Аппарат Киппа , также называемый генератором Киппа , - это аппарат, предназначенный для подготовки небольших объемов газов . Он был изобретен примерно в 1844 году голландским фармацевтом Петрусом Якобусом Киппом и широко использовался в химических лабораториях и для демонстрации в школах во второй половине 20 века.
Позже он вышел из употребления, по крайней мере, в лабораториях, потому что большинство газов затем стали доступны в небольших газовых баллонах . Эти промышленные газы намного чище и суше, чем газы , изначально получаемые из аппарата Киппа без дальнейшей обработки.
Конструкция и работа
Аппарат обычно сделан из стекла , а иногда из полиэтилена и состоит из трех вертикально установленных друг на друга камер, примерно напоминающих снеговика. Верхняя камера проходит вниз в виде трубки, которая проходит через среднюю камеру в нижнюю камеру. Между средней и верхней камерами нет прямого пути, но средняя камера отделена от нижней камеры удерживающей пластиной, такой как конический кусок стекла с небольшими отверстиями, через который проходит жидкость и газ. Твердый материал (например, сульфид железа) помещается в среднюю камеру кусками достаточно большого размера, чтобы избежать падения через удерживающую пластину. Жидкость, например кислота, заливается в верхнюю камеру. Хотя кислота может свободно стекать по трубке в нижнюю камеру, ей препятствует поднятие там давления газа, содержащегося над ней, который может покинуть устройство только с помощью запорного крана в верхней части средней камеры. . Этот запорный кран может быть открыт сначала, чтобы позволить воздуху покинуть устройство, позволяя жидкости в нижней камере подниматься через удерживающую пластину в среднюю камеру и реагировать с твердым материалом. В результате этой реакции выделяется газ, который при желании можно отводить через запорный кран. Когда запорный кран закрыт, давление выделяющегося газа в средней камере повышается и толкает кислоту обратно в нижнюю камеру, пока она не перестанет контактировать с твердым материалом. В этот момент химическая реакция прекращается, пока снова не откроется запорный кран и не будет откачано больше газа.
Генераторы Киппа работают должным образом описанным образом только в том случае, если твердый материал нерастворим в кислоте, поскольку в противном случае растворенный материал продолжал бы выделять газ даже после падения уровня. Полученный газ часто требует дополнительной очистки и / или сушки из-за содержания водяного пара и, возможно, тумана, если реакция идет интенсивно.
Примеры подготовленных газов и их выбросов
Для успешного использования в аппарате Киппа твердый материал должен быть достаточно большим, чтобы оставаться на удерживающей пластине и не проваливаться через ее отверстия.
- Водород из хлопьев цинка или железа и соляная кислота или разбавленная серная кислота
- Углекислый газ из кусков мрамора ( карбонат кальция ) и соляная кислота
- Сероводород из сульфида железа (II) и соляной кислоты
- Ацетилен из карбида кальция и воды
- Метан из карбида алюминия и теплой воды, дейтерированный метан (CD 4 ) из карбида алюминия и тяжелой воды
- Хлор из перманганата калия , гипохлорита кальция или диоксида марганца и соляной кислоты; также из феррата бария и соляной кислоты
- Кислород из гипохлорита кальция и перекиси водорода с небольшим количеством азотной кислоты ; также из феррата бария и разбавленной серной кислоты
- Озон из перекиси бария и концентрированной серной кислоты
- Оксид азота из медной стружки и разбавленная азотная кислота
- Двуокись азота из медной стружки и концентрированная азотная кислота
- Аммиак из нитрида магния и воды, дейтерированный аммиак при использовании тяжелой воды; [1] также из оксида кальция и раствора хлорида аммония.
- Окись углерода из пемзы, пропитанной щавелевой кислотой и концентрированной серной кислотой
- Диоксид серы из пемзы, пропитанной метабисульфитом натрия (или достаточно крупными кусочками метабисульфита натрия) и концентрированной серной кислотой, или из гидросульфита натрия и концентрированной серной кислоты
- Хлороводород можно получить из кусков хлорида аммония и концентрированной серной кислоты [2]
Как правило, слабокислые газы могут выделяться из их солей металлов разбавленными кислотами, а иногда и просто водой: [1]
- Сероводород из сульфидов металлов
- Селенид водорода из селенидов , например селенид алюминия
- Теллурид водорода из теллуридов , например теллурид алюминия
- Некоторые углеводороды можно получить из определенных карбидов.
- Метан из метанидов
- ацетилен из ацетилидов
- Метилацетилен и пропадиен из сесквикарбидов, например карбида магния.
