Специализированные приборы

Специализированные приборы, аппараты, установки

Для постановки определенных демонстрационных опытов служат специализированные приборы, аппараты, установки.

Как правило, это стационарные приборы:

1. Аппарат для получения газов (Киппа).
2. Газометр.
3. Прибор для электролиза.
4. Прибор для демонстрации зависимости скорости химических реакции от условий и др.

Установки собирают из приборов, деталей и узлов комплектов и наборов промышленного изготовления (наборы для опытов с электрическим током, комплекты для проецирования опытов на экран и др.).

Приборы для демонстрации опытов с вредными для здоровья веществами без вытяжных устройств

В школьном курсе химии имеется немало опытов по изучению свойств летучих веществ, вредных для здоровья (хлор, бром, хлороводород, сероводород, оксиды азота, аммиак, оксид углерода (II), некоторые органические вещества).

Получение этих веществ, ознакомление с их свойствами рекомендуется обычно проводить под тягой.

Удаленность вытяжных шкафов от рабочих мест учащихся, наличие бликов на остекленной поверхности шкафа ухудшают видимость демонстраций, но обеспечивают их безопасность.

Одним из направлений совершенствования подобных демонстраций явилось создание приборов, замкнутых на поглотитель.

Использованием этих приборов достигается наглядность, безотказность, безопасность, доступность, простота демонстрационного эксперимента.

В связи с новой технологией изготовления стеклянных деталей и узлов с моллированными поверхностями появилась возможность реализации всех указанных требований и в том числе идеи вертикального монтажа учебных приборов по химии.

Следует заметить, что приборы и устройства, составляющие замкнутую на поглотитель систему, кажутся более сложными по сравнению с обычными приборами за счет введения деталей новых конструкций, но с методической стороны это является целесообразным.

Количество новых конструкционных элементов невелико, и они могут применяться во многих устройствах для проведения реакций с летучими веществами.

К числу конструкционных элементов, используемых при монтаже приборов для проведения реакций в замкнутой на поглотитель системе, относятся:

1. Двугорлая колба — реактор для жидких веществ и поглотитель, изготовленный в виде затвора с неплотно прилегающим колпачком (расширенная часть предотвращает переброс жидкости, так как эта часть имеет больший объем, чем объем жидкости, который может в нее за сосаться).
2. Воронка для токсичных жидкостей.
3. Реактор для сыпучих поглотителей с колпачком.
4. Реактор с использованием принципа противотока.

При изучении свойств токсичных веществ, таких, как сероводород и галогены, возникает необходимость проведения нескольких реакций,

Например, получение веществ и исследование их свойств, сравнение химической активности и т. д.).

Для этой цели служат полифункциональные приборы, монтируемые из указанных узлов и деталей:

1. Аппарат для проведения химических реакций (АПХР).
2. Прибор для получения растворимых веществ в твердом виде (ПРВ).
3. Прибор для проведения реакций между жидкостями и газами.

Набор для демонстрации опытов по электрохимии

Для постановки электрохимических опытов предназначен универсальный «Набор для опытов по химии с электрическим током», выпускаемый промышленностью (рис.).

В набор входят узлы и детали:

1. Металлический стержень с резьбой 1, на котором монтируют панель 2, две пары электродов 3 и 4.
2. Электрическая лампа 5.
3. Электролизер 6.
4. Металлический стержень 7, покрытый серой, для исследования электрической проводимости металлов и неметаллов.
5. Электрические провода 8.
6. Все детали уложены в ящик 9 с выдвижной крышкой 10, в которой имеются отверстия 11 для стержня 1 и штекерные гнезда 12.

На крышке осуществляют монтаж необходимых установок.

Набор позволяет осуществлять следующие опыты:

1. Исследование электрической проводимости различных веществ.
2. Сравнение  электрической проводимости концентрированного и разбавленного раствора уксусной кислоты.
3. Электролиз воды и водных растворов солей.
4. Движение ионов в электрическом поле.

Рис. Набор для опытов по химии с электрическим током:

1 — металлический стержень с резьбой, 2  — панель, 3 — 4 — электроды. 5 — электрическая Лапочка. 6 — электролизер, 7 — металлический стержень, на 1/2 покрытый серой, 8 — электрические провода, 9 — ящик, 10 — выдвижная крышка, 11 — отверстие для стержня 1, 12—штекерные гнезда.

Приборы для демонстрации опытов с использованием электрического тока высокого напряжения

В курсе химии средней школы опыты с высоким напряжением заняли прочное место, обусловленное их познавательной и методической ценностью:

1. Синтез воды в эвдиометре.
2. Получение озона.
3. Оксида азота (II) из воздуха.
4. Разложение метана.
5. Демонстрация работы электрофильтра.

В книгах по технике и методике химического эксперимента (В. Н. Верховского, К. Я. Парменова, В. С. Полосина, А.Д.Смирнова, И. Н. Черткова и др.) рекомендовано немало интересных по конструкции приборов и установок, наглядность и безотказность которых обеспечили им долгую практику.

В связи с возросшими требованиями к технике безопасности при постановке опытов с высоким напряжением эти приборы:

1. Озонатор.
2. Эвдиометр.
3. Камера для демонстрации окисления атмосферного азота

были сняты с производства, так же как и сам источник тока высокого напряжения — высоковольтный индуктор (ИВ-50 и ИВ -100).

В школах используют высоковольтный преобразователь «Разряд-1». Прибор снабжен переключателем напряжений в диапазоне от 5 до 25 кВ.

Входное напряжение постоянного тока—от 0 до 12 В. При подаче напряжения свыше 12 В прибор автоматически отключается от источника тока.

Безопасность работы с прибором достигается также с помощью прозрачного защитного кожуха, при установке которого прибор автоматически включается.

Однако данный источник тока позволил лишь частично решить проблему постановки опытов с высоким напряжением.

Небольшая сила тока, возникающая при разряде в приборе, с одной стороны, обеспечивает его безопасность, а с другой — ограничивает его использование.

Не все опыты проходят безотказно, например окисление атмосферного азота.

Своеобразной модификацией «Разряда- 1М» (рис. 3), является «Источник высоковольтный управляемый» (ИВУ-30).

Обеспечивающий напряжение до 30 кВ и позволяющий произвести его замеры в случае необходимости. В отличие от «Разряда-1М» ИВУ-30 является более мощным прибором.

Это обстоятельство явилось основанием для разработки различных вариантов источника электрического тока высокого напряжения, который обеспечивал бы как безопасную, так и безотказную постановку опытов.

Результатом такой разработки явился набор по электрохимии— демонстрационный НЭД для опытов с током высокого напряжения (один из вариантов такого набора разработан В. Г. Прокопенко), составленный по принципу модульного конструирования.

Основной модуль набора — источник тока высокого напряжения — помещен в специальный корпус.

Подключение к источнику тока различных функциональных приставок — сменных реакторов — осуществляется безопасно по принципу «вилка в розетку».

Рис.2. Высоковольтный преобразователь типа «Разряд».

В качестве высоковольтного преобразователя использована катушка зажигания от автомашины.

В отличие от установки, предложенной ранее Б. М Крыгиным («Химия в школе», № 2, 1967), в данном наборе высоковольтный источник недоступен для прикосновения экспериментатора к токоведущим частям, что делает его безопасным.

К сожалению, наглядность опытов в приборе не всегда достаточна из-за небольших размеров реакторов и наличия защитного кожуха.

Пьезоэлектрический источник высокого напряжения

В основу пьезоэлектрического источника тока (рис) положены пьезоэлементы, преобразующие механическую энергию в электрическую, например «Пьезокерам».

Небольшие габариты прибора дают возможность держать его в руке. Мощность источника электрического тока измеряется единицами микроватт.

Нажимая на клавишу корпуса прибора, создают искру.

Использование бытового «Пьезокерама» в учебном химическом эксперименте осуществлено В. Г. Прокопенко.

Специальные модули-насадки позволяют демонстрировать различные опыты, такие, как:

1. Получение озона из воздуха.
2. Взрыв гремучей смеси.
3. А также смеси метана с воздухом, ацетилена с воздухом и др.

В настоящее время СКТБ при заводе «Аврора» предпринята удачная попытка создания высоковольтного преобразователя (рис.) на основе пьезо-трансформатора, позволяющего получить ток высокого напряжения в непрерывном режиме.

Высоковольтный пьезоэлектрический преобразователь является безопасным, более компактным, надежным, чем Разряд-1 и Разряд-1М, следовательно, более удобным в обращении.

Использование преобразователя в комплекте с эвдиометром, озонатором и другими приборами позволяет осуществить все перечисленные на опыты.

Внедрение этих источников в школу начнется после тщательной экспериментальной проверки.

Статья на тему специализированные приборы в школьном химическом эксперименте