183627. lajstromszámú szabadalom • Alkálifémet, aluminiumot és higanyt tartalmazó amalgám hidrogén fejlesztésére vízból
1 183 627 2 A találmány tárgya alkálifémet, alumíniumot és higanyt tartalmazó amalgám, hidrogén fejlesztésére vízből. A víz nátrium - alumínium - higany amalgám hatására elbomlik, hidrogén és valószínűleg Na3Al (OH)6 képződés közben. A találmány olyan amalgámra vonatkozik, amelynek segítségével vízből hidrogént fejleszthetünk. Jól ismert tény, hogy az alkálifémek vízzel reagálva hidrogént fejlesztenek és stabil alkálihidroxiddá alakulnak. A reakció gyorsan lejátszódik hő képződés közben és a hidrogén általában robbanásszerűen elég. A hidrogén fejlesztésnek ez tehát nem megfelelő, veszélyes módja. Tovább menve az alkálihidroxid igen stabil, ezért alkálifémmé való visszaalakítása gyakorlatilag nem gazdaságos. Olyan egyszerű és könnyen végrehajtható, alkálifémet alkalmazó eljárás eddig nem volt ismeretes hidrogén előállítására, amelynél a képződő hidrogén ne gyulladt volna meg. Az is jól ismert továbbá, hogy alkálifém-peroxidokból lehet oxigént fejleszteni (lásd 3 574561 sz. Amerikai Egyesült Államok-beli szabadalmi leírás). A 3 969 495 sz. Amerikai Egyesült Államok-beli szabadalmi leírásban ismertetik azokat a termokémiai ciklusokat, amelyek során fém-metalloid keverékek segítségével fejlesz.tenek hidrogént és oxigént. A 3 821 358, 3 928 549, és 4011 305 sz. Amerikai Egyesült Államok-beli szabadalmi leírások ismertetik azokat a zárt ciklusú eljárásokat, amelyek során a víz disszociáltatásával hidrogént és oxigént fejlesztenek. Ismertek tehát különböző fémeket használó több fokozatú eljárások a víz disszociáltatására. Ennek ellenére olyan egyszerű, könnyen kivitelezhető eljárás még nem vált ismertté, hidrogén előállítására, amelynek során alkálifém - alumínium - higany - am algám ot használtak volna. Legszélesebb értelemben a találmány olyan ötvözetre vonatkozik, amelynek segítségével vízből hidrogént lehet előállítani a hidrogén spontán meggyulladása nélkül. Az ötvözet (1) alkálifémből, így lítiumból, nátriumból, káliumból, céziumból vagy ezek keverékéből, (2) alumíniumból és (3) higanyból áll. A nátrium és az alumínium szemcsemérete olyan, amely megkönnyíti az amalgám képződést. Az amalgám előállításához kb. 6,3 mm átmérőjű nátrium szemcséket és kb. 0,15-1,7 mm átmérőjű alumíniumszemcséket alkalmazunk. Nem döntő sem a nátrium, sem az alumínium szemcsemérete, csak az a lényeges, hogy a higanynyal könnyen keveredjenek. Természetesen a kisebb szemcseméret elősegíti a gyorsabb keveredést. Előnyösen az alkálifémnek a higanyhoz viszonyított aránya kb. 3:1-1:4,5 míg az alkálifémnek az alumíniumhoz viszonyított aránya kb. 1:4 — 3 :1. Bár nem kívánjuk magunkat kötni a következő magyarázathoz, mégis feltételezzük, hogy a víz reagál az alkálifémmel, pl. a nátriummal és az alumínium a szabaddá váló hidrogénnel Na3Al (OH)6 vegyületet alkot. Az amalgám és a víz között lezajló reakció lényegesen különbözik az amalgám alkálifém komponense és a víz között lezajló reakciótól. Ekvivalens mennyiségű, amalgám formájában kötött alkálifém lényegesen kevesebb hőt fejleszt vízzel reagálva, mintha csak maga az alkálifém reagálna. Éppen ezért, ha az alkálifém helyett a találmány szerinti amalgámot használjuk, akkor megakadályozzuk, hogy a keletkező hidrogén oxidáló környezetben spontán meggyulladjon és, hogy stabil alkálifémvegyület keletkezzen. 2 A folyamatot a következő módon írhatjuk le: 2Na + 2H20 = 2 NaOH + H2 6H20 + AJ + 6NaOH = 2 Na3Al(OH)6| + 3 H20 Az alkálifém — alumínium - higany-amalgámot bármilyen ismert amalgám előállító módszerrel elkészíthetjük, de közömbös atmoszférát kell biztosítanunk az amalgám készítés közben. Növelt hőmérsékleten, célszerűen 200 °C körül, ±10 °C eltéréssel lehet az amalgámot előállítani. Ha 100 g amalgámot készítünk, célszerű ezt a hőmérsékletet 10 percig fenntartani, és minden 100 g többletnél az említett hőmérséklet fenntartásának idejét egy-egy perccel növelni. Az elkészített amalgámot közömbös atmoszférában hűtjük le, általában szobahőmérsékletre. A közömbös atmoszféra kialakításához akár héliumot, akár nitrogént is használhatunk. A lehűtést előnyösen exsiccátorban végezhetjük, így az amalgámot megvédjük a víz behatásától. A hűtéstől függően az amalgám megszilárdul, a vízzel való érintkeztetése megvalósítható vízbe való merítéssel, víz rápermetezésével, vízgőz rákondenzáltatásával vagy egyéb módon. Vízzel való érintkezésre, 0 °C fölött hidrogén fejlődik. Példák a megfelelő amalgámokra: 37,7 súly-% alumínium, 32,1 súly-% nátrium és 30,1 súly-% higany; 22,9 súly-% alumínium, 18,4 súly-% nátrium és 58,7 súly-% higany; 19,4 súly-% alumínium, 31,1 súly-% nátrium és 49,5 súly-% higany. A találmányt a következőkben példák kapcsán ismertetjük, anélkül, hogy a példákra korlátoznánk. Az amalgám készítése % 1. példa 35,144 súlyrész nátriumot, 13,749 súlyrész alumíniumot és 51,107 súlyrész higanyt grafit tégelyben, 200 °C-on, közömbös nitrogén atmoszférában alakítunk át amalgámmá. Az előállított amalgámot nitrogén atmoszférában, exsiccátorban lehűtjük. Ezek után szilárd amalgámot kapunk, ami keverés hatására el fog folyósodni. Igen fontos megjegyezni, hogy az amalgámot közömbös atmoszférában kell készíteni, az idő előtti hidroxidképződés megakadályozására. 2. példa 37,688 súlyrész alumíniumból, 32,112 súlyrész nátriumból és 30,2 súlyrész higanyból közömbös nitrogén atmoszférában 200 °C-on amalgámot készítünk grafit tégelyben. A kapott amalgámot exsiccátorban, közömbös nitrogén atmoszférában hűtjük le. Ezután az amalgámot golyós malomban megőröljük, míg kb. az 1,7 mm-es szemcseméretet elérjük. Az őrlést is közömbös nitrogén atmoszférában végezzük. Fontos, hogy az amalgámot közömbös atmoszférában készítsük, mert így megakadályozzuk a hidroxid képződést. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
