Существует много разнообразных аппаратов, в которых образование газа происходит путем реакции между твердыми телами, жидкостями или растворами. По нашему мнению, ни одна из предложенных конструкций по простоте, целесообразности, дешевизне и долговечности не может соперничать с удобным для переноски аппаратом Киппа, предназначенным для загрузок кусками твердого вещества (рис. 116). Конечно, здесь исключается случай, когда недопустимы даже пары соответствующей жидкости, например, карбид кальция в приборе Киппа хранить нельзя. Само собой разумеется, что в аппарате Киппа синильную кислоту получать нельзя.
Для обычных работ второстепенные недостатки старой конструкции, широко применяемой в практике, могут быть легко устранены. Значительным усовершенствованием аппарата Киппа (рис.117) было предложенное Ф. Хейном применение пористой пластинки в боковом отводе.
Для приведения в действие аппарата из среднего шара удаляют воздух, если возможно, путем выкачивания при закрытом верхнем тубусе. После того как жидкость почти полностью смочит твердое заполнение, откачку прекращают, соединяют отвод с верхним шаром и некоторое время удаляют воздух через отвод. Удаление воздуха можно ускорить, бросая один или несколько кусков твердого вещества в трубку воронки, чтобы газ поднялся через трубку и вытеснил воздух из верхнего шара. В этом случае при интенсивном газообразовании, действуя спускным краном, практично перегнать жидкость как можно выше в верхний шар. Ртутный вентиль надевают только после полного удаления воздуха. Небольшая пористая пластинка в отводе служит счетчиком пузырьков. Применявшееся прежде кипячение воды и мрамора для загрузки аппарата стало полностью эффективным только после введения усовершенствования Хейна, сделавшего аппарат герметичным.
Возможность попадания мелких кусочков из среднего шара в нижний предупреждают вкладыванием двух стеклянных палочек, изогнутых в виде полуколец. Можно также вставлять трубку воронки в добавочную стеклянную манжету (рис. 116).
Чтобы полностью гарантировать жидкость от повышенного давления или переливания вследствие случайного газообразования, снабжают горло верхнего шара предохранительной воронкой для выпуска газа.
Для маленьких количеств целесообразен аппарат, изображенный на рис. 118. Он сделан из тонкого стекла и поэтому может нагреваться. В нем вставлена металлическая сетка для разделения твердого и жидкого наполнения. К нему, так же как и к аппарату Киппа, легко присоединить отводную трубку и ртутный вентиль.
Для получения газов путем реакции двух жидкостей, например, хлористого водорода из дымящей соляной и концентрированной серной кислот, особая аппаратура не является необходимой.
Само собой разумеется, что для получения чистых газов пользуются только абсолютно чистыми исходными материалами.
Водород. 1. Из цинка и соляной кислоты в аппарате Киппа. Применяют цинк в палочках; соляную кислоту уд. в. 1,19 разбавляют равным объемом воды и активируют раствором сернокислой меди. Абсолютно чистый цинк очень дорог, однако все другие сорта содержат мышьяк и карбиды. 2. Электролизом 30-проц. раствора едкого натра. В продаже имеются соответствующие аппараты, включаемые непосредственно в осветительную электрическую сеть. Описание этих аппаратов мы не приводим. Очистка производится так же, как и очистка водорода из баллонов (см. ниже).
Кислород. 1. Из бертолетовой соли и двуокиси марганца. Предполагаем, что способ известен. Возможные загрязнения: хлор, двуокись хлора, углекислый газ, хлористый водород, озон, азот и пыль. Полученный кислород фильтруют через стеклянную вату, промывают раствором едкого кали 1:1, затем серной кислотой; пропускают над серебром, нагретым до темно-красного каления; снова пропускают через раствор щелочи, над твердым едким кали или натронным асбестом и в заключение над фосфорным ангидридом, при этом азот не удаляется. 2. Путем электролиза. Для химических целей способ едва ли пригоден. 3. Из чистой 30-проц. перекиси водорода путем каталитического разложения. И. Крутцш и X. Кале описали соответствующий аппарат (рис. 119), который можно легко изготовить лабораторными средствами. В продаже существуют «перлы для разложения», которые можно применять вместо платины. Из 1 л 30-проц. перекиси водорода получают 109 л кислорода, причем количество примесей меньше (после высушивания).
Можно также осажденную двуокись марганца в зернах обрабатывать подкисленным 3-проц. раствором перекиси водорода. Об очистке см. ниже.
