Аппарат Киппа

Аппарат Киппа , также называемый генератором Киппа , — аппарат, предназначенный для приготовления небольших объёмов газов . Он был изобретен примерно в 1844 году голландским фармацевтом Петрусом Якобусом Киппом и широко использовался в химических лабораториях и для демонстраций в школах во второй половине 20 века.

Позже он вышел из употребления, по крайней мере, в лабораториях, поскольку большинство газов тогда стало доступно в небольших газовых баллонах . Эти промышленные газы гораздо чище и суше, чем те, которые изначально были получены в аппарате Киппа без дальнейшей обработки.

Конструкция и эксплуатация

Аппарат обычно изготавливается из стекла , а иногда и из полиэтилена , и состоит из трех вертикально расположенных камер, примерно напоминающих снеговика. Верхняя камера простирается 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 удерживающей пластиной, такой как конический кусок стекла с небольшими отверстиями, который обеспечивает прохождение жидкости и газа. Твердый материал (например, сульфид железа) помещается в среднюю камеру кусками, достаточно большими, чтобы избежать падения через удерживающую пластину. Жидкость, например кислота, заливается в верхнюю камеру. Хотя кислота может свободно стекать по трубке в нижнюю камеру, подъему ее туда препятствует давление содержащегося над ней газа, который может покинуть аппарат только запорным краном в верхней части средней камеры. . Этот запорный кран можно открыть сначала для того, чтобы позволить воздуху выйти из устройства, позволяя жидкости в нижней камере подняться через удерживающую пластину в среднюю камеру и вступить в реакцию с твердым материалом. В результате этой реакции выделяется газ, который при желании можно отвести через запорный кран. Когда запорный кран закрывается, давление выделяющегося газа в средней камере повышается и выталкивает кислоту обратно в нижнюю камеру до тех пор, пока она больше не перестанет контактировать с твердым материалом. В этот момент химическая реакция останавливается до тех пор, пока запорный кран не откроется снова и не выйдет больше газа.

Генераторы Киппа работают должным образом только в том случае, если твердый материал нерастворим в кислоте, поскольку в противном случае растворенный материал будет продолжать выделять газ даже после падения уровня. Произведенный газ часто требует дальнейшей очистки и/или сушки из-за содержания водяного пара и, возможно, тумана, если реакция протекает энергично.

Примеры для готовых газов и их продуктов

Для успешного использования в аппарате Киппа твердый материал должен иметься в виде комков, достаточно больших, чтобы оставаться на удерживающей пластине, не проваливаясь через ее отверстия.

Водород из железных хлопьев или цинка и соляной кислоты или разбавленной серной кислоты соответственно.
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 разбавленной азотной кислоты
Диоксид 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
Угарный газ из пемзы , пропитанной щавелевой кислотой и концентрированной серной кислотой.
Диоксид серы из пемзы, пропитанной метабисульфитом натрия (или достаточно крупными кусками 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 ]}

Обычно слабокислые газы можно выделить из солей металлов разбавленными кислотами, а иногда и просто водой: ^{[ 1 ]}

Сероводород из сульфидов металлов
Селеноводород из селенидов , например селенида алюминия.
Теллурид водорода из теллуридов , например теллурид алюминия
Некоторые углеводороды можно получить из определенных карбидов.
- Метан из метаноидов
- ацетилен из ацетилидов
- Метилацетилен и пропадиен из сесквикарбидов, например карбида магния.
Аммиак из некоторых нитридов , например нитрида магния.
Фосфин из фосфидов , например фосфида кальция (часто производится вместе с небольшим количеством дифосфана )
Арсин из арсенидов , например арсенида цинка
Стибин из антимонидов , например антимонида магния
Силаны из некоторых силицидов (аналог углеводородов, количество атомов кремния соответствует структуре силицид-аниона, иногда больше получается из одного и того же соединения; например, силан, дисилан и трисилан в результате разложения силицида магния )
Германиды из германидов , например германида магния
Станнаны из станнидов , например станнид магния
Бораны из боридов (например, тетраборан из борида магния , борида алюминия или борида бериллия и кислоты)
Фтороводород можно получить из концентрированной серной кислоты и, например, фторида кальция.
Бромоводород можно получить из бромидов с концентрированной фосфорной кислотой (концентрированная серная кислота слишком окисляющая)

