Arcturus
09-05-2007, 04:37 AM
I'm trying to decipher this patent (for a science experiment), but I can't make out the description of the isolation and purification of the boron product, in the 6th paragraph. Something about washing with water? :confused:
Regards from a beginner speaker.
Verfahren zur Darstellung von Silicium und Bor in kristallinischer Form
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Darstellung von Silicium und Bor in kristallinischer form, darauf beruhend, dass die betreffenden Oxide und deren Hydrate durch Aluminium in Gegenwart von Schwefel ohne dauernde aeussere Wärmezufuhr reduziert werden.
Die Kenntnis der Reduktion zahlreicher Sauerstoffverbindungen durch Magnesium verdanken wir den Arbeiten von Gattermann und Winkler. Ueber die Darstellung zahlreicher Elemente mittels Aluminiums haben St. Deville, Woehler, Tissier, Beketoff, Michel, Leon Frank, Claudevautin, Green und Wahl und in neuerer Zeit Goldschmidt gearbeitet. Die meisten Versuche mit Magnesium sind als Laboratoriumsversuche und nicht als technische Verfahren aufzufassen, haben auch bis heute keinen Eingang in die Praxis gefunden. Anders steht es mit den Arbeiten ueber die Darstellung zahlreicher Elemente mittels Aluminium; man kann z. B. mit Aluminium in kurzer Zeit und in einem beschraenkten Raume groessere Mengen von Chrom isolieren.
Dagegen gelang es mittels des Verfahrens von Goldschmidt nicht, Beryllium, Titan, Bor, Silicium, Cer, Thorium usw. in einheitlicher kristallinischer Abscheidung darzustellen, sondern man erhielt dieselben nur als gesinterte Massen (vergl. Krafft, Anorganische Chemie, 4 Auflage, S. 305).
In der Patentschrift 96317 (Goldschmidt) ist ferner die Herstellung von Metallen und Metalloiden aus Sulfiden beschrieben. Die Sulfide des Siliciums und des Bors sind aber keine natuerlichen Produkte, sondern koennen nur durch ein relativ umstaendliches Verfahren dargestellt werden. Angesichts dieses Umstandes duerfte es wahrscheinlich sein, dass Goldschmidt ueberhaupt nicht an die Reduktion der Sulfide von Silicium und Bor gedacht hat. Auch ist nicht bekannt, dass jemals Silicium und Bor aus Siliciumsulfid bezw. Borsulfid nach dem aluminothermischen Verfahren im kleinen, geschweige denn im grossen dargestellt worden it. Die Verhaeltnisse scheinen bei diesem Verfahren ganz genau so zu liegen, wie sie Krafft bezueglich der Oxyde schildert.
Bei dem vorliegenden Verfahren werden Sulfide nicht angewendet, sondern die zwischen Aluminium und Schwefel stattfindende Reaktion leitet durch die hierdurch bewirkte Temperaturerhoehung die Umsetzung des uebrigen Gemisches ein und unterhaelt sie. Man vermeidet ferner jede aeussere Erhitzung des Gefaesses und erzielt ausserdem durch den Zusatz von Schwefel bezw. dem Schwefelaluminium hierbei noch eine andere Wirksamkeit als die blosse Temperaturerhoehung zugeschrieben werden muss (Bildung von Oxysulfiden usw).
