Получение азида натрия из закиси азота и амида натрия

В 1892 г. Вислиценус взял патент на новый способ получения азотистоводородной кислоты. Его способ основывается на конденсации закиси азота с аммиаком. Однако, как указано в патенте, эти газы непосредственно друг на друга не действуют. Соли азотистоводородной кислоты образуются при пропускании закиси азота над более или менее нагретым амидом металла. Например, амид натрия реагирует по следующему уравнению:

NaNH2 + N2O = NaN3 + Н2O

Так как согласно этому уравнению образуется вода, которая затем реагирует с амидом натрия, то наиболее точно реакция будет выражаться следующим уравнением:

2NaNH2 + N2O = NaN3 + NaOH + NH3.

Процесс получения азида натрия из закиси азота и амида натрия, принятый в большинстве стран, состоит из получения закиси азота, амида натрия и азида натрия.

Закись азота N2O впервые была получена в 1776 г. Пристлеем и в чистом виде в 1799 г. Дэви, который открыл ее опьяняющее действие и назвал ее «веселящим газом».

Получение закиси азота. Закись азота -- бесцветный газ с особым слабым характерным приятным запахом. Масса 1 л при 0°С и давлении 760 мм рт. ст. равна 1,977 г. Закись азота хорошо растворяется в холодной воде, хуже -- в нагретой. В 100 объемах воды при 0° С растворяется 130,5, при 10° С -- 92,0, при 15° С -- 77,8, при 20° С-- 67,0 и при 25° С -- 59,6 объема закиси азота.

В производственных условиях закись азота получают при разложении нитрата аммония.

NH4NO3 = Na2O + 2Н2O

Расплавленный нитрат аммония при нагревании выше 250--260° С может выделять окислы азота, азот и воду:

NH4NO3 = 0,5N2 + NO + 2Н20;

4NH4NO3 = 3N2 + N204 + 8H20;

3NH4NO3 = 2N2 + N203 + 6H20.

Для нормального процесса образования закиси азота путем разложения нитрата аммония его, температурный режим и степень чистоты имеют исключительное значение.

Разложение аммонийной селитры производится в цилиндрических алюминиевых аппаратах. Сырой газ, полученный при разложении селитры, по газопроводу направляется в холодильник, охлаждаемый проточной водой. В холодильнике конденсируются пары воды, частично растворяющие в себе окислы азота и азотную кислоту. Азотная и азотистая кислоты с аммиаком образуют нитраты и нитриты аммония, их растворы в воде через сифон стекают в канализацию.

После холодильника сырая закись азота для очистки от других окислов азота направляется в специальные установки.

Амид натрия получают пропусканием аммиака при нагревании до 360°С над металлическим натрием, предварительно очищенным от керосина:

2Na + 2NH3 = 2NaNH2 + Н2 + 42 ккал

Азид натрия получается при взаимодействии закиси азота и амида натрия в специальных азидных аппаратах:

2NaNH2 + N2O = NaN3 + NaOH + NH3

На выход азида натрия влияет качество применяемой закиси азота и режим ее подачи. Было установлено, что с увеличением процента закиси азота в газе и уменьшением содержания воздуха скорость реакции азидирования и выход продукта возрастает. При работе с 20%-ной закисью азота выход азида натрия уменьшается в 2,5--3 раза.

Так же существует жидкофазный способ получения азида натрия. В способе используется реакция Вислиценуса, с существенным отличием в том, что все реакции проходят при низкой температуре в среде жидкого аммиака. Амид натрия в этом случае получается растворением натрия в жидком аммиаке. По окончании реакции амидирования образуется суспензия амида натрия в избытке аммиака. Как показали опыты, эта суспензия довольно легко реагирует с закисью азота с образованием азида.

Реакция сложная и идёт в несколько стадий. В конечном итоге отделить полученный азид от щёлочи можно легко, т.к. в жидком аммиаке щёлочь практически не растворима, а азид натрия хорошо растворим.

Получение азида натрия из закиси азота и амида натрия непрерывным путём. Сущность метода сводится к следующему.

Расплавленный металлический натрий вводится непрерывно и равномерно в реакционную ванну, в которой продукты находятся в непрерывном движении. В эту ванну вводится газообразный аммиак.

Из реакционной ванны расплавленный амид натрия вытекает в соответствии с поступлением в ванну металлического натрия. Амид натрия поступает в ступенчатую мельницу, и одновременно в нее вводится закись азота. Амид натрия, вступивший во взаимодействие с закисью азота, измельчается в мельнице при помощи шариков или вмонтированных вставок. При переходе со ступени на ступень амид натрия постепенно превращается в азид натрия и щелочь.