Sinteza hidrogenului

Hidrogenul este produs fie prin interacțiunea metalelor cu acizi, fie prin electroliza soluțiilor alcaline. În cazuri speciale, se utilizează acțiunea anumitor metale sau a aliajelor lor pe apă.







Hidrogenul produs prin prima metodă conține o cantitate mică de impurități diverse: vapori de apă, urme de dioxid de sulf (în cazul acidului sulfuric), acid clorhidric (din acid clorhidric) și dioxid de carbon, precum și, în cazul în care materiile prime nu sunt suficient de pure - compuși de hidrogen ai fosforului, arsenicului, sulfului etc. În hidrogen, pot fi prezente și urme de azot.

În producerea hidrogenului conform unei a doua metode, soluțiile apoase de oxid de bariu hidratat sau alcaline sunt electrolizate; hidrogenul rezultat nu conține dioxid de carbon.

Hidrogenul electrolitic cu materii prime pure conține de obicei doar urme de oxigen, vapori de apă și, uneori, urme de azot. Pentru majoritatea lucrărilor, astfel de hidrogen este destul de potrivit fără purificare suplimentară, prezența umidității în hidrogen nu interferează cu producerea de metale din oxizii lor. Dar pentru restabilirea unor cloruri, un astfel de hidrogen nu poate fi folosit fără purificare preliminară, deoarece în unele cazuri, urme de oxigen sau de vapori de apă transformă clorurile în oxizi. Hidrogenul trebuie curățat temeinic și atunci când este necesar să se obțină un produs de recuperare pură.

Cea mai simplă purificare a hidrogenului electrolitic. Pentru a elimina urmele de oxigen, hidrogenul este trecut printr-un tub de china fierbinte; în astfel de condiții, oxigenul formează apă. În prezența unui catalizator, de exemplu, azbest platinat sau paladiu, legătura de oxigen este mult facilitată. Hidrogenul purificat în acest mod este apoi uscat. Este mult mai dificil să se purifice hidrogenul, obținut prin acțiunea metalelor pe acizi. Se spală cu apă, trece printr-o serie de sticle de spălare cu soluții apoase de diferite oxidanți pentru a îndepărta compușii de hidrogen ai sulfului, arsenicului etc., amestecați cu acesta și apoi uscați.

În tabel. 3 prezintă datele care caracterizează dehidratoarele utilizate în diferite cazuri.

Sinteza hidrogenului

1. Electroliza soluțiilor apoase

Pentru producerea hidrogenului electrolitic pot fi folosite diferite dispozitive. În toate cazurile, lucrul cu celulă necesită o atenție deosebită. În nici un caz nu ar trebui să se schimbe poli de celule, deoarece acest lucru ar putea duce la o explozie. Celula poate fi pornită și oprită numai sub supravegherea unui asistent de laborator. Electrodul nou asamblat poate fi conectat la un dispozitiv care consumă hidrogen numai după ce aerul este complet eliminat din spațiul catodic și din sistemul de purificare. Cel mai simplu este dispozitivul, al cărui dispozitiv este prezentat în Fig. 22.

Sinteza hidrogenului

Electrolizatorul este o cutie de sticlă de 5 - 7 litri, în care se toarnă 35-40% soluție de hidroxid de sodiu (hidroxid de potasiu) sau o soluție saturată de hidroxid de bariu. În ultimul caz, datorită rezistenței considerabile a soluțiilor de hidroxid de bariu, celula este încălzită destul de puternic. Electrozii sunt realizați sub formă de plăci din tablă de nichel sau, cel puțin, din oțel moale. De asemenea, puteți utiliza electrozii din sârmă. Locul de contact al electrodului cu conductor de cupru, care furnizează curent, este înfășurat strâns cu oțel sau sârmă de nicrom. Pentru a evita coroziunea, contactul nu trebuie să vină în contact cu electrolitul. La volumul indicat al celulei este posibil să se utilizeze un curent de până la 6-7 A cu o tensiune de 5-10 V. Atunci când celula este pornită pentru o perioadă scurtă de timp (3-4 ore), poate fi utilizat un curent de 10 A, dar electrolitul este încălzit considerabil. Cu o bună răcire a celulei cu apă curentă, se poate utiliza un curent de forță mai mare. Aproximativ 1 h-h se eliberează aproximativ 0,376 g de hidrogen. Oxigenul este eliberat pe anodul 2 și iese din tubul de evacuare, trece prin dopul care închide electroliza. Hidrogenul este eliberat la catodul 3 și iese prin tubul de sticlă 4. După răcirea dispozitivului (dar terminând lucrarea), hidrogenul se dizolvă într-o oarecare măsură în electrolit; apare o anumită cădere de presiune și nivelul electrolitului din spațiul catodic scade semnificativ. Catodul 3 poate fi expus dacă nu a fost suficient de adânc pentru electroliți înainte. Instrumentul este introdus printr-un reostat, deoarece în timpul funcționării puterea curentului, datorată încălzirii electrolitului, crește ușor. Dacă un sistem de uscare este conectat la electrolizor, constând din sticle de spălare cu soluții, nivelul lichidului din spațiul anodic este mărit datorită creșterii presiunii în spațiul catodic; puterea curentului crește, de asemenea, oarecum datorită creșterii zonei de contact dintre anod și electrolit.

