Εισαγωγή
Γενική μορφή: Μέταλλο + Αραιό οξύ → Άλας μετάλλου & οξέος + υδρογόνο
Με υδροχλωρικό οξύ: Με θειικό οξύ: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Με θειικό οξύ: Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2
Τέλος, το αέριο υδρογόνο μπορεί να συλλεχθεί με την προς τα κάτω μετατόπιση του νερού.
Μέθοδος παραγωγής υδρογόνου με τη συσκευή Kipp
Αέριο υδρογόνο που χρησιμοποιείται στην εργαστηριακή πρακτική ως αναγωγικό μέσο. Ορισμένες αντιδράσεις αναγωγής στην παρασκευή φαρμάκων που χρησιμοποιούν τη διαδικασία υδρογόνωσης, όπως η αναγωγή της P2NP σε αμφεταμίνη, η σύνθεση της Dezocine (Dalgan), της Levorphanol και της Racemorphan. Το αέριο υδρογόνο μπορεί να υποκαταστήσει τα δυσπρόσιτα αντιδραστήρια αναγωγής όπως NaBH4, NaBH4, LiAlH4 κ.λπ. σε ορισμένες αντιδράσεις. Δώστε προσοχή στα μέτρα ασφαλείας κατά την εργασία με αέριο υδρογόνο επειδή αυτό το αέριο είναι εξαιρετικά εύφλεκτο και εκρηκτικό.
Υπάρχει σύντομο βίντεο υδρογόνωσης σε μικρή κλίμακα με καταλύτη Pd/C που παρουσιάζεται ως παράδειγμα για υπόγειους χημικούς.
Υπάρχει σύντομο βίντεο υδρογόνωσης σε μικρή κλίμακα με καταλύτη Pd/C που παρουσιάζεται ως παράδειγμα για υπόγειους χημικούς.
Χαρακτηριστικά και χρήσεις του αερίου υδρογόνου
Το αέριο υδρογόνο είναι ένα άχρωμο αέριο που δεν έχει διακριτή οσμή. Το αέριο αυτό είναι ελάχιστα διαλυτό στο νερό. Η διαλυτότητα του αερίου αυτού στο νερό δεν επηρεάζεται πολύ από τις μεταβολές της θερμοκρασίας. Ορισμένες χρήσεις του αερίου υδρογόνου παρατίθενται παρακάτω.
Διαδικασία
Η εργαστηριακή παρασκευή αερίου υδρογόνου περιλαμβάνει συνήθως την επίδραση αραιού θειικού οξέος ή αραιού υδροχλωρικού οξέος σε κόκκους ψευδαργύρου. Ο κοκκώδης ψευδάργυρος είναι ιδανικός για την παρασκευή αερίου υδρογόνου στα χημικά εργαστήρια, διότι συνήθως περιέχει μικρή ποσότητα χαλκού, ο οποίος έχει την ικανότητα να δρα ως καταλύτης στη σχετική χημική αντίδραση και, επομένως, να αυξάνει τον ρυθμό της χημικής αντίδρασης χωρίς να συμμετέχει πραγματικά σε αυτήν. Παρακάτω παρατίθεται μια πειραματική διαδικασία για την εργαστηριακή παρασκευή αερίου υδρογόνου.Διαδικασία για την εργαστηριακή παρασκευή αερίου υδρογόνου
Βήμα 1: Πάρτε μερικά γραμμάρια κόκκων ψευδαργύρου και τοποθετήστε τα σε μια φιάλη των 500 ml.
Βήμα 2: Με τη βοήθεια ενός χωνιού από γαϊδουράγκαθο, προσθέστε αραιό υδροχλωρικό οξύ στους κόκκους ψευδαργύρου. Εάν δεν υπάρχει υδροχλωρικό οξύ, εναλλακτικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί αραιό θειικό οξύ.
Βήμα 3: Το αέριο υδρογόνο θα συλλεχθεί αυτόματα με τη βοήθεια ενός σωλήνα παροχής μέσω της μετατόπισης του νερού προς τα κάτω. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι το αέριο υδρογόνο είναι ελαφρύτερο από το νερό.
Η διάταξη για την εργαστηριακή παρασκευή αερίου υδρογόνου απεικονίζεται παρακάτω.