Углекислый газ. 1. Очень чистый углекислый газ получают из мрамора и соляной кислоты (1 объем соляной кислоты уд. в. 1,19 + 1 объем воды) в аппарате Киппа с отводной трубкой и ртутным вентилем. Мрамор не кипятят, а помещают в большую банку и обливают соляной кислотой. При этом грубые загрязнения осаждаются в виде шлама и могут быть смыты. Для микроаналитических целей операцию повторяют еще раз; мрамор оставляют лежать под слоем образовавшегося концентрированного раствора хлористого кальция. Обработка соляной кислотой выветрившейся поверхности мрамора эффективнее, нежели кипячение, а если включения газа имеются внутри мрамора, то и кипячение не поможет. Вместо мрамора и соляной кислоты для получения углекислого газа можно применять сплавленный углекислый натрий и серную кислоту.
Для очистки углекислоту промывают водой и двууглекислым натрием; для высушивания употребляют серную кислоту и фосфорный ангидрид. Следы сероводорода удаляют с помощью раствора сернокислой меди, которым пропитана пемза. Последние следы кислорода удаляют путем пропускания через накаленную докрасна медь. 2. Очень чистый углекислый газ можно получить путем нагревания двууглекислого натрия в закрытой с одного конца трубке для сожжения. Трубку полностью заполняют кусочками двууглекислого натрия величиной с горох, эвакуируют и начинают нагревать с закрытого конца. Выделяющийся углекислый газ, кроме пыли и влаги, не содержит никаких других загрязнений.
Окись углерода. 1. Из муравьиной и серной кислот. Концентрированную серную кислоту нагревают в газообразователе до 120—150°, затем по каплям приливают, по возможности, высокопроцентную муравьиную кислоту, и газ длительное время хорошо выделяется без дальнейшего нагревания. Загрязнения: пары кислот, углекислый газ, остатки воздуха и влага. Промывают раствором едкого кали, пропускают над раскаленной медью и высушивают серной кислотой или фосфорным ангидридом. Азот, содержавшийся в примеси воздуха, удалить нельзя. 2. Из железистосинеродистого калия и концентрированной серной кислоты. 3. Из щавелевой кислоты и концентрированной серной кислоты. Два последних метода не имеют никаких преимуществ: при обезвоживании щавелевой кислоты образуются эквимолярные количества СО и СO2, следовательно, приходится удалять углекислый газ.
Хлор. Природный пиролюзит вследствие содержания в нем карбонатов и сульфидов так же практически малопригоден для получения хлора, как и искусственный. Эти методы, пригодные для многих препаративных целей, здесь разбираться не будут. 1. Хлор в чистом виде получают реакцией между соляной кислотой и двухромовокислым калием, идущей при нагревании; двухромовокислый калий помещают в сосуд для образования газа, который ставят на воронку Бабо и приливают из капельной воронки соляную кислоту (3 объема соляной кислоты уд. в. 1,19 + 1 объем воды) и при необходимости несильно нагревают. 2. Очень удобно получать хлор из твердого марганцовокислого калия и соляной кислоты уд. в. 1,16 (без примеси серной); если необходимо, можно применять охлаждение. Ведекинд описал практичный аппарат. Однако можно с таким же успехом применять обыкновенные газообразователи. Хлор, полученный из соляной кислоты и марганцовокислого калия, всегда содержит довольно много кислорода. Об очистке см. ниже. В аппарате Киппа хлор можно получать из кусковой хлорной извести и соляной кислоты.
Хлористый водород. 1. Концентрированную серную кислоту приливают к концентрированной соляной кислоте или наоборот, причем тотчас же выделяется очень сухой хлористый водород. 2. В аппарате Киппа из нашатыря в кусках и серной кислоты любой концентрации (конечно, не слишком разбавленной). Так как применяемые реактивы очень чисты, загрязнениями могут быть только воздух и влага. Кислород можно удалить промыванием 15-проц. раствором треххлористого титана. Для высушивания применяют хлористый кальций и серную кислоту. Фосфорный ангидрид лучше не употреблять, так как он реагирует с хлористым водородом [см. примечание 44].
