10.1. Приборы для получения газов. Часть 1
Для получения газов применяют большое число самых разнос разных приборов, которые можно условно разделить на четы группы: 1) приборы для взаимодействия твердых веществ с жидкостью, подводимой к веществу снизу; 2) приборы капельного действия; 3) приборы для взаимодействия жидкости с жидкостью и 4) приборы, в которых газ образуется при термическом разложении твердого вещества.
Приборы с подводом жидкого реагента снизу Одним из таких приборов является прибор Винклера (рис. 228) Чтобы получить газ, сосуд 1 с перфорированным дном, содержащий твердый реагент 4, опускают механическим приспособлением в жидкость 5, а затем извлекают из нее, когда газ уже нужен. Перед извлечением сосуда 1 кран на трубке 3 закрывают. Недостаток этого прибора - возможность проникновения воздуха в сосуд через перфорированное дно, когда прибор находится в нерабочем состоянии. Штуцер 2 служит для загрузки и выгрузки сосуда.
Винклер Клеменс Александр (1838 - 1904) - немецкий химик. Описанный прибор создан в 1882 г.
рис. 228. Приборы для получения газов подводом жидкости к твердому веществу снизу: Винклера (с), Гей-Люссака (б) и Сент-Клер-Девилля - Дебре (в)
В приборе Гей-Люссака (рис. 228,6) газовая камера 7 с перфорированным дном и отверстиями 6 постоянно находится в жидкости 5. Когда надобность в получении газа отпадает, закрывают кран на трубке 3, и газ вытесняет жидкость через твердый реагент 4 и перфорированное дно в нижнюю часть камеры 7, а оттуда через боковые отверстия 6 - в сосуд 5 с жидкостью. Через тубус 2 происходит загрузка и разгрузка прибора.
Наиболее простым из всех приборов первой группы являет прибор Дебре и Сент-Клер-Девилля (рис. 228,в), напоминающе прибор Винклера. Прибор состоит из двух склянок 1 и 5 с ниж ними тубусами. В склянку / помешают на дно слой из стекляной или полимерной ваты, а на этот слой - твердое вещество 4. В склянку 5 заливают жидкий реагент. При поднятии склянки 5 реагент проникает через резиновый шланг 7 и слой ваты к твердому веществу и вступает с ним в реакцию с выделением газа выходящего через кран 3. Когда газ не нужен, склянку с жидкостью опускают вниз, удаляя тем самым жидкость из твердого вещества. Остатки жидкости выдавливаются избыточным давлением газа. В этом приборе отработанную жидкость можно легко заменить свежей.
Дебре Анри Жюль (1827-1888) - французский химик-неорганик. Участвовал в изготовлении международных эталонов длины и массы - метра и килограмма
Сент-Клер-Девилль Анри Этьен (1818-1881) - французский химик-неорганик. Вместе с Дебре изготовил эталоны метра и килограмма.
Аппарат Киппа широко используется почти во всех лабораториях. Он состоит из колбы-реактора 4 (рис. 229, а), в которую, вынув верхнюю воронку 2, загружают кусочки твердого реагента 5. В нижнюю часть колбы вставлен вкладыш 6 в виде стеклянного конуса с волнистой боковой поверхностью. Вкладыш предотвращает попадание частиц твердого реагента 5 в нижний резервуар 8.
После загрузки твердого вещества в колбу 4 воронку 2 ставят на место, смазав предварительно одной из смазок, шлифованные поверхности. Через воронку наливают в аппарат жидкий реагент в таком количестве, чтобы колба 4 была заполнена наполовину, при этом кран выпуска газа 3 должен быть открыт. Образующийся газ выпускают из колбы в течение 5-10 мин для полного вытеснения воздуха Затем кран закрывают, и жидкость под давлением все еще образующегося газа вытесняется через резервуар 8 в воронку 2 В этой операции кран под воронкой должен быть открыт.
Пробка 7 резервуара 8 нужна для удаления из аппарата отработанной жидкости. Эта пробка вызывает часто неудобства в работе - подтекает или не открывается. Поэтому она должна быть тщательно пришлифована и смазана. Ее обычно закрепляют сильными пружинами, если у тубуса пробки 7 есть стеклянные крючки. При их отсутствии пробку надежно укрепляю проволокой.
Чтобы воспрепятствовать выходу газа и паров жидкого реагента, воронку 2 закрывают предохранительным сосудом 1, заполненным небольшим количеством воды.
Для разборки аппарата при смене реагентов сначала открывают пробку 7 и сливают жидкость. Затем заливают аппарат водой через воронку 2 и дают возможность воде промыть сосуды 2, 4 и 8, и снова воду спускают через тубус пробки 7. Только после этого вынимают кран 3 из аппарата, а за ним и воронку 2, и высыпают остатки твердого вещества 5. Промыв тщательно аппарат водой, собирают его так, как было описано выше.
Кипп Петр Якоб (1808-1864) - голландский химик и аптекарь. Аппарат изобрел в 1853 г.
Если у аппарата Киппа воронка 2 разбита или по каким-либо причинам отсутствует, то для получения газа можно применить аппарат Верховского (рис. 229,6), напоминающий прибор Дебре и Сент-Клер-Девилля. Для предотвращения уноса капельно-жидкой фазы склянку 2 закрывают резиновой пробкой с каплеуловителем Ульша-Геккеля (см. рис. 42,г). Преимущество аппарата Верховского по сравнению с аппаратом Киппа состоит в том, что в нем можно получить более значительное давление газа, кроме того он дешевле.
