Раствор пиранья как приготовить
Раствор пиранья как приготовить
n42 запись закреплена
Раствор «пиранья», также известный как травитель «пиранья», это смесь серной кислоты (H2SO4) и перекиси водорода (H2O2), используется для очищения поверхностей от остатков органики. Поскольку смесь является сильным окислителем, она удаляет большую часть органических веществ; а ещё она также гидроксилирует многие поверхности (добавляет OH-группы), делая их более гидрофильными (водно-совместимыми).
Приготовление и использование
Обычно исходные компоненты смеси могут смешиваться в самых разных пропорциях, и все они будут называться «пираньей». Типичный состав: 3 части концентрированной серной кислоты и 1 часть 30 % перекиси водорода; в различных нормативных документах или методиках могут также использоваться пропорции 4:1 или 7:1. Тесно связанная смесь, иногда называемая «основной «пираньей», представляет из себя смесь аммиачной воды с перекисью водорода в классическом соотношении 3:1.
При приготовлении раствора «пиранья» следует быть очень и очень осторожным! Он очень едкий и представляет из себя крайне мощный окислитель. Очищаемая поверхность должна быть достаточно чистой и совершенно свободна от органических растворителей, оставленных после предыдущих этапов очистки, до того, как она вступит в контакт с растворителем. Раствор «пиранья» чистит путём растворения органических загрязнителей; большое количество загрязнителей может быть причиной жёсткого кипения и высвобождения газов, что может привести к взрыву.
Раствор «пиранья» всегда должен готовиться путём медленного добавления перекиси водорода к серной кислоте (здесь правило «не плюй в кислоту, а то ответит» неуместно). Перемешивание раствора крайне экзотермично. Если раствор будет готовиться быстро, он немедленно начнёт кипеть, выделяя огромные количества едких дымов. Даже когда он был приготовлен с осторожностью, результирующее тепло может довести раствор до температуры свыше 100 С. Раствор следует охладить до использования. Внезапное увеличение температуры также может привести к жёсткому кипению крайне кислого раствора. Растворы, в которых используется перекись концентрацией более 50 %, могут взрываться. Как только смесь стабилизируется, её можно в дальнейшем нагревать для поддержания её реактивности. Свежий (зачастую он ещё и кипящий) раствор очищает поверхности от органических веществ и окисляет или гидроксилирует большинство металлических поверхностей. Очистка обычно занимает от 10 до 40 минут, после чего раствор можно убрать.
Раствор может быть приготовлен до применения или непосредственно на обрабатываемой поверхности: начала наливается серная кислота, затем перекись. Из-за саморазложения перекиси, «пиранья» должна использоваться свежеприготовленной. Раствор нельзя хранить, так как он образует газ и, как следствие, он не может быть сохранён в закрытой ёмкости. Раствор «пиранья» жёстко реагирует со многими штуками, обычно утилизируемыми как химические отходы, если он не нейтрализован, так что он должен находиться в отдельных, правильно помеченных ёмкостях.
Раствор «пиранья» часто используется в отрасли микроэлектроники, например, для очищения кремниевых плат от остатков фоторезиста.
Любители электроники используют раствор для травления самодельных макетных плат. Сначала защитная маска наносится на чистую медную плату, затем раствор «пиранья» быстро удаляет незащищённую медь, непокрытую маской.
В лабораториях этот раствор иногда используется для чистки стеклянной посуды, хотя это не рекомендуется во многих учреждениях и он не может быть использован как что-то обычное из-за его опасности. В отличие от хромовой смеси или хромовой кислоты, «пиранья» не загрязняет стеклянную посуду ионами тяжёлых металлов.
Раствор «пиранья», в частности, используется при чистке спечённого (или «сплавленного») стекла (фильтры Шотта, например). Размеры пор спечённого стекла критичны для его функционирования, поэтому его нельзя чистить щелочами, ведь они частично растворяют спек. Спечённое стекло также имеет тенденцию к захвату материалов в глубине своей структуры, усложняя их извлечение. Когда обычный порошок не справляется, раствор «пиранья» можно использовать для возвращения спеку девственно-чистой белизны и максимально лучшего функционирования без нанесения дополнительного ущерба размерам пор. Это обычно достигается путём пропускания раствора через спечённое стекло. Несмотря на то, что чистка спечённого стекла делает его чистым, насколько это возможно без нанесения ущерба, всё равно это не рекомендуется из-за риска взрыва.