Nach Beendigung der Umsetzung erhaelt man eine Schmelze von schwefelaluminium, manchmal mit vereinzelten Aluminiumkuegelchen, in welcher sich der isoliert Koerper eingebettet findet. Aus schwefelaluminium ist der Schwefel durch Zersetzung mit Wasser groesstenteils als Schwefelwasserstoff regenerierbar und die gleichzeitig entstehende Tonerde bezw. ihr Hydrat kann gut anderweitig Verwendung finden. Durch diese Zersetzung wird gleichzeitig auch dann eine leichte Isolierung des dargestellten Elementes ermoeglicht, wenn es sich ausnahmsweise oder teilweise nicht ins kompaktem Regulus abscheiden sollte. Das vorliegende Verfahren ist folgendes: Pulver von sauerstoff- (bezw. hydroxyl-) haltigen Silicium- oder Borverbindungen wird mit zerkleinertem Aluminium und Schwefel gemengt and dann entzuendet. Da die Menge des hierzu verwendeten zerkleinerten Aluminiums und des hierzu verwendeten Schwefels sich nach der Wasserfreiheit der Materialien, der Feinheit des Aluminiums und vielleicht auch anderen Umstaenden zu richten hat, laesst sich ein feststehender Satz der einzelnen Bestandteile nicht angeben. Ohne hiermit ausschliessen zu wollen, dass je nach den Umstaenden gewisse Abweichungen guenstiger erscheinen koennen, seien als erprobte Mischungen angefuehrt:
400 g gesiebte Aluminiumspaene, 500 g Schwefel, 360 g Quarz; 200 g gesiebte Aluminiumspaene, 200 g Aluminiumpulver, 500 g Schwefel, 250 g Borverbindung.
Die Entzuendlich kann man dadurch einleiten, dass man auf die Mischung einige Kubikzentimeter einer Mischung von Aluminiumpulver und Schwefel schuettet (zu empfehlen 9:16) und dieses Haeufchen mit einem gluehenden Koerper, z. B. einem Eisenstabe, beruehrt. Natuerlich ist auch die Anwendung einer Zuendpille anderer Zusammensetzung nicht ausgeschlossen, vorausgesetzt, dass die hierdurch bewirkte Temperaturerhoehung zur Entzuendung ausreicht. Die Mischung faengt an zu brennen und schmilzt unter Weissglut zu einer duennfluessigen kochenden Masse zusammen, in welcher sich nach dem Erkalten die Kristalle eingebettet finden. Die Verarbeitung der Schmelze und die Reindarstellung von Silicium und Bor ist bereits oben angegeben.
Aus Dammer, Handbuch der anorganischen Chemie, Band 3, 1893, Seite 56, ist die Herstellung von kristallisiertem Bor aus geschmolzener Borsaeure mit Aluminium durch aeussere Waermezufuhr bekannt. Die Verfasser (Woehler und Deville) geben selbst an, dass 5 Stunden lang so stark als moeglich geheizt werden muss. Das so erhaltene Bor ist im wesentlichen noch amorph und muss erst einer Umkristallisation (aus geschmolzenem Aluminium) unterworfen werden, wobei abermals 1.5 bis 2 Stunden bis zum Schmelzpunkt des Nickels erhitzt werden muss. Das ist eine Temperatur, welche sich selbst in den besten Gasfeuerungen der laboratorien kaum erreichen lassen duerfte.
Bei dem vorliegenden Verfahren hingegen wird das kristallisierte Bor unmittelbar durch eine Operation erhalten, welche kaum 5 Minuten dauert, wenn 300 g Borsaeure umgesetzt werden, und die ohne aeussere Waermezufuhr verlaeuft, weil eben der Schwefel, der als solcher zugesetzt wird, die Reaktionswaerme liefert. Man Koennte noch einwenden, dass das Heizen mit Aluminium und Schwefel kostspieliger sei als das Erhitzen mit Kohle oder Leuchtgas Sauerstoff, aber man muss bedenken, dass die entstehende Waerme bei dem vorliegenden Verfahren fast quantitativ umgesetzt wird, waehrend beim Woehler-Devilleschen Verfahren 99 Prozent, wenn nicht mehr, nutzlos verloren gehen. Um z. B. einen solchen Tiegel, der 300 g Borsaeure fasst, zweimal auf Weissglut zu bringen und darauf 5 Stunden bezw, 1.5 bis 2 Stunden zu erhalten, wuerden mindestens 10 cbm Leuchtgas erforderlich sein, und dabei erscheint es noch fraglich, ob ueberhaupt die Schmelzhitze des Nickels erreicht wird. Koksfeuerung ist natuerlich wesentlich billiger, erfordert aber ziemlich umfangreiche Apparatur, Geblaesewind usw.
Patent-Anspruch:
Verfahren zurr Darstellung von Silicium und Bor in kristallinischer Form mittels Aluminiums, dadurch gekennzeichnet, dass Gemenge von sauerstoffhaltigen Verbindungen des Siliciums oder Bors mit Aluminium und Schwefel zur Entzuendung gebracht werden.