Бромистый водород. 1. К 1 части красного фосфора, смешанной с 2 частями воды, постепенно приливают из капельной воронки при постоянном перемешивании 10 частей брома. 2. По Кемпфу, равномерный сильный ток бромистого водорода получают при вливании по каплям 125 г брома к 50 г кипящего тетралина. 3. Для постоянного получения больших количеств бромистого водорода может служить способ, предложенный Л. Кляйзеном и О. Ейслебом, преимущество которого в том, что бромистый водород получается в количестве больше 50% на взятый бром. Водород пропускают над бромом, нагретым до 45°; смесь водорода и паров брома пропускают через слой платинированного кварца толщиной 5 см, который находится в трубке для сожжения или в другом сосуде с электрическим обогревом. Температура контакта не указана. Если регулировать скорость тока, то реакцию можно вести количественно. Излишек водорода почти никогда не вредит. Можно применять платиновую проволоку, навитую на палочку из кварцевого стекла, и вести нагревание до 600—700°. Примесь брома в бромистом водороде можно удалить при помощи влажного красного фосфора, антрацена и железного купороса. Высушивание ведут бромистым кальцием.
Йодистый водород. Самый лучший и удобный метод получения состоит в нагревании чистой йодистоводородной кислоты в слабом токе водорода. Высушивают над йодистым кальцием; йод удаляют путем пропускания через U-образную трубку, заполненную асбестом с нанесенным на нем красным фосфором; высушивают фосфорным ангидридом. Для полной очистки вымораживают с помощью твердой углекислоты (т. пл. –51°) и проводят фракционированное испарение (т. кип. йодистого водорода –35°). Йодистый водород, как известно, очень чувствителен к свету.
Метан. 1. Метан удобнее всего получать из продажного карбида алюминия и воды. Очистка полученного газа очень сложна. 2. Из натронной извести и уксуснокислого натрия: 750 г едкого натра растворяют в 800 г кипящей воды в большой железной чашке, прибавляют 750 г уксуснокислого натрия и перемешивают до полного растворения. Затем прибавляют 1250 г грубо измельченного гидрата окиси кальция. Смесь хорошо перемешивают и высушивают в газовой печи; еще в горячем состоянии ею заполняют железную реторту. Метан образуется при медленном нагревании до начала красного каления. Загрязнения: водород, кислород, этилен, углекислый газ, азот и влага. Высушивают концентрированной серной кислотой; для удаления этилена применяют 20-проц. олеум; промывают раствором едкого кали 1:2 и пропускают над окисью меди, нагретой до 200°. Для высушивания применяется хлористый кальций и фосфорный ангидрид. 3. Из йодистого метила. Зерненый цинк обливают 2-проц. раствором медного купороса, слегка подкисленным серной кислотой, и взбалтывают до обесцвечивания раствора. Эта операция повторяется 3 раза. После этого промывают водой и прополаскивают спиртом. Пару цинк — медь, содержащую еще следы спирта, загружают в склянку Вульфа с двумя тубусами, наполняя также трубку диаметром 7 мм, вставленную в один из тубусов. В другой тубус вставляют капельную воронку, из которой медленно приливают спиртовый раствор йодистого метила. Склянка Вульфа должна быть целиком заполнена омедненными гранулами цинка. Образование метана можно ускорить нагреванием до 40°. Выделившийся метан содержит водород, йодистый метил, спирт, следы этана и воздух. Для удаления йодистого метила и спирта, если только возможно, лучше всего производить вымораживание со смесью эфир — углекислота (т. кип. метана –164°). Если это невозможно, то нужно включить несколько U-образных трубок, загруженных омедненным цинком, пропитанным спиртом, и спирт отмывать концентрированной серной кислотой. Вследствие этого в приборе возникает довольно большое вредное пространство, с которым в случае вымораживания не приходится иметь дела. Водород связывается, так же как и выше, окисью меди; восстановленная медь соединяется с остатками кислорода. Пары йодистого метила абсорбируются олеумом, который одновременно связывает спирт.
Аммиак обыкновенно получают нагреванием высококонцентрированного раствора аммиака и освобождают от воды с помощью извести. Аммиак, полученный таким способом, содержит, так же как аммиак из баллонов, пиридин, метиламин, пиррол и т.д. Поэтому в случае необходимости иметь чистый газ применяют чистый азотнокислый аммоний, который перемешивают с 2—3 частями гидрата окиси кальция и 2—3 частями воды. Очистка и высушивание производятся, как указано ниже для аммиака, из баллонов или при помощи ожижения со смесью эфир — углекислота (т. кип. аммиака –33,5°).
Окись азота. Азотную кислоту уд. в. 1,1—1,2 приливают к обезжиренным обрезкам листовой меди или к другим медным отходам. В случае необходимости интенсивность реакции уменьшают охлаждением водой. Выделяющаяся окись азота загрязнена азотом, закисью азота, двуокисью азота и следами кислорода. Для удаления двуокиси азота промывают 5 н. раствором едкого кали, затем 90-проц. серной кислотой и сушат над фосфорным ангидридом. Закись азота и кислород могут быть удалены путем вымораживания окиси азота жидким воздухом и дробной перегонкой. Подробные сведения можно найти у Мозера.