Раствор «пиранья» используется для того, чтобы сделать стекло более гидрофильным, путём увеличения числа силанольных групп на поверхности.
Дегидратация проявляется как быстрое обугливание органических веществ, особенно углеводородов, что были помещены в раствор «пиранья». Этот раствор получил своё название в частности из-за силы данного процесса, поскольку большие количества органических остатков, погружённых в раствор, дегидратируются так жёстко, что сей процесс напоминает «пищевое бешенство» ужасных на лицо, но добрых внутри, всем известных хищных рыб. Второе, и более обоснованное объяснение наименованию, однако, это способность раствора «пиранья» «съедать абсолютно всё», в частности, элементарный углерод в форме сажи или остатков обугливания.
Второй, и намного более интересный, процесс можно понимать как усиленное серной кислотой превращение перекиси из относительно слабого окислителя в достаточно сильный для растворения элементарного углерода, материала известного своей устойчивостью к комнатно-температурным водным реакциям. Данное превращение можно рассматривать как энергетически выгодную дегидратацию перекиси с получением ионов гидроксония и гидросульфатов и недолго существующего атомарного кислорода.
Именно эта разновидность крайне реактивного атомарного кислорода позволяет раствору «пиранья» растворить элементарный углерод. Аллотропы углерода трудно подвергнуть химической обработке из-за их высокой стабильности, а также sp2-гибридизированным связям, что атомы углерода обычно образуют друг с другом. Наиболее вероятный путь, по которому раствор разрывает эти стабильные углерод-углеродные связи, находящиеся на поверхности, следующий: сначала атомарный кислород присоединяется непосредственно к поверхностному атому углерода с образованием карбонильной группы.
В данном процессе атом кислорода по факту тащит на себя электронную связующую пару с центрального атома углерода, образуя карбонильную группу и одновременно разрывая его связи с одним или несколькими соседними атомами. В результате одним атомом кислорода инициируется цепной процесс «распутывания» структуры связей, который, в свою очередь, позволяет широкому спектру водных реакций воздействовать на изначально непроницаемые атомы углерода. Дальнейшее окисление, к примеру, может превратить карбонильную группу в диоксид углерода и создать новую карбонильную группу уже из соседних атомов углерода, связи с которыми были разорваны.
Углерод может удаляться раствором «пиранья» либо из изначальных органических остатков, либо из продуктов этапов дегидратации. Окисление медленнее дегидратации, может протекать минутами. Окисление углерода проявляется в постепенном удалении взвешенной сажи и продуктов дегидратации. В то же время, раствор «пиранья», в который погружены органические вещества, возвращает себе полную чистоту, без видимых следов изначальных органических остатков.
Наконец, незначительный вклад в чистящие свойства раствора «пиранья» вносит его высокая кислотность, которая растворяет такие отложения как оксиды и карбонаты металлов. Однако, поскольку безопаснее и легче удалять эти отложения с помощью более слабых кислот, раствор чаще используется в ситуациях, когда высокая кислотность скорее способствует очищению, ежели усложняет. Для поверхностей, неустойчивым по отношению к кислотам, предпочтительнее щелочной раствор, содержащий гидроксид аммония и перекись водорода, также известный как «основная «пиранья».
Безопасность и утилизация
Раствор «пиранья» очень опасен из-за высокой кислотности и как сильный окислитель. Если опустить руку в ёмкость с этой смесью, на радость патологоанатомам обнаружится, что у ёмкости нету дна. Неиспользуемый свежий раствор нельзя оставлять без присмотра. Раствор нельзя хранить в закрытой ёмкости. «Пиранью» нельзя утилизировать вместе с органическими растворителями (в том числе в слив с отработанными растворителями), это может привести к жёсткой реакции и существенному взрыву.