Regards from a beginner speaker.
Verfahren zur Darstellung von Silicium und Bor in kristallinischer Form
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Darstellung von Silicium und Bor in kristallinischer form, darauf beruhend, dass die betreffenden Oxide und deren Hydrate durch Aluminium in Gegenwart von Schwefel ohne dauernde aeussere Wärmezufuhr reduziert werden.
Die Kenntnis der Reduktion zahlreicher Sauerstoffverbindungen durch Magnesium verdanken wir den Arbeiten von Gattermann und Winkler. Ueber die Darstellung zahlreicher Elemente mittels Aluminiums haben St. Deville, Woehler, Tissier, Beketoff, Michel, Leon Frank, Claudevautin, Green und Wahl und in neuerer Zeit Goldschmidt gearbeitet. Die meisten Versuche mit Magnesium sind als Laboratoriumsversuche und nicht als technische Verfahren aufzufassen, haben auch bis heute keinen Eingang in die Praxis gefunden. Anders steht es mit den Arbeiten ueber die Darstellung zahlreicher Elemente mittels Aluminium; man kann z. B. mit Aluminium in kurzer Zeit und in einem beschraenkten Raume groessere Mengen von Chrom isolieren.
Dagegen gelang es mittels des Verfahrens von Goldschmidt nicht, Beryllium, Titan, Bor, Silicium, Cer, Thorium usw. in einheitlicher kristallinischer Abscheidung darzustellen, sondern man erhielt dieselben nur als gesinterte Massen (vergl. Krafft, Anorganische Chemie, 4 Auflage, S. 305).
In der Patentschrift 96317 (Goldschmidt) ist ferner die Herstellung von Metallen und Metalloiden aus Sulfiden beschrieben. Die Sulfide des Siliciums und des Bors sind aber keine natuerlichen Produkte, sondern koennen nur durch ein relativ umstaendliches Verfahren dargestellt werden. Angesichts dieses Umstandes duerfte es wahrscheinlich sein, dass Goldschmidt ueberhaupt nicht an die Reduktion der Sulfide von Silicium und Bor gedacht hat. Auch ist nicht bekannt, dass jemals Silicium und Bor aus Siliciumsulfid bezw. Borsulfid nach dem aluminothermischen Verfahren im kleinen, geschweige denn im grossen dargestellt worden it. Die Verhaeltnisse scheinen bei diesem Verfahren ganz genau so zu liegen, wie sie Krafft bezueglich der Oxyde schildert.
Bei dem vorliegenden Verfahren werden Sulfide nicht angewendet, sondern die zwischen Aluminium und Schwefel stattfindende Reaktion leitet durch die hierdurch bewirkte Temperaturerhoehung die Umsetzung des uebrigen Gemisches ein und unterhaelt sie. Man vermeidet ferner jede aeussere Erhitzung des Gefaesses und erzielt ausserdem durch den Zusatz von Schwefel bezw. dem Schwefelaluminium hierbei noch eine andere Wirksamkeit als die blosse Temperaturerhoehung zugeschrieben werden muss (Bildung von Oxysulfiden usw).
Nach Beendigung der Umsetzung erhaelt man eine Schmelze von schwefelaluminium, manchmal mit vereinzelten Aluminiumkuegelchen, in welcher sich der isoliert Koerper eingebettet findet. Aus schwefelaluminium ist der Schwefel durch Zersetzung mit Wasser groesstenteils als Schwefelwasserstoff regenerierbar und die gleichzeitig entstehende Tonerde bezw. ihr Hydrat kann gut anderweitig Verwendung finden. Durch diese Zersetzung wird gleichzeitig auch dann eine leichte Isolierung des dargestellten Elementes ermoeglicht, wenn es sich ausnahmsweise oder teilweise nicht ins kompaktem Regulus abscheiden sollte. Das vorliegende Verfahren ist folgendes: Pulver von sauerstoff- (bezw. hydroxyl-) haltigen Silicium- oder Borverbindungen wird mit zerkleinertem Aluminium und Schwefel gemengt and dann entzuendet. Da die Menge des hierzu verwendeten zerkleinerten Aluminiums und des hierzu verwendeten Schwefels sich nach der Wasserfreiheit der Materialien, der Feinheit des Aluminiums und vielleicht auch anderen Umstaenden zu richten hat, laesst sich ein feststehender Satz der einzelnen Bestandteile nicht angeben. Ohne hiermit ausschliessen zu wollen, dass je nach den Umstaenden gewisse Abweichungen guenstiger erscheinen koennen, seien als erprobte Mischungen angefuehrt:
400 g gesiebte Aluminiumspaene, 500 g Schwefel, 360 g Quarz; 200 g gesiebte Aluminiumspaene, 200 g Aluminiumpulver, 500 g Schwefel, 250 g Borverbindung.