Двуокись азота. 1. Путем нагревания азотнокислого свинца, смешанного с равным объемом песка. Если необходим чистый продукт, то в смеси лед — поваренная соль его конденсируют в виде N2O4 (т. кип. 22°) и фракционируют. 2. Для многих препаративных целей пригодна смесь N2O3 и NО2, образующаяся при нагревании мышьяковистого ангидрида с концентрированной или сырой дымящей азотной кислотой. Смесь газов можно высушить хлористым кальцием, сконденсировать, а затем пропускать кислород, пока не останется только NO2. При работах с двуокисью азота нужно применять шлифы или хорошо пропарафинированные корковые пробки.
Хлористый нитрозил. 127 г безводной нитрозилсерной кислоты смешивают с 58,5 г поваренной соли и нагревают на водяной бане. Выделяющийся желтый газ конденсируется смесью лед — поваренная соль (т. кип. хлористого нитрозила –5,6°). При работе с хлористым нитрозилом применяют шлифы или хорошо пропарафинированные корковые пробки.
Этилен. 1. Из спирта и серной кислоты. 2. Из спирта и фосфорной кислоты. Оба метода получения мы предполагаем известными. Они дают очень загрязненный этилен, который можно очистить с успехом только путем конденсации при охлаждении жидким воздухом (т. кип. этилена –103°). Так как этилен затвердевает при –169°, нужно применять соответствующий сосуд. 3. Из цинка и бромистого этилена. Зерненый цинк нагревается на водяной бане с обезжиренными медными стружками, этиловым спиртом и бромистым этиленом. Так как реакция протекает очень бурно, предусматривают возможность охлаждения или разбавляют спирт водой, вследствие чего возникают два слоя. Загрязнения: бром, пары спирта, воздух и влага. Бром и спирт вымораживаются смесью эфир — углекислота. Для удаления кислорода применяют щелочной раствор гидросульфита кальция. Для высушивания применяют серную кислоту.
Озон. Практически озон можно получить только в смеси с кислородом при помощи тихого разряда в трубке Бертло (рис. 120). В открытую внутреннюю часть трубки наливается подкисленная серной кислотой вода, в которую погружают медную проволоку. Сама трубка находится в подкисленной воде и почти касается металлического листа, служащего второй обкладкой. Проволока и металлический лист соединяются с полюсами искрового индуктора; 2—4 трубки Бертло включаются последовательно, внутренние проволоки — параллельно. В зависимости от размеров трубок, приложенного напряжения и частоты получают от 2 почти до 20% озона.
Кислород высушивается хлористым кальцием и фосфорным ангидридом; пропускается со скоростью до 0,5 л/мин. Если в примененном кислороде была примесь азота, то может образоваться окись азота. Для ее удаления смесь кислорода и озона пропускают над едким кали.
Озон быстро разъедает резину. Нужно применять шлифы, ртутные затворы или, во всяком случае, парафинированные корковые пробки.
Синильную кислоту получают из цианистого калия и серной кислоты. По Циглеру, концентрированный водный раствор цианистого натрия и смесь равных частей концентрированной серной кислоты и воды вливают из двух капельных воронок в не слишком маленькую колбу. Ниже отверстий капельных воронок подвешена на пробке маленькая воронка с сифоном; таким образом, реакция происходит в воронке; раствор сульфата отводится. Так как цианистый водород кипит при 26,5°, сушильные трубки надо помещать в теплую воду; высушивают хлористым кальцием.
Синильная кислота очень ядовита. С ней никогда не следует работать одному. Штейнкопф предложил аппарат для отмеривания синильной кислоты.
Ацетилен получают из карбида кальция действием 10-проц. раствора тростникового сахара. Для маленьких количеств можно применять велосипедные лампы. Для больших количеств — газогенераторы, снабженные предохранительной трубкой против повышения давления. Также практично устройство, которое предложил Хенле (рис. 121).
Ацетилен промывается солянокислым раствором сулемы, концентрированной азотной кислотой, содержащей азотнокислую медь, и раствором едкого натра. Для высушивания пригодно едкое кали.
|
На правах рекламы |
|
Здесь могла бы быть Ваша реклама |
|
Copyright © 2005-2012 Xenoid v2.0
Использование материалов сайта возможно при условии указания активной ссылки
Химия: решение задач