Раствор должен быть охлаждён, а кислород из него – предварительно рассеян до утилизации. При чистке стеклянной посуды предусмотрительно и практично позволить реагировать раствору «пиранья» до следующего дня. Это позволяет потраченному раствору разложиться до утилизации. Пока в некоторых учреждениях считают, что использованная «пиранья» должна собираться как опасный отход, в других считают, что её можно нейтрализовать, затем слить в раковину с большим количеством воды. Нейтрализация основаниями приводит к быстрому разложению с выделением чистого кислорода.
Отношение к драг. металлам
Не рекомендуется контактировать с раствором платине.
Раствор пираньи
СОДЕРЖАНИЕ
Подготовка и использование [ править ]
Раствор можно смешивать перед нанесением или наносить непосредственно на материал, сначала нанося серную кислоту, а затем пероксид. Из-за саморазложения перекиси водорода раствор пираньи следует использовать в свежеприготовленном виде. Раствор нельзя хранить, так как он выделяет газ и поэтому его нельзя хранить в закрытом контейнере. [2] Поскольку раствор бурно реагирует со многими предметами, которые обычно утилизируются как химические отходы, если раствор не нейтрализован, его необходимо оставить в четко обозначенных контейнерах.
Приложения [ править ]
Несмотря на то, что существуют более безопасные и дешевые варианты, это решение можно использовать для травления самодельных печатных плат. Маска накладывается на пустую медную плату, и раствор пираньи быстро удаляет открытую медь, не покрытую маской. [5]
Раствор пираньи используется для придания стеклу гидрофильности путем гидроксилирования поверхности, что увеличивает количество силанольных групп на поверхности. [8]
Механизм [ править ]
Именно эта чрезвычайно реактивная форма атомарного кислорода позволяет раствору пираньи растворять элементарный углерод. Аллотропы углерода трудно поддаются химическому воздействию из-за высокостабильных и обычно графитоподобных гибридных связей, которые поверхностные атомы углерода имеют тенденцию образовывать друг с другом. Наиболее вероятный путь, по которому раствор разрушает эти стабильные углерод-углеродные поверхностные связи, состоит в том, что атомарный кислород первым присоединяется непосредственно к поверхностному углероду с образованием карбонильной группы:
В описанном выше процессе атом кислорода фактически «крадет» пару электронных связей у центрального углерода, образуя карбонильную группу и одновременно разрывая связи целевого атома углерода с одним или несколькими его соседями. Результатом является каскадный эффект, при котором одна реакция с атомарным кислородом инициирует значительное «распутывание» локальной связывающей структуры, что, в свою очередь, позволяет широкому диапазону водных реакций воздействовать на ранее непроницаемые атомы углерода. Дальнейшее окисление, например, может преобразовать исходную карбонильную группу в диоксид углерода и создать новую карбонильную группу на соседнем атоме углерода, связи которого были разорваны:
Уголь, удаляемый раствором пираньи, может быть либо исходным остатком, либо углем на стадии дегидратации. Процесс окисления протекает медленнее, чем процесс обезвоживания, и занимает несколько минут. Окисление углерода проявляется в постепенном очищении от взвешенной сажи и угля, оставшихся в результате начального процесса дегидратации. Со временем растворы пираньи, в которые были погружены органические материалы, обычно возвращаются к полной прозрачности, без видимых следов исходных органических материалов.
Безопасность и утилизация [ править ]
Одна процедура нейтрализации включает в себя выливание раствора в стеклянный контейнер, заполненный по крайней мере в пять раз превышающим массу раствора льда, затем медленное добавление гидроксида натрия или калия до нейтрализации. Если льда нет, то раствор пираньи можно очень медленно добавлять к насыщенному раствору бикарбоната натрия в большом стеклянном контейнере с большим количеством нерастворенного бикарбоната на дне, которое восстанавливается, если он истощается. Бикарбонатный метод не является предпочтительным, так как он может переполняться пеной, если добавление происходит недостаточно медленно, и без охлаждения раствор становится очень горячим. [11]
Приготовление, использование и безопасность раствора пираньи
Раствор пираньи представляет собой водную смесь серной кислоты (H2ТАК4) и перекись водорода (H2О2), который используется для удаления органических остатков с поверхностей и повышения их гидрофильности. Он также известен как травление пираньи, потому что другим распространенным применением является травление печатных плат. Раствор пираньи опасен, поэтому перед его приготовлением прочтите все инструкции по его приготовлению, безопасному использованию и утилизации. Даже в этом случае рассмотрите менее опасные альтернативы, такие как гидроксид калия в этаноле или готовые растворы для травления, содержащие пероксимоносерную кислоту. Но если вам нужен раствор пираньи, вот как его приготовить и безопасно использовать.