Die Entzuendlich kann man dadurch einleiten, dass man auf die Mischung einige Kubikzentimeter einer Mischung von Aluminiumpulver und Schwefel schuettet (zu empfehlen 9:16) und dieses Haeufchen mit einem gluehenden Koerper, z. B. einem Eisenstabe, beruehrt. Natuerlich ist auch die Anwendung einer Zuendpille anderer Zusammensetzung nicht ausgeschlossen, vorausgesetzt, dass die hierdurch bewirkte Temperaturerhoehung zur Entzuendung ausreicht. Die Mischung faengt an zu brennen und schmilzt unter Weissglut zu einer duennfluessigen kochenden Masse zusammen, in welcher sich nach dem Erkalten die Kristalle eingebettet finden. Die Verarbeitung der Schmelze und die Reindarstellung von Silicium und Bor ist bereits oben angegeben.
Aus Dammer, Handbuch der anorganischen Chemie, Band 3, 1893, Seite 56, ist die Herstellung von kristallisiertem Bor aus geschmolzener Borsaeure mit Aluminium durch aeussere Waermezufuhr bekannt. Die Verfasser (Woehler und Deville) geben selbst an, dass 5 Stunden lang so stark als moeglich geheizt werden muss. Das so erhaltene Bor ist im wesentlichen noch amorph und muss erst einer Umkristallisation (aus geschmolzenem Aluminium) unterworfen werden, wobei abermals 1.5 bis 2 Stunden bis zum Schmelzpunkt des Nickels erhitzt werden muss. Das ist eine Temperatur, welche sich selbst in den besten Gasfeuerungen der laboratorien kaum erreichen lassen duerfte.
Bei dem vorliegenden Verfahren hingegen wird das kristallisierte Bor unmittelbar durch eine Operation erhalten, welche kaum 5 Minuten dauert, wenn 300 g Borsaeure umgesetzt werden, und die ohne aeussere Waermezufuhr verlaeuft, weil eben der Schwefel, der als solcher zugesetzt wird, die Reaktionswaerme liefert. Man Koennte noch einwenden, dass das Heizen mit Aluminium und Schwefel kostspieliger sei als das Erhitzen mit Kohle oder Leuchtgas Sauerstoff, aber man muss bedenken, dass die entstehende Waerme bei dem vorliegenden Verfahren fast quantitativ umgesetzt wird, waehrend beim Woehler-Devilleschen Verfahren 99 Prozent, wenn nicht mehr, nutzlos verloren gehen. Um z. B. einen solchen Tiegel, der 300 g Borsaeure fasst, zweimal auf Weissglut zu bringen und darauf 5 Stunden bezw, 1.5 bis 2 Stunden zu erhalten, wuerden mindestens 10 cbm Leuchtgas erforderlich sein, und dabei erscheint es noch fraglich, ob ueberhaupt die Schmelzhitze des Nickels erreicht wird. Koksfeuerung ist natuerlich wesentlich billiger, erfordert aber ziemlich umfangreiche Apparatur, Geblaesewind usw.
Patent-Anspruch:
Verfahren zurr Darstellung von Silicium und Bor in kristallinischer Form mittels Aluminiums, dadurch gekennzeichnet, dass Gemenge von sauerstoffhaltigen Verbindungen des Siliciums oder Bors mit Aluminium und Schwefel zur Entzuendung gebracht werden.