При изучении в курсе школьной программы по химии темы «водород» в качестве лабораторной работы ученикам поручают самостоятельно получить водород, а затем проверить его на чистоту. В лабораторных условиях водород обычно получают действием цинка на соляную или серную кислоту.
Простейший лабораторный способ получения водорода это – взаимодействие разбавленной соляной или серной кислот с металлическим цинком, железом или каким-либо другим неблагородным металлом:
В штативе закрепляют пробирку, в которую предварительно налили несколько миллилитров разбавленной серной кислоты. Опускаем в неё кусочек металлического цинка и закрываем пробкой с газоотводной трубкой, конец которой помещаем в другую пробирку. Визуально будет наблюдаться выделение пузырьков газа. Это — водород. Для того, чтобы правильно собрать этот га, пробирку необходимо перевернуть вверх дном. Поскольку, водород легче воздуха, то он будет накапливаться в верхней части сосуда, однако, в ней также будет присутствовать и воздух, а значит и кислород. Известно, что эти два газа образуют друг с другом взрывоопасную смесь. Чтобы проверить полученный водород на чистоту (как проверить водород на чистоту), необходимо его поджечь с помощью тлеющей лучинки. Вы услышите хлопок. Чем звук хлопка тише, тем чище водород (меньше кислорода находится в пробирке).
Для проверки чистоты водорода необходимо использовать аналитические методы. Один из таких методов — газовая хроматография. В этом методе газовая смесь, содержащая водород, проходит через специальный аналитический прибор, в котором происходит разделение компонентов смеси на отдельные пики. Каждый пик соответствует конкретному компоненту газовой смеси, в том числе и водороду.
Для проверки чистоты водорода можно также использовать спектроскопические методы, например, спектрометрию поглощения. В этом методе водородная газовая смесь проходит через аналитический прибор, который измеряет спектр поглощения света при разных длинах волн. Этот спектр позволяет определить наличие примесей и оценить чистоту водорода.
Кроме того, для проверки чистоты водорода можно использовать метод непосредственного взвешивания. В этом методе измеряется масса газовой смеси, содержащей водород, а затем газовая смесь проходит через катализатор, который превращает все компоненты смеси, кроме водорода, в другие вещества. После этого измеряется масса оставшейся смеси, которая должна быть меньше массы исходной смеси. Разница масс позволяет оценить чистоту водорода.
В любом случае, для проверки чистоты водорода необходимо использовать высокоточные аналитические приборы и методы, которые позволяют детектировать даже небольшие примеси.
Популярные вопросы в категории химия
Новые вопросы в категории химия
Водород используется в различных технологических процессах, и различных областях, от научных институтов до металлургии. В соответствии с поставленными задачами водород должен отвечать определенным свойствам, а именно обладать определенной чистотой.
Для определения чистоты водорода указываются физико-химические свойства. Обеспечить необходимые параметры продукта от разных производителей призваны ГОСТы, регулирующие физические и химические свойства газа. Стандартизация параметров, позволяет производить закупку у различных поставщиков, при одинаковой чистоте водорода.
В настоящее время применяются два государственных стандарта это ГОСТ Р 51673-2000 «Водород газообразный чистый. Технические условия» и ГОСТ 3022-80 «Водород технический. Технические условия». Дополнительно для водорода особой чистоты производители разрабатывают собственные ТУ (технические условия).
1. Чистота водорода по ГОСТ:
1.1. Чистота согласного ГОСТ Р 51673-2000
Данный стандарт предусматривает критерии физико-химических свойств, описывающих чистоту водорода, применяемого в космической технике, для разделения и анализа веществ (хроматография), термообработка металлов и других промышленных технологических процессов. Согласно документу газообразный водород разделяется на 3 сорта: высший, первый и второй, каждый сорт должен иметь показатели указанные в таблице ниже.
Физико-химические показатели водорода по ГОСТ Р 51673-2000:
Как видно из приведенной таблицы, разница между сортами достаточно большая.
По мимо требований к чистоте водорода, стандарт описывает требования к маркировке, упаковке, приемке и транспортировке. Дополнительно описаны методы контроля, отбора проб, для определения фактических химико-физических значений.
Не смотря на безопасность газа, при определенных концентрациях и температурах образует с воздухом взрывоопасную смесь, поэтому стандартом ГОСТ предусматриваются меры безопасности. Концентрационные пределы распространения пламени для водородно-воздушной смеси: 4,12 % — 75 % об., для водородно-кислородной смеси: 4,1 % — 96 % об.
1.2. Чистота водорода по ГОСТ 3022-80
Указанный стандарт описывает требования к техническому водороду, применяемому в нефтехимической, химической промышленности, в металлургии, фармацевтике и электронике. Согласно данному документу разделение произведено на 2 (две) марки: А и Б, при этом каждая марка предназначена для использования в определенной области.
Физико-химические показатели водорода по ГОСТ 3022-80:
Документ, кроме требований к физическим и химическим показателям, дает описание требованиям безопасности, методам анализа и способам приемки, а так же к маркировке, транспортировке и хранению.
3. Водород особой чистоты
Современные технологические процессы, требует повышенного качества газообразного водорода (лучше чем по ГОСТ). В связи с этим, компаниями производителями разработаны Технические условия, позволяющие описать газы особой чистоты. Основные потребители данного типа газа — фармацевтика, лаборатории, микроэлектроника.
Физико-химические показатели водорода по ТУ (производитель АО «Линде Газ Рус»):
Возможность применения водорода особой чистоты, позволяет обеспечить процесс газом высокого качества, уменьшая влияние примесей на ход процессов и, как следствие, на конечное качество результата (продукции).
Проверка водорода на чистоту;
Если при получении водорода используется соляная кислота, то выделяющийся газ содержит две основные примеси – хлороводород и пары воды. От них избавляются, последовательно пропуская газ из аппарата Киппа через промывную склянку с водой (поглощает HCl) и с концентрированной серной кислотой (поглощает пары воды) (рис.29).
Смеси водорода с кислородом (2: 1) или воздухом очень опасны. Они взрываются с большой силой при поджигании, при пропускании электрического разряда или при контакте с платиной. Поэтому водород, выделяющийся из аппарата Киппа, перед использованием всегда нужно очень тщательно проверять на чистоту следующим образом:
1. Зажечь спиртовку на расстоянии не ближе 1 м к аппарату Киппа.
2. Методом вытеснения воды заполнить пробирку выделяющимся газом и закрыть её под водой указательным пальцем.
3. Поднести закрытую пробирку отверстием вниз к пламени спиртовки, не переворачивая открыть и быстро внести в пламя. Чистый водород сгорает с лёгким, еле слышным хлопком вроде «п-па». Однако для обеспечения безопасности при работе с водородом всегда нужно окончательно убедиться в его чистоте. Водород можно использовать только после трёхкратной положительной пробы на чистоту. Если же при поджигании газа раздаётся резкий «лающий» звук, то выделяющийся газ содержит примесь воздуха и очень опасен. В этом случае нужно дождаться выделения чистого газа, периодически проводя пробу на чистоту. При этом нельзя использовать одну и ту же пробирку.