Как приготовить раствор пираньи
Существует несколько рецептов раствора пираньи. Основной рецепт сочетает концентрированную серную кислоту и водный раствор перекиси водорода. Используйте 30% перекись водорода в воде. Более высокая концентрация, например 50% перекиси, значительно увеличивает температуру реакции и риск взрыва.
Наиболее распространены соотношения концентрированной серной кислоты и раствора перекиси водорода 3: 1 и 5: 1, но могут использоваться и другие соотношения:
Советы по безопасности
Как работает решение Piranha
Решение Piranha работает по трем процессам:
Хранение и утилизация
Раствор пираньи следует готовить в свежем виде и не хранить. Серную кислоту следует хранить в кислотном шкафу, а растворы перекиси водорода разлагаются медленнее в холодильнике.
Сразу после использования нейтрализуйте раствор пираньи. Есть два метода:
Нейтрализация льдом и прочным основанием
Ледяной метод предпочтительнее, потому что он менее склонен к пузырькам и переполнению емкости.
Нейтрализация пищевой содой и водой
Если нет льда, используйте метод пищевой соды (бикарбоната натрия).
Утилизация
Нейтрализованный раствор пираньи можно вылить в канализацию. если смесь не содержит регулируемых металлов (мышьяк, барий, кадмий, хром, медь, свинец, ртуть, никель, селен, серебро, цинк), радиоактивных материалов или других регулируемых отходов. Предприятия, работающие с регулируемыми материалами, могут иметь особые требования к отходам пираний, которые могут включать временное хранение без нейтрализации. В этой ситуации храните раствор пираньи в открытом контейнере в вытяжном шкафу и следуйте другим протоколам утилизации.
Раствор пираньи
СОДЕРЖАНИЕ
Подготовка и использование [ править ]
Раствор можно смешивать перед нанесением или наносить непосредственно на материал, сначала нанося серную кислоту, а затем пероксид. Из-за саморазложения перекиси водорода раствор пираньи следует использовать в свежеприготовленном виде. Раствор нельзя хранить, так как он выделяет газ и поэтому его нельзя хранить в закрытом контейнере. [2] Поскольку раствор бурно реагирует со многими предметами, которые обычно утилизируются как химические отходы, если раствор не нейтрализован, его необходимо оставить в четко обозначенных контейнерах.
Приложения [ править ]
Несмотря на то, что существуют более безопасные и дешевые варианты, это решение можно использовать для травления самодельных печатных плат. Маска накладывается на пустую медную плату, и раствор пираньи быстро удаляет открытую медь, не покрытую маской. [5]
Раствор пираньи используется для придания стеклу гидрофильности путем гидроксилирования поверхности, что увеличивает количество силанольных групп на поверхности. [8]
Механизм [ править ]
Именно эта чрезвычайно реактивная форма атомарного кислорода позволяет раствору пираньи растворять элементарный углерод. Аллотропы углерода трудно поддаются химическому воздействию из-за высокостабильных и обычно графитоподобных гибридных связей, которые поверхностные атомы углерода имеют тенденцию образовывать друг с другом. Наиболее вероятный путь, по которому раствор разрушает эти стабильные углерод-углеродные поверхностные связи, состоит в том, что атомарный кислород первым присоединяется непосредственно к поверхностному углероду с образованием карбонильной группы:
В описанном выше процессе атом кислорода фактически «крадет» пару электронных связей у центрального углерода, образуя карбонильную группу и одновременно разрывая связи целевого атома углерода с одним или несколькими его соседями. Результатом является каскадный эффект, при котором одна реакция с атомарным кислородом инициирует значительное «распутывание» локальной связывающей структуры, что, в свою очередь, позволяет широкому диапазону водных реакций воздействовать на ранее непроницаемые атомы углерода. Дальнейшее окисление, например, может преобразовать исходную карбонильную группу в диоксид углерода и создать новую карбонильную группу на соседнем атоме углерода, связи которого были разорваны:
Уголь, удаляемый раствором пираньи, может быть либо исходным остатком, либо углем на стадии дегидратации. Процесс окисления протекает медленнее, чем процесс обезвоживания, и занимает несколько минут. Окисление углерода проявляется в постепенном очищении от взвешенной сажи и угля, оставшихся в результате начального процесса дегидратации. Со временем растворы пираньи, в которые были погружены органические материалы, обычно возвращаются к полной прозрачности, без видимых следов исходных органических материалов.