В двухпробирочном приборе (рис. 229,в) пробирка 2 имеет придонные отверстия 5, закрытые изнутри обрезками стеклянных трубок, пропускающих жидкий, но задерживающий твердый реагенты. Когда газ не нужен, то кран на трубке 7 закрывают, и избыточное давление газа выдавливает жидкость через слой стеклянных трубок и отверстия 5 в кольцевое пространство между пробирками 2 и 4. Внутренняя пробирка опирается на пробку 6 из полиэтилена. Трубка 3 служит для сообщения прибора с атмосферой.
В U-образном приборе (рис. 229,г), предназначенном чаще всего для аналитических целей, твердый реагент 4 загружают в сосуд 3, открыв пробку 7, на небольшой пористый диск 5. Образующийся газ выпускают через трубку 2, снабженную краном.
В табл. 33 приведены некоторые газы, получаемые с использованием приборов и аппаратов, представленных на рис. 228 и 229, и перечислены твердые и жидкие реагенты.
Здесь необходимы некоторые комментарии. Мрамор (карбонат кальция СаСO3), используемый для получения диоксида углерода, из-за пористости непосредственно в приборы не загружают, так как в этом случае газ будет содержать примесь воздуха. Кусочки мрамора предварительно обрабатываю разбавленной хлороводородной кислотой (15%) и затем кипятят в чистой воде около 10-15 мин. После этого их помещают на дно вакуум-эксикатора, заливают водным раствором СаСl2 и откачивают водоструйным насосом до прекращения выделения пузырьков воздуха.
Кубики из хлорной извести для получения хлора или кисло рода готовят смешиванием 100 г ее с 25 г гипса и небольших количеством воды до кашеобразного состояния. Затем кашицей заполняют формы размером 15x15 мм. Бромоводородную и йодоводородную кислоты получают в небольших количествах в приборах, представленных на рис. 229,в,г. Если нужен HBr, tot сосуд 3 (рис. 229,г) или в пробирку 2 (рис. 229,<?) загружают кусочки белого фосфора. Жидким реагентом является бромная вода. Когда необходимы небольшие количества иодоводородной кислоты, то те же сосуды заполняют асбестовой или стеклянной ватой, смешанной с Р4О10. Жидким реагентом в этом случае служит 60%-я иодоводородная кислота.
Приборы капельного действия имеют капиллярные трубки (рис. 230), через которые жидкий реагент поступает по каплям твердому реагенту 10, находящемуся в реакционном сосуде
Все сосуды капельных аппаратов являются склянками Салюцo-Вульфа (см. рис. 29), но можно использовать и обычные колбы с резиновыми пробками, через которые пропущены стеклянные трубки.
Образующийся газ выпускают через кран 4, трубку которого соединяют при помощи резинового шланга с прибором потребителем газа. Когда газ не нужен, кран 4 закрывают, избыток газа либо начинает вытеснять жидкий реагент через слой стекловаты 7 в сосуд 6 (рис. 230, в,г), либо попадает до превкращения реакции через капилляр 3 в буферный сосуд 6 (Рис. 230,а,б).
Отличительной особенностью капельных аппаратов является полное использование жидкого реагента. Он не смешивается после прекращения реакции со свежими порциями, так как его удаляют через кран 8 (рис. 230,я,б) или сбрасывают в аппаратах Парсонса и Хониша через сифон Р (рис. 230, в,г).
Аппараты Оствальда и Мак-Кея. Недостаток аппаратов Оствальда (рис. 230,о), изобретенного в 1892 г., и Мак-Кея (рис. 230,6), предложенного в 1907 г., состоит в том, что после закрывания крана 4 реакция получения газа будет продолжаться до тех пор, пока жидкий реагент, оставшийся в твердом веществе 10, полностью не израсходуется. Правда, это случается только тогда, когда скорость потока жидкости через капилляр больше скорости реакции. Другой недостаток аппаратов Оствальда и Мак-Кея - необходимость тщательного выбора диаметра капилляра 3. Газ, находящийся в реакционном сосуде 5 под избыточным давлением, может через сравнительно большой диаметр капилляра прорваться в буферный сосуд 6 (рис. 230,а,б) и перекрыть поток жидкого реагента.
В аппарате Хониша (рис. 230,г) образование газа происходит в замкнутой системе, что позволяет создавать при помощи трех кранов 4, 11 и 12 большое дополнительное давление в сосуде 5. регулировать скорость выделения газа и удалять воздух из жидкого реагента, залитого в сосуд 1. Последнюю операцию выполняют, закрыв краны 4 и 11 и открыв кран 12. Образующийся сосуде 5 газ через капилляр 3 и нижний тубус склянки 1 проходит через жидкость. Газ получают в приборе Хониша (рис. 230,г) при открытых кранах 4 и 11 и закрытом кране 12. Во всех рассмотренных аппаратах загрузку свежей порции твердого реагента 10 осуществляют через тубус 2.
К такому же типу аппаратов, т. е. с подачей жидкости сверху к твердому реагенту, принадлежат и простые установки, приведенные на рис. 231. Для ускорения реакции в них предусмотрено применение колбонагревателей 5 .
Другие части:
10.1. Приборы для получения газов. Часть 1
10.1. Приборы для получения газов. Часть 2