Вариант устройства можно использовать для реакции между двумя жидкими предшественниками. В качестве обратного клапана необходимо добавить ртутную ловушку, а среднюю колбу заполнить инертным пористым материалом, например пемзой , на которую капают 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 азота , он же азотистый ангидрид, из 20% раствора нитрита натрия и концентрированной серной кислоты.
Оксид углерода из концентрированной муравьиной кислоты и концентрированной серной кислоты.

Дальнейшая обработка газа

Подготавливаемый газ обычно является нечистым, загрязненным мелкодисперсными аэрозолями реагентов и водяными парами. 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 концентрированной серной кислотой или пятиокисью фосфора . Основные газы (например, аммиак) можно осушать оксидом кальция , гидроксидом натрия или натронной известью .

Утилизация газов может осуществляться путем сжигания горючих газов (окись углерода, водород, углеводороды), поглощения их водой (аммиак, сероводород, диоксид серы, хлор) или взаимодействия с подходящим реагентом. ^{[ 2 ]}

Варианты

Существует множество вариантов газодобывающего аппарата. Некоторые пригодны для получения большего количества газов (Гей-Люссак и Верховский), некоторые — для меньшего количества (Кирюшкин, U-образная трубка).

— Лампа Деберейнера это небольшой модифицированный аппарат Киппа для производства водорода. Водород подается через платиновый губчатый катализатор , где он вступает в реакцию с кислородом воздуха, нагревает катализатор и воспламеняется от него, образуя слабое пламя. Его использовали в коммерческих целях для зажигания костров и труб. Говорят, что в 1820-е годы было продано более миллиона «трутниц» («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 г. Аппарат Киппа.
Селла, Андреа (ноябрь 2007 г.). «Аппарат Киппа» . Мир химии : 81 . Проверено 13 ноября 2007 г.
Аппарат Киппа - подробное объяснение с картинками и ссылками.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Эгон Виберг; Нильс Виберг (2001). Неорганическая химия . Академическая пресса. стр. 267–. ISBN 978-0-12-352651-9 .
^ Jump up to: ^а ^б Ласло Эрдей (22 октября 2013 г.). Гравиметрический анализ: Международная серия монографий по аналитической химии . Эльзевир. стр. 221–. ISBN 978-1-4832-2259-2 .
^ «Документ без названия» . Архивировано из оригинала 25 декабря 2016 г.
^ Данн, CL; Пандия, Д.Д. (22 октября 2013 г.). Химия и бактериология общественного здравоохранения . ISBN 9781483195537 .
^ Томас, Джон Мейриг; Томас, В. Джон (февраль 2015 г.). Принципы и практика гетерогенного катализа (Google Книги) (2-е изд.). Джон Уайли и сыновья. стр. 16–17. ISBN 9783527314584 .

Внешние ссылки

Демонстрация аппарата Киппа в Периодической таблице видео

[WibergWiberg2001-1] Jump up to: ^а ^б Эгон Виберг; Нильс Виберг (2001). Неорганическая химия . Академическая пресса. стр. 267–. ISBN 978-0-12-352651-9 .

[Erdey2013-2] Jump up to: ^а ^б Ласло Эрдей (22 октября 2013 г.). Гравиметрический анализ: Международная серия монографий по аналитической химии . Эльзевир. стр. 221–. ISBN 978-1-4832-2259-2 .

[3] «Документ без названия» . Архивировано из оригинала 25 декабря 2016 г.

[4] Данн, CL; Пандия, Д.Д. (22 октября 2013 г.). Химия и бактериология общественного здравоохранения . ISBN 9781483195537 .

[5] Томас, Джон Мейриг; Томас, В. Джон (февраль 2015 г.). Принципы и практика гетерогенного катализа (Google Книги) (2-е изд.). Джон Уайли и сыновья. стр. 16–17. ISBN 9783527314584 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]