Безопасность и утилизация [ править ]
Одна процедура нейтрализации включает в себя выливание раствора в стеклянный контейнер, заполненный по крайней мере в пять раз превышающим массу раствора льда, затем медленное добавление гидроксида натрия или калия до нейтрализации. Если льда нет, то раствор пираньи можно очень медленно добавлять к насыщенному раствору бикарбоната натрия в большом стеклянном контейнере с большим количеством нерастворенного бикарбоната на дне, которое восстанавливается, если он истощается. Бикарбонатный метод не является предпочтительным, так как он может переполняться пеной, если добавление происходит недостаточно медленно, и без охлаждения раствор становится очень горячим. [11]
Раствор пираньи, также известный как пиранья травка, представляет собой смесь серная кислота (ЧАС2ТАК4), вода и пероксид водорода (ЧАС2О2), используется для очистки органический остатки от основания. Потому что смесь крепкая окислитель, он удалит большинство органическая материя, и это также будет гидроксилат большинство поверхностей (добавить группы ОН), что делает их очень гидрофильный (совместим с водой). Это означает, что решение может легко растворяться ткань и кожа вызывают тяжелые химические ожоги в процессе.
Содержание
Приготовление и использование
Раствор можно смешать перед нанесением или нанести непосредственно на материал, сначала нанеся серную кислоту, а затем пероксид. Из-за саморазложения перекиси водорода раствор пираньи следует использовать в свежеприготовленном виде. Раствор нельзя хранить, так как он выделяет газ и поэтому его нельзя хранить в закрытом контейнере. [2] Поскольку раствор бурно реагирует со многими предметами, которые обычно утилизируются как химические отходы, если раствор не нейтрализован, его необходимо оставить в четко обозначенных контейнерах.
Приложения
Раствор пираньи часто используется в микроэлектроника промышленность, например чистить фоторезист остаток от кремний вафли.
Несмотря на то, что существуют более безопасные и дешевые варианты, решение можно использовать для травления самодельных печатных плат. На пустую медную плату накладывается маска, и раствор пираньи быстро удаляет открытую медь, не покрытую маской. [5]
В лаборатории этот раствор иногда используют для очистки изделия из стекла, хотя это не рекомендуется во многих учреждениях, и его не следует использовать регулярно из-за его опасности. [6] В отличие от хромовая кислота растворов пиранья не загрязняет стеклянную посуду ионами тяжелых металлов.
