Приборы для опытов по электрохимии

С учетом исключительного значения соответствующих процессов в промышленности, в этой книге описан ряд опытов по электрохимии. Для электролиза (так называют процесс разложения веществ под действием электрического тока) нам понадобится источник постоянного тока с низким напряжением Однако ток в этих опытах не должен быть слишком низким. Для простых опытов по электролизу годится даже плоская батарейка для карманного фонаря. Можно также взять 3-6 круглых элементов, включенных последовательно. Намного эффективнее свинцовый аккумулятор на 6 или 12 В обладающий не слишком малой зарядной емкостью. Многие читатели, вероятно, смогут воспользоваться аккумуляторными батареями от автомобиля. Как правило, они подойдут, хотя работают лишь в течение довольно короткого промежутка времени. Поэтому мы должны тщательно подготовить опыт, и провести его сразу после того, как аккумулятор заряжен.

При работе с такими источниками питания можно без опасения дотрагиваться до голых проводов. Разумеется, и при низком напряжении контакты должны быть очень надежными. Наверное, у читателя найдется знакомый радиолюбитель, который сможет посоветовать как лучше собрать цепь При плохих контактах возникают искры, а это может привести, например, к воспламенению выделяющегося водорода.

Между источником тока и электролитической ячейкой в большинстве случаев следует включить сопротивление Лучше всего взять ползунковый реостат сопротивлением 10 Ом, рассчитанный на не слишком малый ток (1-5 А).

Количественные электрохимические опыты возможны только при измерении сил тока. Если удастся приобрести амперметр или многопредельный ампервольтметр, то во всех опытах целесообразно измерять силу тока.

Конструкция электролитических ячеек зависит от условии опыта и указана в тексте книги - там, где описаны соответствующие опыты.

Опыты с электрической дугой

Опыты с электрической дугой требуют гораздо большей осторожности. Их можно проводить только в химических кружках!

Как известно, электрическая дуга образуется, если кратковременно привести в соприкосновение два электрода из угля или металла, а затем раздвинуть их на несколько миллиметров. Для возникновения электрической дуги требуется напряжение не меньше 30 - 40 В. Правда, дугу можно получить с помощью источника как постоянного, так и переменного тока. Ток в наших опытах должен быть не менее 3- 5 А. В физических кабинетах хорошо оборудованных школ имеется трансформатор переменного напряжения или большая батарея нужного напряжения и емкости. Между источником тока и электродами обязательно надо включить в электрическую цепь входное сопротивление, иначе произойдет короткое замыкание.

При опытах с электрической дугой необходимы все меры предосторожности, требуемые при работе с высоким напряжением. К их числу относятся использование надежных, тщательно изолированных контактов и отсутствие влаги в окружающей среде. Работать нужно, положив под ноги электроизоляционный материал, например резиновый коврик, в резиновых или, в крайнем случае, в других (сухих!) перчатках. Разумеется, ни в коем случае нельзя прикасаться к электродам. Перед тем, как загорится электрическая дуга, нужно надеть очень темные очки (очки для сварки). Иначе из-за ослепительного яркого света можно сильно повредить глаза. Обычные солнцезащитные очки для этого опыта не подойдут.

ОБРАБОТКА СТЕКЛА

Стеклянные трубки незаменимы для соединения частей самых разнообразных приборов. Для этой цели купленные длинные стеклянные трубки приходится резать, оплавлять и сгибать. Поэтому каждый юный химик должен усвоить основные правила работы со стеклом.

Горелка

За исключением резания и шлифовки, при обработке стекла, как правило, необходимо нагревать его до размягчения. В отличие от кристаллических веществ, стекло не имеет четкой температуры плавления. При нагревании оно сначала размягчается, потом становится вязкотекучим и, наконец, совсем жидким. Самая важная, но и самая трудная задача при обработке стекла - поддерживать оптимальную температуру. Для обработки простого стекла нужна температура от 450 до 600 °С. Для изменения же формы иенского и других тугоплавких стекол их нужно нагревать выше 600 °С.