- Аммиак из некоторых нитридов , например нитрида магния
- Фосфин из фосфидов , например фосфид кальция (часто образуется вместе с небольшим количеством дифосфана )
- Арсин из арсенидов , например арсенида цинка
- Стибин из антимонидов , например антимонида магния
- Силаны из некоторых силицидов (аналог углеводородов с числом атомов кремния, соответствующим структуре силицид-аниона, иногда большее количество получают из того же соединения; например, силан, дисилан и трисилан из разложения силицида магния )
- Германиды из германидов , например германид магния
- Станнаны из станнидов , например станнид магния
- Бораны из боридов (например , тетраборан из магния борида , алюминий борида , или бериллиевого борида и кислоты)
- Фтористый водород может быть получен из концентрированной серной кислоты и, например, фторида кальция.
- Бромистый водород можно получить из бромидов с помощью концентрированной фосфорной кислоты (концентрированная серная кислота является слишком окисляющей).
Вариант устройства может быть использован для реакции между двумя жидкими прекурсорами. В качестве обратного клапана должна быть добавлена ловушка для ртути, а средняя колба заполняется инертным пористым материалом, например пемзой , на которую падает один из прекурсоров. [3]
- Хлороводород получают из соляной кислоты и концентрированной серной кислоты.
- Сероводород из концентрированного раствора сульфида натрия и разбавленной серной кислоты
- Диоксид серы из 40% раствора метабисульфита натрия и концентрированной серной кислоты
- Оксид азота из хлорида железа в соляной кислоте и 20% растворе нитрита натрия
- Триоксид диазота , он же азотистый ангидрид, из 20% раствора нитрита натрия и концентрированной серной кислоты.
- Окись углерода из концентрированной муравьиной кислоты и концентрированной серной кислоты.
Дальнейшие газовые обработки
Приготовленный газ обычно нечистый, загрязненный мелкодисперсным аэрозолем реагентов и водяным паром. Перед дальнейшим использованием газы, возможно, потребуется отфильтровать, промыть и высушить.
Водород можно отмыть от сульфана, арсина и кислорода с последующим барботированием через растворы ацетата свинца , нитрата серебра и щелочной пирогалловой кислоты . [4]
Кислые газы (например, сероводород, хлористый водород, диоксид серы) можно сушить с помощью концентрированной серной кислоты или пятиокиси фосфора . Основные газы (например, аммиак) можно сушить оксидом кальция , гидроксидом натрия или натронной известью .
Утилизация газов может быть осуществлена путем сжигания легковоспламеняющихся газов (оксид углерода, водород, углеводороды), абсорбции их водой (аммиак, сероводород, диоксид серы, хлор) или их реакции с подходящим реагентом. [2]
Варианты
Существует множество вариантов газодобывающего аппарата. Некоторые подходят для производства большего количества газов (Гей-Люссак и Верховский), некоторые - для меньшего (Кирюшкин, U-образная трубка).
А огниво дёберейнер представляет собой небольшой аппарат модифицированного Kipp для получения водорода. Водород проходит над катализатором из платиновой губки , где он вступает в реакцию с кислородом воздуха, нагревает катализатор и воспламеняется от него, образуя слабое пламя. Он был коммерциализирован для разжигания костров и труб. Говорят, что в 1820-х годах было продано более миллиона «трутовиков» («Feuerzeug»). [5]
дальнейшее чтение
- Гриффин, Джон Джозеф (1860). Химические развлечения: популярное руководство по экспериментальной химии (10-е изд.). Джон Джозеф Гриффин. п. 616 . Проверено 12 ноября 2007 .
аппарат Киппа.
- Селла, Андреа (ноябрь 2007 г.). "Аппарат Киппа" . Мир химии : 81 . Проверено 13 ноября 2007 .
- Аппарат Киппа - подробное объяснение с изображениями и ссылками
Рекомендации
- ^ а б Эгон Виберг; Нильс Виберг (2001). Неорганическая химия . Академическая пресса. С. 267–. ISBN 978-0-12-352651-9.
- ^ а б Ласло Эрдей (22 октября 2013 г.). Гравиметрический анализ: Международная серия монографий по аналитической химии . Эльзевир. С. 221–. ISBN 978-1-4832-2259-2.
- ^ http://users.humboldt.edu/rpaselk/MuseumProject/Instruments/Kipp-Erdmann/GasCurrents.htm
- ^ Dunn, CL; Пандья, Д.Д. (22.10.2013). Химия и бактериология общественного здравоохранения . ISBN 9781483195537.
- ^ Томас, Джон Мейриг; Томас, У. Джон (февраль 2015 г.). Принципы и практика гетерогенного катализа (Google Книги) (2-е изд.). Джон Вили и сыновья. С. 16–17. ISBN 9783527314584.
Внешние ссылки
- Демонстрация аппарата Киппа в Периодической таблице видео