Химия и Химики № 7 2013. Эксперименты с хлором

Получение хлора (реакция перманганата калия и соляной кислоты)

Эксперименты с хлором, как правило, начинаются с получения хлора. Раньше в некоторых ВУЗах и исследовательских институтах были баллоны с хлором, но мне даже не довелось их увидеть. Большинство способов получения газообразного хлора сводятся к окислению хлоридов в кислой среде (фактически - к окислению соляной кислоты). Окислителями могут служить самые разнообразные вещества: перманганат калия, бихромат калия (при нагреве), гипохлорит кальция (хлорная известь), хлорат калия, диоксид марганца (при нагреве) и другие.

Раньше для лабораторного получения хлора чаще всего применяли перманганат калия и соляную кислоту. В частности, этот эксперимент демонстрировали на уроках химии в школах. Выбор соляной кислоты и перманганата был обусловлен тем, что данные вещества были дешевы и легкодоступны: перманганат продавался в любой аптеке, а техническую соляную кислоту можно было купить в хозяйственных магазинах (она использовалась как дешевое и эффективное средство для удаления накипи и т.п.).

Но выбор перманганата и соляной кислоты для получения хлора объяснялся еще и тем, что два эти вещества хорошо реагируют уже при комнатной температуре [1], в случае же диоксида марганца или бихромата калия для того, чтобы выделялся хлор, необходим нагрев.

Хорошим и дешевым окислителем для получения хлора является хлорная известь ("хлорка"). Ее формулу можно условно записать так: CaCl₂·Ca(ClO)₂, т.е. в составе данного вещества есть хлорид и гипохлорит. Чтобы они начали реагировать с выделением хлора, достаточно добавить сильную кислоту (причем, не обязательно соляную - подойдет и серная кислота.) Но это все только теоретически: на практике в магазинах сейчас часто продают некачественную хлорную известь, которая давно уже успела разложиться. При действии кислоты такая "хлорка" выделяет хлор, но очень мало. Да и стоит хлорная известь теперь совсем не так дешево, как раньше.

Небольшие количества хлора можно получить прибавлением кислоты к раствору гипохлорита натрия (средство "Белизна"). К сожалению, с "Белизной" почти такая же история, как и с "хлоркой": производители и продавцы ее безбожно разбавляют водой (в результате вместо 5% активного хлора там часто содержится 1-2%.)

В большинстве описанных ниже опытов источником хлора служили перманганат калия и соляная кислота. По нашим временам это очень нерационально, но мне хотелось приступить именно к опытам с хлором, а не тратить время и силы на освоения метода получения хлора из других веществ. В некоторых случаях вместо соляной кислоты (которой почти не осталось) я использовал 40% серную кислоту и хлорид натрия. В этом случае смесь приходилось нагревать на плитке.

Реакцию проводил в конической колбе на 300 мл, куда заранее сыпал перманганат. Колбу накрыл аллонжем на шлифах, к которому присоединил силиконовую трубку для отвода хлора. Верхний шлиф аллонжа (к которому при перегонке присоединяется холодильник) закрыл пробкой со стеклянной трубкой. К трубке с помощью ПВХ трубочки присоединил шприц с концентрированной соляной кислотой (шприц заменял капельную воронку).

На пути хлора поставил промывную склянку с насыщенным раствором хлорида натрия - чтобы удалить из газа хлороводород (хлороводород хорошо растворяется не только в воде, но и в насыщенном растворе соли - в отличие от хлора, который в насыщенном растворе соли растворим гораздо хуже, чем в воде). Для сбора хлора использовал различные колбы и банки (причем во время сбора хлора сосуд желательно накрыть пробкой или ваткой - до этого я догадался не сразу).

Если хлор используется для опытов по сжиганию, на дно колбы желательно заранее насыпать песок - иначе стекло может треснуть. Песка под рукой не оказалось, и я взял сухую поваренную соль - тоже неплохо, но натрий окрашивает пламя в желтый цвет (иногда это мешает).

Получение хлора и опыты с хлором можно охарактеризовать как трудоемкие, иногда - изнурительные. Не следует забывать, что хлор - первое боевое отравляющее вещество, которое было успешно использовано в массовом масштабе, поэтому все эксперименты нужно проводить под хорошей тягой или на открытом воздухе. Хлор не принадлежит к особо ядовитым веществам, но он вполне способен вызывать ожоги слизистых оболочек, а в случае небрежной работы возможны последствия и похуже. Один знакомый рассказывал, что во время студенческого практикума он получал хлор. Когда начал выделяться хлор, он по всем правилам понюхал колбу: взмахом ладони направил воздух в сторону лица. Запаха не почувствовал. Тогда горе-экспериментатор наклонился над колбой и сделал глубокий вдох - ему сразу же перехватило дыхание: если бы не помощь двух других студентов, это могло бы закончиться смертью от удушья.

__________________________________________________
¹ При реакции соляной кислоты и перманганата калия на заключительной стадии все равно желателен подогрев, т.к. в противном случае перманганат перейдет в гидратированный оксид марганца (IV) коричневого цвета, что ведет к перерасходу перманганата. Чтобы диоксид марганца перешел в хлорид марганца (II) нужен подогрев и избыток кислоты.

Смотреть Видео (54 Мб, .avi )