университета МИРЭА,

техник «Радиотехнический институт им. академика А.Л. Минца»,

РФ, г. Москва

E-mail: kozlova.daria2015@mail.ru

RECEIVING PHOSPHOROUS COPPER
WITH A HIGH PERCENTAGE OF THE PHOSPHORUS CONTENT

Viktor Sarin

professor of Chemistry,

Associate Professor of Moscow technological University MIREA,

Russia, Moscow

Daria Kozlova

student of Moscow technological University MIREA, Moscow

Technician of “Radio engineering Institute name of the academician A.L. Mintz”,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

Цель исследования – получить пластинку меди с высоким содержанием фосфора для дальнейшего исследования под рентгеновским излучением. Проведено исследование, как получить данную структуру меди. В результате, была получена фосфористая медь с содержанием фосфора 20,473 %.

ABSTRACT

The goal research is to obtain the copper plate with the high concentration of Phosphorus for the further research with X-radiation. There was a research, how to obtain this type of copper. As a result, the phosphorous copper with the content of phosphorus 20,473 % was obtained.

Ключевые слова: фосфористая медь; получение фосфористой меди; Cu₃P₂.

Keywords: phosphor copper; obtaining phosphor copper; Cu₃P₂.

Медь фосфористая по ГОСТ 4515-93 существует в двух формах МФ-9 и МФ-10. Данный сплав получают из меди по ГОСТ Я59 с массовой долей меди не менее 99,9 % и красного технического фосфора¹. Но для дальнейшей работы необходимо получить сплав с процентным содержанием фосфора не менее 15 %.

В соответствии с ГОСТ 4515-93, были изучены компоненты под названиями «Красный Технический Фосфор» и медь. Для реакции необходимы продукты с минимальным количеством примесей. Красный технический фосфор, в отличии от белого, абсолютно безвреден, и мы можем встретить его производные в быту. Для начала мы исследовали виды реакций, из которых возможно получение данного сплава, имеющего химическую формулу (Cu₃P₂). Теоретически получить фосфористую медь можно двумя способами.

1. Получение фосфористой меди путем восстановления медного купороса фосфином.

3CuSO₄+2PH₃=Cu₃P₂+3H₂SO₄

Несмотря на простое уравнение, мы видим в данной формуле присутствие газа. Фосфин ядовитый бесцветный газ, который можно определить по запаху. Данный способ не подходит под наши критерии, а именно безопасные и доступные компоненты.

2. Получение легатора путем сплавления меди с красным техническим фосфором.

6Cu+P₄=2Cu₃P₂

В соответствии с ГОСТ 4515-93 данный метод подходит для безопасного создания сплава.

Для эксперимента нам необходима пластинка 80х60х10 мм. Так как мы не знаем точно, какой плотности будет сплав, рассчитаем только примерное количество веществ.

Выясним сколько чистой меди понадобится для изготовления такой пластинки. Для этого мы посчитаем объем образца.

где: V-объем, a-толщина, b- длина, c-ширина.

имея объем и плотность меди(q=8.92г/см³), указанную на упаковке, можно рассчитать массу.

где: m-масса, q-плотность, V-объем.

следовательно, имея предположительную массу, мы можем по уравнению рассчитать необходимое количество фосфора.

теоретическая масса меди равна 428,16 грамм, из этого следует, что мы можем найти теоретическую массу фосфора необходимую для нашего сплава.

С теоретическим добавлением фосфора у нас возрастает плотность пластинки, а процентное содержание фосфора стремиться к 7 %. Поэтому при изготовлении сплава мы увеличим количество фосфора.

Медь плавится при температуре 1083,4ºС, при температуре 44ºС фосфор, температуры 1100ºС достаточно для проведения эксперимента. Для этого подходит пьезо-горелка GB 2001-K, температура пламени до 1300ºС, непрерывная работа в течении 45 минут. По предыдущему опыту, тигель должен быть керамико-графитовый или керамический, размер должен быть больше используемой шихты в два раза из-за давления оказываемого парами фосфора. В работе понадобятся щипцы для удержания тигля и тиски, для безопасности используется лист асбеста, хорошо проветриваемое помещение. Для изготовления формы использовался гипс мелкого помола (достаточно скульптурного просеянного через мелкое сито) и тальк в соотношении 3:1.

Чтобы приступить к работе необходимо закрепить лист асбеста на рабочей поверхности. На асбест устанавливаются тиски, в которые закрепляется тигель. Для равномерного расплавления меди, необходимо ее измельчить, а тигель покрыть флюсом – бурой. Одну треть меди добавляем на дно тигля, фосфор выкладываем ровным слоем и закрываем оставшимся количеством меди. Плотно закрываем графитовой крышкой тигель, чтобы не допустить окисления, при этом мы делаем маленькое отверстие диаметром 1–1,5 мм. Нагрев продолжался в течении 40 минут. Расплав вылили в форму и оставили остывать при комнатной температуре. Достав пластинку, мы убедились в смене цвета, из насыщенного металлического медного, мы получили сплав цвета темно-красного, серо-красного.

Вес получившейся пластинки составил 492,7812 г. Для создания сплава было использовано 121 г фосфора и 470 г меди. Все вещества прореагировали. Из этого мы делаем вывод, что процентное содержание фосфора в сплаве равно:

Среднестатистический состав примесей в сплаве составляет до 0,2 %. Из чего мы делаем вывод, что процентное содержание фосфора равно ~20 %. Для дальнейшего изучения взаимодействия сплава с рентгеновским излучением достаточно.

Список литературы:

1. ГОСТ 4515-93. Сплав медно-фосфористый.
2. Патент РФ № 2108403 от 10.04.1998 г.; Вусатый Г.М., Данилушкин А.Л., Королев О.Е., Мимонов А.В., Пряничников Е.В., Селиванов Е.Н., Чумарев В.М., Способ получения медно-фосфорной лигатуры. // – [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://ru-patent.info/21/05-09/2108403.html (Дата обращения 29.01.2016).
3. Серба В.И., Фрейдин Б.М., Колесникова И.Г., Кузьмич Ю.В., Современное состояние технологии медно-фосфорных сплавов// Издательство «Гелион» – [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://helion-ltd.ru/modern-state-02/ (Дата обращения 01.02.2016).