Оглавление | Видео опыты по химии | Видео опыты по физике | На главную страницу |
Химия и Химики № 1 2020 Журнал Химиков-Энтузиастов |
Получение водорода электролизом (для каталитического гидрирования при атмосферном давлении) Preparation of hydrogen by electrolysis (for catalytical hydrogenation under atmospheric pressure) Доброе тепло |
Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter
Образующийся в процессе электролиза водород собирают в газометр. Водород поступает в газометр через насадку от склянки Дрекселя с краном. При небольшом повороте крана создается сопротивление истечению воды, чтобы сбор газа проходил под небольшим избыточным давлением (несколько мм. водного ст.). Это подстраховка от некоторой остаточной негерметичности системы.
У этого газа заметная диффузия через обычные резиновые трубки (через силиконовые она еще больше). Лучше их в этом отношении изделия из полипропилена, поливинилхлорида. Хотя по удобству монтажа полимерных трубок на стеклянные отводы, на мой взгляд, эти материалы располагаются в обратном порядке. В идеале рекомендуется максимально, где это возможно, использовать для сборки трубки из стекла. "Дуракастойчивость" прибора при сборке и эксплуатации заметно снижается. Воду для заполнения прибора ранее использовал отстоявшуюся, но в последние время от доли растворенного воздуха в водопроводной воде избавляюсь при помощи непродолжительного вакуумирования [K4]. При обкатке системы загерметизировал большинство соединений на шлифах сэвиленом (сополимер этилена с винилацетатом, используется для изготовления белых стержней термоклеевых пистолетов). После 3-5 циклов вакуумирования и заполнения водородом реакционной колбы (не показана) заполняют водородом (вытесняя воду) мерник. Включают перемешивание реакционной массы и начинают гидрирование. |
Некоторые технические подробности.
Материал электродов - никель. Ширина ленты 2 см, длина - 40-45 см. Электролит представляет собой 30% раствор гидроксида калия в воде. Режим работы такого электролизера короткий (4-7 часов). За это время температура электролита могла подниматься от комнатной до 55-60°С , при достижении которой охлаждающая емкость дренировалась и вновь заполнялась холодной водопроводной водой (чуть меньше 20°С). Электролиз проводился при силе тока 5А. Очистка газа от аэрозоля щелочи проводилась гравитационным отстоем в газометре в течение ночи перед проведением реакции гидрирования. Следы воздуха, в том числе примесь кислорода от электролиза, как и водяные пары, проведению реакции не мешали. Информацию по конструкции электролизера, установки для гидрирования, а так же по работе с ними брал из классических практикумов: Агрономов А. Е. Лабораторные работы в органическом практикуме [ссылка]; Берлин А. Я. Техника лабораторной работы в органической химии [ссылка]; Кнунянц И. Л. Современные методы эксперимента в органической химии [ссылка]; Рапопорт Ф. М. Лабораторные методы получения чистых газов [ссылка]; Rylander P. N. Hydrogenetion methods [ссылка]. И смотрел тему на форуме [ http://chemistry-chemists.com/forum/viewtopic.php?f=12&t=6113 - Как рассчитать электролизер для электролиза воды] |
Комментарии
К1
Кстати о диффузии газов через резину. Последние пару лет продавцы шариков с гелием (резиновых) за незначительную плату, порядка 10 р., "пшикают" в шарик из аэрозольного баллончика перед надуванием. После этого шарик "живет" не день-другой, а месяц примерно. Сам наблюдал результат не раз, но что применяют - вопрос интересный.Загуглил, оказалось, что используют обработку внутренней поверхности латексных шаров аэрозолем водных растворов полимеров, наиболее распространен поливиниловый спирт с добавками углеводов, например, декстрозы. Время "жизни" такого шарика с гелием в несколько раз больше обычного. Выпускаются под разными торговыми марками: "Hi-float", "Koda" и т.п. |
Стронций и барий (гидроксиды) Strontium and barium (hydroxides) Глеб |
Предлагаю вашему вниманию фотографии процесса перекристаллизации гидроксида стронция - одну из стадий получения соединений стронция высокой чистоты. При охлаждении горячего отфильтрованного раствора Sr(OH)2 из него выкристаллизовывается октагидрат - Sr(OH)2·8H2O.
Небольшой спойлер: после нескольких циклов кристаллизации колбы на фото становятся матовыми изнутри из-за сильного выщелачивающего действия горячих концентрированных растворов гидроксида стронция. Вследствие этого сейчас для данного процесса нами используется посуда из титана. |
Из разбавленных растворов выкристаллизовываются такие "перья" |
Из крепких растворов выпадают оформленные кристаллы |
Перекристаллизация в конических колбах |
Перекристаллизация гидроксида стронция с горячим фильтрованием маточника - постадийный отчет.
|
Фильтрование горячего раствора гидроксида стронция |
Раствор в стакане немного остыл, видно образование кристаллов |
Остывший отфильтрованный раствор |
Маточник декантирован |
Кристаллы Sr(OH)2·8H2O |
Перекристаллизация гидроксида бария Ba(OH)2·8H2O в титановой посуде.
Методика перекристаллизации аналогична таковой для гидроксида стронция, с той разницей, что растворимость гидроксида бария в горячей воде гораздо выше: два килограмма кристаллогидрата гидроксида растворились в двух литрах воды еще до закипания раствора. Общий вид процесса кристаллизации: |
Обратите внимание, что вся посуда сделана из листового титана: и кастрюли, и черпачок, и воронка, и пластинка для размешивания раствора. Подобная посуда очень практична для наших целей: помимо устойчивости к растворам щелочей ее еще и очень трудно разбить :).
Дожидаемся закипания раствора. Гидроксид давно растворился, "молочный" вид раствору придает взвесь карбоната бария, присутствующего в исходном гидроксиде в качестве примеси, неизбежной для технического продукта. |
Кипящий раствор перечерпывается в воронку на фильтр, а стекающий фильтрат сразу закристаллизовывается ввиду малой растворимости гидроксида бария при пониженной температуре. Для избегания кристаллизации раствора в воронке ее накрывают титановой пластинкой и по мере прохождения фильтрации подливают кипящий раствор.
|
Комментарии
К2
А как вы его потом сушите, чтобы углекислоты не нахватался?
По методике требовалась точная навеска Ba(OH)2·8H2O, но у меня гидроксид в обычном эксикаторе над известью упорно не хотел высыхать, пришлось произвольно брать эту кашицу (с влажностью за 40%), благо всё равно потом поправочный коэффициент используется. К2-1 А нам примесь карбоната не критична, нам главное высокая чистота по примесям остальных элементов. Мы его потом влажным пускаем в синтез совершенно таким же образом - с введением поправочного коэффициента :)) А углекислоты гидроксиды стронция/бария нахватываются быстро. При проведении первых, еще пробных кристаллизаций гидроксида стронция для избежания карбонизации в колбы, где он фильтровался, задувался аргон и они герметизировались пищевой пленкой. Но вскоре мы поняли, что это для наших целей ни к чему. Пересыщения в нашем случае не происходит по-видимому потому, что фильтруемый раствор в первый момент стекает на холодный металл, который служит инициатором кристаллизации. К3 У Карякина описано получение гидроксида бария обменом (NaOH + BaCl2), там горячий раствор фильтруют в посудину с небольшим количеством холодной воды и оставляют на сутки (ЕМНИП). При этом сначала получается пересыщенный раствор, из которого ме-е-едленно выпадают крупные кристаллы восьмиводного гидроксида. Если набраться терпения и не перемешивать (иначе сразу выпадет много мелкой "каши"), то под конец должно быть довольно красиво. Постараюсь как-нибудь заснять. К4 Для освобождения воды от растворённых газов необходимо кипятить её в течение 15 минут с момента начала кипения (при температуре ~100°C, под вакуумом - немного меньше). |