Для многих простых операций подойдет хорошая горелка Бунзена. Для сгибания стеклянных трубок очень удобна дополняющая ее насадка со щелевидным отверстием. Если же читателю хочется сгибать более толстые трубки, припаивать стеклянные трубки друг к другу и вообще научиться стеклодувному делу, то для этого нужна паяльная горелка. Для подвода к ней воздуха можно воспользоваться водоструйным насосом, феном или пылесосом (В качестве воздуходувки можно применить также микрокомпрессоры МК-Л и ВК-1, предназначенные для насыщения воздухом воды в аквариумах. Описание самодельной паяльной горелки — см. в книге: И. Н. Чертков, И. А. Черняк, Ю. А. Колударов. Самодельные демонстрационные приборы по химии. М., «Просвещение», 1976. — Прим. перев.).

Резка трубок

Чтобы разрезать тонкую трубку, вначале сделаем в требуемом месте надрез трехгранным напильником или специальным ножом для резки стекла (из твердой стали). Затем возьмем трубку обеими руками как можно ближе к надрезу и так, чтобы надрез приходился как раз посередине. Надломим трубку, одновременно слегка растягивая ее. При этом трубку следует завернуть в кусок ткани, чтобы защитить руки от осколков стекла. После некоторой тренировки нам удастся резать трубки так, чтобы края у них были почти ровные. Эти острые края нужно еще оплавить, чтобы сгладить их. Для этого конец трубки поместим ненадолго в пламя горелки Бунзена. Неоплавленные концы трубок повреждают резиновые пробки и шланги, что часто приводит к неприятным последствиям.

Чтобы вставить стеклянную трубку в пробку или надеть на нее резиновый шланг, смочим конец трубки глицерином или, в крайнем случае водой, чтобы уменьшить трение. При этом свободный конец трубки, как правило, нужно оставлять коротким, иначе он образует длинное плечо рычага, и трубка легко ломается.

Толстые стеклянные трубки (диаметром более 25 мм) разрезать таким способом не удается. Нужно, чтобы они дали в требуемом месте круговую трещину. Для этого рекомендуется много способов, хотя все они не всегда дают хороший результат (Для этой цели удобен самодельный электростеклорез, позволяющий обойтись без газовой горелки. См. И. Н. Чертков, И. А. Черняк, Ю. А. Колударов. Самодельные демонстрационные приборы по химии. М., «Просвещение», 1976. — Прим. перев.). Проще всего вначале сделать на трубке равномерный кольцевой надрез. Затем в несветящейся зоне пламени горелки нагревают стеклянную палочку до тех пор, пока конец ее не раскалится докрасна. При этом он размягчается до вязкотекучего состояния и окрашивает пламя в желтый цвет. Прижмем этот размягченный конец палочки к кольцевому надрезу. В результате резкого нагревания стекло обычно дает глубокую кольцевую трещину. В тонкостенной трубке часто можно получить такую трещину, если разогретое место затем быстро смочить капелькой воды. Таким же способом можно, например, отколоть дно от бутылки. Если повезет, края получатся ровными.

Сгибание трубок

Чтобы согнуть трубку, нагреем ее до размягчения, но не слишком сильно. Трубка должна сгибаться уже под действием своего собственного веса, если держать ее за один конец. Разумеется, можно при этом держать ее и за оба конца. Вынем трубку из пламени и, сгибая ее, придадим ей требуемую форму.

Просто согнуть стеклянную трубку удастся каждому начинающему экспериментатору. А вот согнуть ее так, чтобы в месте сгиба не было сужения, складки, вздутия или других дефектов, не так-то просто - для этого требуется немалая тренировка. Важно поддерживать правильную температуру сгибания, прогревать трубку по всей окружности и на не слишком коротком участке, то есть при непрерывном и равномерном вращении.