Οι χημικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα κατά την παρασκευή αερίου υδρογόνου μέσω αυτής της μεθόδου παρατίθενται παρακάτω.Γενική μορφή: Μέταλλο + Αραιό οξύ → Άλας μετάλλου & οξέος + υδρογόνο
Με υδροχλωρικό οξύ: Με θειικό οξύ: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Με θειικό οξύ: Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2
Τέλος, το αέριο υδρογόνο μπορεί να συλλεχθεί με την προς τα κάτω μετατόπιση του νερού.
Προφυλάξεις που πρέπει να λαμβάνονται κατά την παρασκευή αερίου υδρογόνου στο εργαστήριο
Πριν από τη συλλογή του αερίου υδρογόνου με τη βοήθεια της συσκευής, πρέπει να λαμβάνονται προφυλάξεις προκειμένου να διασφαλιστεί ότι όλος ο αέρας στο εσωτερικό της συσκευής έχει εκτοπιστεί. Αυτό συμβαίνει επειδή το αέριο υδρογόνο αντιδρά εκρηκτικά με τον αέρα.Μέθοδος παραγωγής υδρογόνου με τη συσκευή Kipp
Η συσκευή του Kipp είναι ένα περίτεχνο εργαστηριακό γυάλινο σκεύος που χρησιμοποιούνταν, μέχρι πρόσφατα, για την παρασκευή και αποθήκευση μικρών ποσοτήτων ορισμένων αερίων, ιδίως υδρογόνου. Πήρε το όνομά της από τον εφευρέτη της, τον Ολλανδό φαρμακοποιό Petrus Johannes Kipp (1808-1864). Η συσκευή του Kipp, γνωστή και ως γεννήτρια Kipp, έχει πλέον αντικατασταθεί για την παραγωγή υδρογόνου από τη χρήση οξέος και μετάλλου που μετατρέπονται σε αέριο υδρογόνο.
Σε κάθε χημικό εργαστήριο όπου γίνεται αναγωγή υδρογόνου, πρέπει να υπάρχει παροχή αερίου υδρογόνου που να μπορεί να ενεργοποιείται και να απενεργοποιείται κατά βούληση. Συνήθως, όταν ένα αέριο παράγεται στο εργαστήριο, η συσκευή πρέπει να ρυθμίζεται κάθε φορά που χρειάζεται το αέριο. Επιπλέον, δεν υπάρχει τρόπος ενεργοποίησης και απενεργοποίησης της παροχής. Για το υδρογόνο και ορισμένα αέρια, η συσκευή του Kipp ξεπέρασε αυτό το πρόβλημα. Η ίδια συσκευή μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παροχή διοξειδίου του άνθρακα ή υδρόθειου από τη βρύση.
Αν και μπορεί επίσης να απαιτείται τακτική παροχή άλλων αερίων, αυτά είναι τα τρία συνηθισμένα αέρια για τα οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί η συσκευή του Kipp. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι για την παραγωγή άλλων αερίων απαιτείται θέρμανση. Αυτό αποκλείεται στη συσκευή του Kipp, διότι θα θρυμματιζόταν κατά τη θέρμανση. Η ροή του αερίου ελέγχεται με την παραγωγή αερίου μόνο όταν ένα κρύο υγρό έρχεται σε επαφή με σβώλους στερεού. Το υδρογόνο, το διοξείδιο του άνθρακα και το υδρόθειο παράγονται με αυτόν τον τρόπο. Όταν το υγρό απομακρύνεται από το στερεό, η παροχή σταματά. Δεν απαιτείται θέρμανση για την παραγωγή τους. Φτιάχνονται με τη δράση ψυχρών οξέων σε κομμάτια στερεού. Για την παρασκευή υδρόθειου χρησιμοποιούνται σπασμένες ράβδοι σουλφιδίου του σιδήρου, για το διοξείδιο του άνθρακα θραύσματα μαρμάρου και για το υδρογόνο κόκκοι ψευδαργύρου.