Раствор пираньи особенно полезен при очистке спеченная (или «фриттованная») посуда. Размер пор в спеченной стеклянной посуде имеет решающее значение для ее функции, поэтому ее не следует чистить сильными основаниями, которые постепенно растворяют агломерат. Спеченное стекло также имеет тенденцию захватывать материал глубоко в структуре, что затрудняет его удаление. Если менее агрессивные методы очистки не дают результата, можно использовать раствор пираньи, чтобы вернуть агломерату чистую белую, сыпучую форму без чрезмерного повреждения размеров пор. Обычно это достигается путем пропускания раствора через спеченное стекло. Хотя очистка посуды из спеченного стекла сделает ее максимально чистой, не повредив посуду, это делать не рекомендуется из-за риска взрыва. [7]
Раствор пираньи используется для изготовления стекла гидрофильный путем гидроксилирования поверхности, таким образом увеличивая количество силанол группы на поверхности. [8]
Механизм
Процесс дегидратации проявляется в быстрой карбонизации обычных органических материалов, особенно углеводы, при погружении в раствор пираньи. Раствор пираньи был назван частично в связи с энергичностью этого первого процесса, поскольку большие количества органических остатков, погруженных в раствор, обезвоживаются настолько сильно, что процесс напоминает процесс пиранья с жадностью есть. Второе и более определенное объяснение названия, однако, это способность раствора пираньи «есть что угодно», в частности, элементалей. углерод в виде сажа или же char.
Этот второй и гораздо более интересный процесс можно понять как усиленное серной кислотой превращение пероксида водорода из относительно мягкого окислитель в достаточно агрессивный, чтобы растворить элементарный углерод, материал, который, как известно, устойчив к реакциям с водой при комнатной температуре. Это превращение можно рассматривать как энергетически выгодную дегидратацию пероксида водорода с образованием гидроксоний ионы, бисульфат ионы, и временно атомарный кислород:
Именно эта чрезвычайно реактивная форма атомарного кислорода позволяет раствору пираньи растворять элементарный углерод. Углерод аллотропы трудно поддаются химическому воздействию из-за высокой стабильности и, как правило, графитоподобного гибридизированные облигации что поверхностные атомы углерода имеют тенденцию к образованию друг с другом. Наиболее вероятный путь, по которому раствор разрушает эти стабильные углерод-углеродные поверхностные связи, состоит в том, что атомарный кислород первым присоединяется непосредственно к поверхностному углероду с образованием карбонил группа:
В описанном выше процессе атом кислорода фактически «крадет» пару электронных связей у центрального углерода, образуя карбонильную группу и одновременно разрушая связи целевого атома углерода с одним или несколькими его соседями. Результатом является каскадный эффект, при котором одиночная реакция атомарного кислорода инициирует значительное «распутывание» локальной связывающей структуры, что, в свою очередь, позволяет широкому диапазону водных реакций воздействовать на ранее непроницаемые атомы углерода. Дальнейшее окисление, например, может преобразовать исходную карбонильную группу в диоксид углерода и создать новую карбонильную группу на соседнем углероде, связи которого были разорваны:
Уголь, удаляемый раствором пираньи, может быть либо исходным остатком, либо углем на стадии дегидратации. Процесс окисления идет медленнее, чем процесс обезвоживания, и занимает несколько минут. Окисление углерода проявляется в постепенном очищении от взвешенной сажи и угля, оставшихся в результате начального процесса дегидратации. Со временем растворы пираньи, в которые были погружены органические материалы, обычно возвращаются к полной прозрачности, без видимых следов исходных органических материалов.
Последним незначительным вкладом в очистку раствора пираньи является его высокая кислотность, которая растворяет отложения, такие как металл. оксиды и карбонаты. Однако, поскольку такие отложения безопаснее и легче удалять с помощью более мягких кислот, раствор чаще используется в ситуациях, когда высокая кислотность облегчает очистку, а не усложняет ее. Для субстратов с низкой толерантностью к кислотности предпочтителен щелочной раствор, состоящий из гидроксида аммония и перекиси водорода, известный как основная пиранья.
Безопасность и утилизация
Одна процедура нейтрализации включает в себя выливание раствора в стеклянный контейнер, наполненный по крайней мере в пять раз превышающим массу раствора льда, затем медленное добавление гидроксида натрия или калия до нейтрализации. Если льда нет, то раствор пираньи можно очень медленно добавлять к насыщенному раствору бикарбоната натрия в большом стеклянном контейнере с большим количеством нерастворенного бикарбоната на дне, которое обновляется, если он истощается. Бикарбонатный метод не является предпочтительным, так как он может переполняться пеной, если добавление происходит недостаточно медленно, и без охлаждения раствор становится очень горячим. [11]