Оглавление | Видео опыты по химии | На главную страницу |
Химия и Химики № 3 2012 Предварительный вариант |
Опыты с трубкой Фарадея (получение сжиженных газов) ч.2 И.Н. Григорьев |
Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter
Получение жидкого углекислого газа
В первом же опыте, используя трубку Фарадея, нам удалось получить жидкий углекислый газ. Причем не вызывает сомнений, что это была именно жидкая углекислота.
Первый опыт В изогнутую трубку мы поместили питьевую соду [гидрокарбонат натрия] так, чтобы она заняла две трети нагреваемого колена, потом запаяли второй конец. Закрепив трубку в штативе (опыт проводился на улице при температуре минус 14°С) и стали нагревать соду газовой горелкой [1]. Сначала мы боялись, что соду выбросит потоком газа, но этого не случилось. Сразу стало заметно выделение капель воды, которые либо конденсируются непосредственно вблизи верхнего края соды, либо на перегибе трубки. В противоположном конце понемногу скапливается жидкая углекислота. Поначалу мы сомневались, действительно ли это жидкий углекислый газ? Но потом сомнения исчезли. Во-первых, не было видно постепенного образования капелек: слой углекислоты появляется сразу в нижнем конце трубки и постепенно увеличивается. Жидкого углекислого газа получилось совсем немного (слой примерно в 12-13 мм), но мениск был виден отчетливо. Во-вторых, если прекратить нагрев трубки, начинается постепенное кипение углекислоты. Жидкий CO2 испаряется и вступает в обратную реакцию: карбонат натрия и вода дают с углекислым газом гидрокарбонат. В результате жидкая углекислота "бесследно исчезает". Зато капли воды на изгибе трубки потом замерзли и превратились в кристаллики льда. Итак, после того, как нагрев колена трубки (в котором был гидрокарбонат натрия) прекратили, жидкий углекислый газ испарился и прореагировал с водой и карбонатом натрия. Трубка вернулась в первоначальное состояние. Мы решили повторно нагреть эту же трубку, в результате все повторилось. Однако когда мы отставили горелку, через некоторое время раздался небольшой треск: горячее колено трубки дало трещину. В результате произошло быстрое выкипание сжиженного углекислого газа. На фотографии показана трубка после опыта, видна трещинка. Осталось только повторить опыт с целью видеосъемки. Для большего удобства правое колено трубки (то, что с содой) следует делать подлиннее, чтобы капли воды не доходили до места изгиба. _____________________________________________ 1 Напомним, что при нагревании гидрокарбоната натрия (пищевая сода) образуется карбонат натрия (кальцинированная сода), углекислый газ и вода 2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2 + H2O
|
Трубка, в которой был получен жидкий углекислый газ (видна трещина) |
Второй опыт
В ходе второго опыта удалось заснять образование жидкого углекислого газа. В конце опыта произошел взрыв, который разнес вдребезги трубку и защитный экран из стекла. К счастью эксперимент проводился во дворе (было минус 10°С). Камера не пострадала, экспериментатор отделался легким испугом.
Защитный экран следует использовать обязательно, поскольку вероятность взрыва довольно высока. По сравнению с первым опытом, стенки трубки были толще, а количество вещества намного меньше. Взрыв, видимо, вызван попаданием капель воды на нагретое стекло (вода стекает вниз в сторону нагреваемой соды). Как видите, опыт не так уж и безопасен. Обращаем ваше внимание, что трубку нужно не просто "заплавлять" (сжимая размякший в пламени конец), а запаивать по всем правилам - с формированием перемычки. О технике запаивания трубок и ампул вы можете прочитать в книге М.М. Голь - Руководство по основам стеклодувного дела ссылка. |
Получение жидкого углекислого газа (трубка перед экспериментом) |
Получение жидкого углекислого газа (ход эксперимента) |
Получение жидкого углекислого газа (взрыв трубки) |
Третий опыт
Мы проделали еще один опыт по получению жидкого углекислого газа из питьевой соды. На этот раз трубка имела более сложную форму. Получилось лучше. Трубка была изготовлена из 1 мл пипетки, она выдержала два цикла и осталась целой.
Удалось заснять не только конденсацию углекислоты, но и ее кипение и полное испарение [2].
_____________________________________________ 2 Как уже отмечалось, после прекращения нагрева углекислый газ вступает в обратную реакцию с карбонатом натрия и водой. Поэтому образовавшийся жидкий углекислый газ быстро испаряется. |
Получение жидкого углекислого газа (трубка перед экспериментом) |
Получение жидкого углекислого газа (ход эксперимента) |
Кипение углекислого газа после прекращения нагрева соды |
Плавление сухого льда
Как оказалось, получить жидкий углекислый газ можно и более простым способом, но для этого нужен сухой лед - твердый углекислый газ. Сухой лед имеет температуру минус 78.5°С.
При атмосферном давлении сухой лед сублимируется (испаряется) не переходя в жидкое состояние. Если нагреть сухой лед в открытом сосуде, он испарится без следа. Однако если поместить сухой лед в достаточно прочный пластиковый сосуд и плотно закрыть крышку, можно наблюдать плавление сухого льда и образование жидкого углекислого газа. Для этих целей подходят заготовки для производства ПЭТФ бутылок, которые обладают достаточной прочностью. Если поместить в такую заготовку несколько кусочков сухого льда и закрыть крышку, можно наблюдать плавление твердого углекислого газа. Стоит приоткрыть крышку, и часть углекислого газа быстро испарится, другая же часть моментально замерзнет, превратившись в массу, похожую на снег (за счет охлаждения при испарении). Предлагаем вашему вниманию видео, взятое из интернета. Аналогично сухому льду ведет себя кристаллический иод. Если нагревать его в открытых сосудах, иод сублимируется. Жидкая фаза при этом не образуется (или образуется на короткое время - в случае быстрого нагрева). При нагревании иода в закрытых сосудах образуется жидкий иод. Если сосуд открыть, расплавленный иод быстро (но не моментально) испаряется. Часть жидкого иода может перейти в твердое состояние. |
Заготовка для производства ПЭТФ бутылок. Отличается высокой прочностью |
Плавление сухого льда в закрытом сосуде |
Бутылочку открыли. Жидкий углекислый газ частично испарился, частично перешел в сухой лед |
Марс. Северная полярная шапка. Зимой на полюсах Марса образуются полярные шапки - большие массы замерзшего углекислого газа (сухой лед) и твердой воды. Когда зима заканчивается, температура повышается, и полярные шапки начинают "таять".
Однако жидкой воды (а тем более - углекислого газа) при таянии марсианского льда не образуется. Благодаря низкому атмосферному давлению твердая вода не плавится, а сразу переходит в пар. |