При сгибании толстой трубки один конец ее нужно закрыть пробкой и после сгибания места сужения выровнять, вдувая в трубку воздух. Обычно вначале при этом получаются дырки - воздух вдувают слишком сильно.

Еще более толстые трубки и все крупные предметы из стекла, например, колбы, нужно предварительно равномерно нагревать при непрерывном вращении светящимся пламенем, чтобы они не лопнули (Это общее правило, относящееся и к тонким трубкам. После обработки сильным пламенем стекло в конце операции прогревают светящимся пламенем, без подвода воздуха к горелке и оставляют медленно остывать. — Прим. перев). Согнутые трубки дают трещину, если их положить горячими на холодную подставку. Поэтому целесообразно изготовить пару деревянных подставок в виде брусков с выточенными канавками. Трубки нужно класть на подставку так, чтобы их горячая часть не касалась подставки и других предметов.

Растягивание трубок

Для многих опытов нам понадобятся стеклянные трубки с оттянутым концом. Изготовить такую трубку нетрудно. Нагреем стекло до размягчения, вынем трубку из пламени, растянем ее и разрежем в месте сужения. В зависимости от температуры, до которой трубка была нагрета, а также от скорости растягивания мы получим трубку с длинным или коротким суженным концом.

Чтобы этот заостренный конец был не слишком тонким, нужно нагревать достаточно сильно и растягивать трубку совсем медленно, одновременно вращая ее. Если нам нужна аккуратно запаянная стеклянная трубка, то растягивать нужно быстро или в пламени. Тогда образуется тончайший капилляр, который легко заплавить. Затем мы можем нагреть этот конец трубки до размягчения и слегка подуть в нее.

Дополнительные советы

При наличии паяльной горелки, интереса к стеклодувному делу и немалого терпения, можно попытаться перейти к более трудным операциям. Чтобы спаять трубки, нужно по возможности ровно обрезать их и соединяемые концы немного развернуть, то есть расширить, чтобы они приобрели форму воронки. Можно сделать это с помощью заостренного графитового стержня, который вы используете в качестве угольного электрода. При спаивании трубок разного диаметра одной из них сначала нужно дать немного сузиться в пламени. Оба конца одновременно нагревают, вынимают из пламени и прикладывают друг к другу. Затем вращением, нагреванием и размягчением, вытягиванием и поддуванием придают шву правильную форму. Если при этом появляются вздутия и отверстия, можно заварить их расплавленным концом стеклянной палочки. Недостаточный прогрев места спая и неровности в этом месте вызывают в стекле напряжения. В таких случаях через некоторое время в этом месте может появиться трещина.

Чтобы припаять одну трубку к другой под углом, в требуемом месте спая одну из трубок сильно нагревают до размягчения коротким пламенем паяльной горелки. Затем один конец этой трубки закрывают пробкой и дуют в трубку. В нагретом месте образуется пузырь с очень тонкой стеклянной оболочкой, которую легко можно удалить. В результате получается круглое отверстие. Его развертывают, придавая ему форму воронки (см. выше). Таким же образом развертывают конец той второй трубки, которую нужно припаять к первой. Конец второй трубки соединяют с отверстием первой и равномерно спаивают трубки, при поддувании выравнивая место спая (Надежный спай получают, чередуя приемы нагревания, осаживания и поддувания. Более подробные сведения о работе со стеклом — см. М. М. Голь. Руководство по основам стеклодувного дела. Л., «Химия», 1974, — Прим. перев). При этом два из трех концов спаиваемых трубок, разумеется, предварительно закрывают пробками.

Если нужно выдуть шар, то трубку оттягивают и заплавляют ее. При непрерывном вращении, наклонив трубку, сильно нагревают ее до тех пор, пока на конце не накопится достаточный излишек стекла. Затем вынимают трубку из пламени и, не прерывая вращения, слегка дуют в нее.

Все эти стеклодувные работы требуют, как мы уже говорили, немало терпения, так что вначале не обойдется без разочарований. Полезнее, чем слушать любые объяснения, понаблюдать за работой опытного стеклодува.