Η συσκευή του Kipp είναι κατασκευασμένη από χοντρά γυάλινα σκεύη και συνήθως έχει ύψος περίπου 1 ft 6 in (περίπου 0,5 m). Κατασκευάζονται επίσης και άλλα μεγέθη. Βασικά, αποτελείται από τρεις γυάλινους λαμπτήρες συνδεδεμένους ο ένας πάνω από τον άλλο. Το στερεό που απαιτείται για την παραγωγή του αερίου τοποθετείται στον κεντρικό βολβό ανασηκώνοντας τον επάνω βολβό και τον γυάλινο σωλήνα που είναι προσαρμοσμένος σε αυτόν. Ένα επίγειο γυάλινο εξάρτημα συνδέει αυτό το πάνω τμήμα με το κάτω μέρος. Ένα γυάλινο εξάρτημα εμποδίζει το στερεό να πέσει κάτω στον κάτω βολβό. Ο σωλήνας εξόδου του αερίου βγαίνει από τον κεντρικό βολβό. Σε αυτόν υπάρχει μια βρύση για τη ρύθμιση της παροχής αερίου. Η βρύση αερίου ανοίγει και το οξύ χύνεται μέσω του χωνιού στο επάνω μέρος. Το ανώτερο τμήμα λειτουργεί ως χωνί για την τροφοδοσία του κάτω τμήματος. Δεν υπάρχει άμεση διαδρομή από το πάνω μέρος προς τον μεσαίο βολβό. Χύνεται αρκετό οξύ για να γεμίσει το κάτω τμήμα και να πλημμυρίσει το στερεό στον κεντρικό βολβό. Η βρύση αερίου είναι κλειστή. Παράγεται αέριο και η πίεση αυξάνεται στο εσωτερικό του βολβού, ωθώντας το οξύ προς τα κάτω στον κάτω βολβό και προς τα πάνω στον επάνω βολβό. Όταν το υγρό εξαναγκαστεί να εξέλθει από τον κεντρικό βολβό, η παραγωγή αερίου σταματά. Η συσκευή είναι τώρα έτοιμη για χρήση.
Σε κάθε χημικό εργαστήριο όπου γίνεται αναγωγή υδρογόνου, πρέπει να υπάρχει παροχή αερίου υδρογόνου που να μπορεί να ενεργοποιείται και να απενεργοποιείται κατά βούληση. Συνήθως, όταν ένα αέριο παράγεται στο εργαστήριο, η συσκευή πρέπει να ρυθμίζεται κάθε φορά που χρειάζεται το αέριο. Επιπλέον, δεν υπάρχει τρόπος ενεργοποίησης και απενεργοποίησης της παροχής. Για το υδρογόνο και ορισμένα αέρια, η συσκευή του Kipp ξεπέρασε αυτό το πρόβλημα. Η ίδια συσκευή μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παροχή διοξειδίου του άνθρακα ή υδρόθειου από τη βρύση.
Αν και μπορεί επίσης να απαιτείται τακτική παροχή άλλων αερίων, αυτά είναι τα τρία συνηθισμένα αέρια για τα οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί η συσκευή του Kipp. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι για την παραγωγή άλλων αερίων απαιτείται θέρμανση. Αυτό αποκλείεται στη συσκευή του Kipp, διότι θα θρυμματιζόταν κατά τη θέρμανση. Η ροή του αερίου ελέγχεται με την παραγωγή αερίου μόνο όταν ένα κρύο υγρό έρχεται σε επαφή με σβώλους στερεού. Το υδρογόνο, το διοξείδιο του άνθρακα και το υδρόθειο παράγονται με αυτόν τον τρόπο. Όταν το υγρό απομακρύνεται από το στερεό, η παροχή σταματά. Δεν απαιτείται θέρμανση για την παραγωγή τους. Φτιάχνονται με τη δράση ψυχρών οξέων σε κομμάτια στερεού. Για την παρασκευή υδρόθειου χρησιμοποιούνται σπασμένες ράβδοι σουλφιδίου του σιδήρου, για το διοξείδιο του άνθρακα θραύσματα μαρμάρου και για το υδρογόνο κόκκοι ψευδαργύρου.
Η συσκευή του Kipp είναι κατασκευασμένη από χοντρά γυάλινα σκεύη και συνήθως έχει ύψος περίπου 1 ft 6 in (περίπου 0,5 m). Κατασκευάζονται επίσης και άλλα μεγέθη. Βασικά, αποτελείται από τρεις γυάλινους λαμπτήρες συνδεδεμένους ο ένας πάνω από τον άλλο. Το στερεό που απαιτείται για την παραγωγή του αερίου τοποθετείται στον κεντρικό βολβό ανασηκώνοντας τον επάνω βολβό και τον γυάλινο σωλήνα που είναι προσαρμοσμένος σε αυτόν. Ένα επίγειο γυάλινο εξάρτημα συνδέει αυτό το πάνω τμήμα με το κάτω μέρος. Ένα γυάλινο εξάρτημα εμποδίζει το στερεό να πέσει κάτω στον κάτω βολβό. Ο σωλήνας εξόδου του αερίου βγαίνει από τον κεντρικό βολβό. Σε αυτόν υπάρχει μια βρύση για τη ρύθμιση της παροχής αερίου. Η βρύση αερίου ανοίγει και το οξύ χύνεται μέσω του χωνιού στο επάνω μέρος. Το ανώτερο τμήμα λειτουργεί ως χωνί για την τροφοδοσία του κάτω τμήματος. Δεν υπάρχει άμεση διαδρομή από το πάνω μέρος προς τον μεσαίο βολβό. Χύνεται αρκετό οξύ για να γεμίσει το κάτω τμήμα και να πλημμυρίσει το στερεό στον κεντρικό βολβό. Η βρύση αερίου είναι κλειστή. Παράγεται αέριο και η πίεση αυξάνεται στο εσωτερικό του βολβού, ωθώντας το οξύ προς τα κάτω στον κάτω βολβό και προς τα πάνω στον επάνω βολβό. Όταν το υγρό εξαναγκαστεί να εξέλθει από τον κεντρικό βολβό, η παραγωγή αερίου σταματά. Η συσκευή είναι τώρα έτοιμη για χρήση.
Όταν απαιτείται αέριο, ανοίγεται η βρύση. Η πίεση του αερίου στον κεντρικό βολβό απελευθερώνεται. Δεν υπάρχει επιπλέον πίεση για να συγκρατήσει το οξύ στον επάνω βολβό, οπότε πέφτει προς τα κάτω για να γεμίσει πλήρως τον κάτω βολβό και να πλημμυρίσει και πάλι το στερεό. Όταν η βρύση αερίου κλείνει, καθώς το αέριο δεν μπορεί πλέον να διαφύγει, η πίεση αυξάνεται και πάλι, αναγκάζοντας το υγρό να επιστρέψει στον επάνω βολβό ή στη δεξαμενή. Η αύξηση της πίεσης σταματά όταν όλες οι σταγόνες του οξέος που έχουν απομείνει προσκολλημένες στο στερεό έχουν εξαντληθεί.
Με την πάροδο του χρόνου, το οξύ εξασθενεί και το στερεό εξαντλείται. Οι χημικές ουσίες χρειάζονται ανανέωση. Το οξύ αποστραγγίζεται με την αφαίρεση της τάπας από τον κάτω βολβό, οπότε μπορεί να αφαιρεθεί το εναπομείναν στερεό. Αυτό θα πρέπει να γίνεται σε θάλαμο καπνού για να αποφεύγεται η εισπνοή δηλητηριωδών αναθυμιάσεων. Λόγω τωνδηλητηριωδών ιδιοτήτων του και της δυσάρεστης μυρωδιάς των χαλασμένων αυγών, είναι σκόπιμο να διατηρείται πάντα μια συσκευή υδρόθειου Kipp's στο ντουλάπι καπνών.
Με την πάροδο του χρόνου, το οξύ εξασθενεί και το στερεό εξαντλείται. Οι χημικές ουσίες χρειάζονται ανανέωση. Το οξύ αποστραγγίζεται με την αφαίρεση της τάπας από τον κάτω βολβό, οπότε μπορεί να αφαιρεθεί το εναπομείναν στερεό. Αυτό θα πρέπει να γίνεται σε θάλαμο καπνού για να αποφεύγεται η εισπνοή δηλητηριωδών αναθυμιάσεων. Λόγω τωνδηλητηριωδών ιδιοτήτων του και της δυσάρεστης μυρωδιάς των χαλασμένων αυγών, είναι σκόπιμο να διατηρείται πάντα μια συσκευή υδρόθειου Kipp's στο ντουλάπι καπνών.
Last edited:
