Оборудование по демонстрации опытов

Оборудование по демонстрации опытов в школьном химическом эксперименте

Типичные узлы и детали, наборы посуды и принадлежностей для монтажа приборов и установок

В практике школ для постановки демонстрационного химического эксперимента используют различную химико-лабораторную посуду и лабораторные принадлежности (стеклянные и резиновые трубки, краны, зажимы винтовые и пружинные, прокладки огнезащитные, треугольники для тиглей и др.).

Это оборудование служит для проведения как простых, так и более сложных опытов в приборах и установках.

К первой группе опытов относят:

1. Разделение смеси веществ.
2. Взаимодействие воды с оксидами фосфора и кальция и испытание полученных гидроксидов индикаторами.
3. Возгонка иода.
4. Реакции обмена (получение нерастворимых гидроксидов и исследование их свойств, осадков солей и др.).
5. Отношение предельных углеводородов к раствору перманганата калия, щелочам, кислотам.
6. Взаимодействие глицерина с натрием.
7. Растворимость фенола в воде при обычной температуре и при нагревании.
8. Отношение стеариновой и олеиновой кислот к бромной воде и раствору перманганата калия и некоторые другие опыты.

Для их постановки используют колбы, стаканы, цилиндры с пластинами, демонстрационные пробирки вместимостью 50 мл (тип ПХ-21), тигли, выпарные чаши и др.

Техника работы с этим оборудованием простая и хорошо известна учителю химии, и поэтому авторы ее не раскрывают.

Другая группа демонстрационных опытов (около 40) требует использования наряду с химической посудой и лабораторными принадлежностями специальных деталей и узлов, которые монтирует обычно сам учитель (лаборант), если в школе отсутствуют специальные наборы промышленного изготовления.

Подготовка таких деталей и узлов в виде комплектов различного назначения, рациональное размещение их в кабинете химии являются необходимыми условиями для успешного осуществления различных по сложности опытов.

К типичным составным частям учебных приборов и установок относят различные реакторы, устройства для передачи продуктов реакции (пробки с трубками, сочленения, алонжи, конусы и т. д.), приемники.

Несколько реже используют сосуды для очистки, осушки газов, холодильники, воронку Бюхнера и колбу Бунзена для фильтрования под вакуумом, (рис. 1).

Реакторы

Среди реакторов наиболее часто встречаются два типа:

1. Первый тип — реактор в виде различных колб (круглодонной колбы, колбы с отростком — колбы Вюрца и др.).
2. Второй тип — реактор в виде трубки, расположенной горизонтально или вертикально.

В сложных установках иногда используют реакторы обоих типов.

Реакторы могут быть в виде различных колб с наиболее часто используемыми узлами:

1. Пробкой с трубками.
2. Воронкой.
3. Термометром.

В приборах, собранных с использованием соответствующих деталей, можно поставить ряд демонстрационных опытов с получением газов или летучих веществ:

1. Получение хлора.
2. Хлороводорода.
3. Аммиака.
4. Оксида серы (IV).
5. Ацетилена карбидным способом.
6. Нитрование бензола и др.

Выбор колбы-реактора обусловлен характером демонстрационного эксперимента.

Как правило, используют круглодонные колбы (вместимость колбы 200—250 мл), поскольку они более прочные, выдерживающие осторожный нагрев непосредственно пламенем горелки.

Для многих опытов (перегонка жидкости, получение газов и др.) удобны колбы с отростком (колбы Вюрца ).

Колбы должны плотно закрываться резиновыми пробками или пробками с нужными деталями.

Воронки

Капельная воронка с пробкой — деталь, наиболее часто используемая при получении газов.

Нередко для выравнивания давления внутри колбы и атмосферного давления конец воронки погружают в небольшую пробирку, находящеюся на дне колбы-реактора.

Однако наиболее удобной в работе является колба-реактор, снабженная шарообразной воронкой с газоотводной трубкой.

В двугорлой колбе используют воронку для работы, с вредными веществами (тип ВВРВ) промышленного изготовления.

Наличие шлифа, к сожалению, ограничивает ее применение, поскольку воронка поступает в школы в комплекте с колбой, имеющей такой же шлиф.

Реакторы

В некоторых случаях (для перегонки жидкостей) требуется термометр, вставленный в пробку (форзац Г).

Пробка, соединенная с небольшой пробиркой посредством стеклянной и резиновой трубок, удобна для внесения в колбу-реактор небольших количеств порошкообразных веществ.

С использованием электро-спирали можно проделать ряд опытов в колбах, например термическое разложение древесины, торфа, горючих сланцев, каменного угля, нефтепродуктов.

В качестве реактора могут быть использованы также различные виды трубок:

1. Прямые, хлоркальциевые (с шаром и дугообразные).
2. Прямые реакционные трубки длиной 200мм и диаметром 15—20 мм (для некоторых опытов требуются более длинные трубки — 400 мм с диаметром 25 мм).
3. Из термостойкого или кварцевого стекла.
4. А также железные (прямые и изогнутые под прямым углом) и фарфоровые.

Целый ряд опытов можно поставить в обычных стеклянных трубках (трубчатых реакторах), используя нагревание открытым пламенем.

В них проводят, например:

1. Демонстрации разложения основного карбоната меди.
2. Восстановление оксида меди (II) водородом.
3. Каталитическое окисление оксида серы (IV) до оксида серы (VI) и аммиака до оксида азота (II).

Количественный опыт:

1. Определение массы образовавшегося оксида серы (IV) при сжигании определенной массы серы по увеличению массы гидроксида натрия, поглотившего образовавшийся продукт реакции.

Трубчатые реакторы нужны, как правило, для высокотемпературных опытов, для реакций в потоке (газ, жидкость).

Электронагреватели

Далеко не во всех случаях можно пользоваться газовыми горелками; поэтому уже давно используют электронагреватели, описание которых дано в руководствах по химическому эксперименту.

Для изготовления самодельных трубчатых печей с электрообогревом часто рекомендуют использовать асбест.

Однако его применение в школьных кабинетах химии в последнее время запрещено. Электронагрев с помощью спирали можно использовать и без асбеста.

В стеклянных трубках с электронагревом осуществляют некоторые опыты (окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI) в присутствии твердого катализатора, синтез аммиака, каталитическое окисление аммиака).

Электро-спираль можно использовать и по-иному.

Трубку, через которую протянута электро-спираль, заполняют катализатором. В таком реакторе окисляют аммиак до оксидов азота.

В присутствии того же катализатора — оксида хрома (III) на керамическом носителе в том же реакторе можно осуществить окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI).

К реакторам также следует отнести специальные устройства для сжигания газов друг в друге. К ним принадлежит универсальная горелка промышленного изготовления.

Устройства для передачи и собирания продуктов реакции.

Для быстрой и надежной сборки и разборки приборов используют соединительные элементы в виде:

1. Переходов.
2. Изгибов.
3. Муфт.
4. Аллонжей.
5. Затворов.
6. Насадок.

Из ограниченного числа таких деталей, особенно когда они имеют отшлифованные поверхности, можно собрать целый ряд приборов.

Конусные шлифы

Наиболее распространены взаимозаменяемые конусные шлифы.

Конусы могут изготовляться не только методами шлифовки, но и методом горячей калибровки — моллированием.

Таким образом, различают конусы со шлифованной поверхностью (КШ) и конусы с нешлифованной поверхностью (КН).

Моллированные изделия имеют ряд преимуществ перед шлифованными:

1. Большая механическая прочность.
2. Не заклинивают и легко разъединяются.
3. Меньше загрязняются.
4. Могут работать даже без смазки.
5. Прозрачны.

Для очистки и осушки газов служат различные промывные склянки.

Промывные склянки

Их заполняют жидкими (наиболее часто используют концентрированную серную кислоту и раствор щелочи) или твердыми (гидроксиды натрия и кальция, хлорид кальция) поглотителями.

Для твердых поглотителей используют также хлоркальциевые трубки с шаром и поглотительные колонки.

Последние могут быть приемниками продуктов реакции, например:

1. Хлороводорода HCl.
2. Синтетической соляной кислоты HCl • H₂O.

В качестве приемников можно применять и различную химическую посуду: пробирки, колбы, стаканы.

Склянки для жидких промывателей (Дрекселя, двугорлые и трехгорлые Вульфа) используют так же как предохранительные сосуды при фильтровании под вакуумом.

Для выполнения этой операции необходимо иметь толстостенную колбу с отростком (Бунзена) и фарфоровую воронку с отверстиями (Бюхнера).

В настоящее время все типичные детали и узлы для монтажа разнообразных приборов и установок укомплектованы в специальные наборы, выпускаемые промышленностью:

1. Набор химико-лабораторной посуды и принадлежностей для демонстрационных опытов по химии (НПХ) для неполной и полной средней школы.
2. Набор деталей и узлов для монтажа, приборов, иллюстрирующих химические производства (НДХП-М).

В состав этих наборов входит более 50 разнообразных деталей, обеспечивающих монтаж не только традиционных, но и специальных приборов и установок для постановки всех демонстрационных химических опытов по курсу химии неполной и полной средней школы.

Статья на тему оборудование по демонстрации опытов