Sinteza hidrogenului

Menționate aici, unele dintre dezavantajele sunt, de asemenea, inerente electrolizorilor altor dispozitive. Pentru producerea electrolitică a hidrogenului, este de asemenea convenabil să se utilizeze electrolizorul prezentat în Fig. 23. Este un tub în formă de U, din molibden sau altă sticlă puternică, echipat cu tuburi cu descărcare în gaz pentru oxigen și hidrogen. În electrolizor se introduc pe secțiunile lustruite ale tubului 5 cu conductoare lipite în ele. Conductoarele sunt lipite la electrozi - anodul 2 și catodul 3, realizate din foi de nichel sau sârmă. Dacă dispozitivul este făcut din edem de molibden, poate fi utilizat sârmă de molibden (cu diametrul de 0,8 mm) pentru a lipi electrozii; în toate celelalte cazuri utilizați platină: sârmă. În locul dopurilor din sticlă se poate folosi și cauciucul; apoi firul nu este lipit, ci pur și simplu trecut prin ștecher. Un catod suplimentar 4 sub forma unei rețele de nichel este plasat sub anodul 2 din celulă. Lipiți-l cu sârmă de platină. Puterea este furnizată la catod suplimentar din aceeași sursă de curent care alimentează celula electrolitică, dar prin 6. reostat rezistență reostat selectate cu speranța că amperajul venirea puterii pas cu catod suplimentar a fost de 20 - 25 de ori mai mică decât amperajul vine de bază de putere pas electrozi. Hidrogenul prinderea pas catod suplimentar, anod electrolit umple spațiul și astfel, deoarece creează o barieră pentru oxigen evoluat la anod la revendicarea dizolvabile în electrolit. În absența unui catod suplimentar, oxigenul poate intra în spațiul catodic al celulei și poate contamina hidrogenul. În timpul electrolizei, dispozitivul se încălzește și, pentru răcire, trebuie plasat într-un rezervor cu apă curgătoare. Hidrogenul produs prin această metodă este foarte pur, dar oxigenul conține un anumit conținut de hidrogen (acest amestec nu este exploziv).







Pentru a obține cantități semnificative de hidrogen în condiții de laborator, un electrolizer realizat dintr-o sticlă de 15-20 litri este foarte convenabil (Figura 24). Electrolitul este alcalină concentrată. Zonele anodice și catodice sunt separate în celulă printr-un clopot de sticlă. Electrozii sunt fabricați din fire de fier de 3-4 mm în diametru. Conductoarele de cupru purtătoare de curent la electrozi sunt lipite.

Rezistența unui astfel de electrolizor și, în consecință, a tensiunii aplicate, depinde într-o mare măsură de adâncimea de imersare a electrozilor. Cu o adâncime mică de imersie a electrozilor crește rezistența celulei, prin aceasta pentru a da olektrolizer au o tensiune mai mare, de exemplu, 50-60 V, ceea ce determină o încălzire mai degrabă rapidă a electrolitului. Cu o adâncime mare de imersie a electrozilor, este posibilă amestecarea parțială a hidrogenului și a oxigenului. Electrozii trebuie să fie la 4-5 cm de la marginea inferioară a clopotului. De obicei, electrolizații de acest tip consumă un curent de 20-30 volți. Pentru un astfel de electrolizer, un curent de 10-12 a poate fi dat pentru mai multe ore. În acest caz, se observă o încălzire a substanțelor alcaline. Pentru alimentarea celulei puteți utiliza un curent direct din baterie sau alternativ, dar printr-un redresor cu un reostat. Foarte convenabil este un redresor de seleniu de tip BCA-5, care dă un curent de 12 A și care are o reglare a tensiunii.

Electrolitul nou asamblat trebuie verificat pentru scurgeri. La acest tub, hidrogenul de evacuare, scufundat timp de 3 până la 4 cm în apă includ curent și monitorizarea trecerea bulelor de hidrogen prin apă. Absența bulelor de hidrogen indică scurgerea spațiului catodic sau a sistemului de eliminare a gazelor. Este util să conectați sticla de spălare cu alcaline la tubul de evacuare a hidrogenului, care servește simultan ca un contor cu bule. În plus, creează o anumită contrapresiune, astfel încât nivelul alcalinilor din partea îngustă a clopotelor să fie menținut constant. Clopotul de sticlă trebuie să fie schimbat după 1-1,5 ani de funcționare, deoarece este puțin corrodat de alcaline.

2. Efectul metalelor asupra acizilor

Când hidrogenul este produs prin acțiunea metalelor pe acizi, se utilizează de obicei zinc și o soluție de acid clorhidric (de la 1,4 la 1,8). Dacă se utilizează acid sulfuric, se adaugă câteva picături dintr-o soluție de sulfat de cupru care servește ca catalizator pentru a accelera reacția. Este cel mai convenabil să se obțină hidrogen într-un aparat Kipp. Pentru producția de hidrogen s-au propus și alte dispozitive de diferite modele (vezi, de exemplu, manualul lui Yu V. Karyakin). Zincul, utilizat pentru a produce hidrogen pur, ar trebui să fie curățat mai întâi. Pentru a face acest lucru, o cantitate mică de azotat de potasiu uscat se toarnă pe fundul creuzetului de șamotă și apoi se plasează zinc granular acolo. amestecat cu azotat în raport de 4,1, și puțin mai multă sare de vită este turnat pe partea de sus. Acest amestec este încălzit până la topire; o reacție foarte puternică are loc. Apoi, topitura se răcește, se rupe în bucăți, granulele de zinc se separă și, amestecate cu o cantitate mică de borax, se topesc din nou într-un creuzet. După aceea, zincul topit se toarnă în apă (pentru a se obține sub formă granulară), se trece la o cărămidă cu caneluri (pentru producția sub formă de tije). Pentru a se separa de arsen, care formează hidrogen arsenios, se topeste zincul și se injectează câteva piese de clorură de magneziu anhidră în formele de fier. Zincul este apoi topit și peletizat așa cum s-a descris mai sus.

Pentru separarea compușilor de hidrogen (hidrogen sulfurat, compuși arsen, etc.), hidrogenul a fost trecut prin două sau trei o spălare cu o soluție alcalină concentrată de permanganat de potasiu sau bicromat de potasiu în acid sulfuric (1 L de apă este necesar să se ia aproximativ 10U g de sare și 50 g de concentrat acid sulfuric). Este mai convenabil și eficient pentru curățarea (de pe o suprafață mai mare) a coloanelor umplute cu sticlă spartă sau bile de sticlă umezite cu o soluție potrivită. După purificare, hidrogenul este uscat. În primul rând, ea trece prin șaiba 1 (fig. 25) cu acid sulfuric, care este în același timp servește ca un contor cu bule, apoi printr-un tub de porțelan 2 este încălzit la 400-500 ° C, umplut cu platinat sau paladiu-azbest, și în final secvențial coloanele de drenaj 3, 4 și 5 cu clorură de calciu anhidru, hidroxid de potasiu și pentoxid de fosfor. Ca hidrogenul poate trece liber prin coloană, acestea nu ar trebui să fie lucruri prea strâmt.

Sinteza hidrogenului

Pentru a umple coloanele trebuie sa lira fosfor sticlă pentoxid sau sticlă tocat tub îngust în bucăți în diametru și 3-4 mm lungime, rapid le amestecați într-un vas de porțelan să se usuce anhidridă fosforică și se toarnă amestecul în coloană. Este necesar să se țină seama de faptul că deshidratoarele, dar în măsura în care absorbția lor de umiditate, își pierd activitatea. După o curățare temeinică, hidrogenul conține practic numai urme de vapori de apă, a căror cantitate este determinată de activitatea desicantului (vezi tabelul 3).

Pentru uscarea finală, hidrogenul trebuie trecut prin sodiu topit. În acest scop, putem folosi aparatul prezentat în Fig. 26. Plută ar trebui să fie pe secțiune, dar în cazuri extreme, puteți aplica și cauciuc. Pentru a reduce punctul de topire al sodiului din dispozitiv, puteți adăuga o anumită cantitate de potasiu. Toate aliajele conținând între 45 și 90% potasiu sunt lichide la temperatura camerei. Aparatul poate fi încălzit numai după ce hidrogenul este complet deplasat. Pentru încălzire utilizați numai baia de parafină. O metodă foarte eficientă de purificare și uscare a hidrogenului este trecerea printr-un tub de porțelan cu așchii de magneziu, încălzită la 550-600 ° C.

Una dintre metodele cele mai eficiente de purificare a hidrogenului poate fi considerată că trece printr-un strat subțire de paladiu fierbinte, prin care difuzează bine hidrogenul. Pentru a purifica hidrogenul prin această metodă este necesar să aveți o fiolă specială de paladiu

Sinteza hidrogenului

Fișa 1 (figura 27) este plasată de către piesa expandată în tubul de cuarț 2 și o sursă de hidrogen este atașată la partea îngustată. Hidrogenul este admis în flacon sub presiune ușoară, astfel încât acesta difuzează prin glowing impuritățile de paladiu și paladiu prins și să rămână în flacon.

Este hidrogen pre esențială, înainte de trecerea prin paladiu atent curățate de impurități, cum ar fi compuși cu sulf și arsen, care distruge treptat paladiu. Pentru purificarea hidrogenului prin metoda de termodifuzie, se pot folosi și alte metale care trec prin hidrogen în locul paladiului.

Productivitatea acestor dispozitive este determinată de grosimea pereților metalici, de zona lor, de temperatura de încălzire și de coeficientul de difuzie a hidrogenului.

Aș fi recunoscător pentru link-ul către pagină:







Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: