Хімія та Хімікі № 2 2015
Калій. Це справді винятковий елемент. Метал, який при зіткненні з водою розкладає її, а водень, що утворився, займається. Напевно, дивовижне видовище, - ці думки не давали Фрідріху (Велеру) спокою. Він вирішив, будь-що-будь отримати метал.
Калоян МаноловВеликі Хіміки
Ось витяг з докторської дисертації Н.М. Бекетова (1865), наведена у книзі:
"Якщо глиній (так раніше називали алюміній) відновлює барій з окису, то можна було очікувати і подібної дії його на окис калію: я зробив досвід у вигнутому рушничному стволі, в закритий кінець якого були покладені шматки їдкого калі і глини, при досить високій температурі з'явилися пари калію, більша частина яких згущувалася в холодній частині стовбура, з якої я добув кілька шматочків м'якого металу, що плаває на воді і горить фіолетовим полум'ям, що має, одним словом, всі характерні властивості чистого металевого калію. я цього досвіду не повторював, а може бути він виявиться зручним для практики, так як ціна глини невисока, а відновлення йде, мабуть, набагато легше і при нижчій температурі, ніж відновлення калію залізом ».
Застосувавши подібний спосіб гідроксиду рубідія за допомогою найпростішого приладу Бекетов, досяг досить високого виходу металу.
Спочатку поговоримо про необхідні реактиви.
Нам будуть потрібні алюміній і їдке калі. З алюмінієм немає жодних проблем, найпростіше взяти харчову фольгу.
З гідроксидом калію справа дещо складніша. Ця речовина в побуті, подібно до їдкого натру, не застосовується, але його досить легко купити. Потрібно або попросити його у навчальному закладі (у школі швидше за все не дадуть) або купити. Крім магазинів хімреактивів, він продається в деякихрадіотехнічні магазини. У будь-якому випадку покупка варта і він стане у нагоді і для інших експериментів. Їдке калі виправдовує свою назву виключно сильною дією, що роз'їдає, на шкіру, сильнішою, ніж дія кислот. Дуже небезпечне влучення навіть найменших крупинок у вічі. Це призводить принаймні до важкого пошкодження зору або повної сліпоті. Працювати з ним потрібно обов'язково у захисних окулярах! Рекомендуються гумові рукавички. На відкритому повітрі він повинен знаходитись мінімальний час, через сильну гігроскопічність. Ось ще одна ложка дьогтю – реактив випускають не у вигляді безводної речовини, а у вигляді суміші, що містить гідрат. Якщо Ви її нагрієте з алюмінієм, вона розплавиться в кристалізаційній воді і прореагує з алюмінієм, подібно до водного розчину. Калій, ясна річ, не вийде.
Ось що написано у ГОСТі, який описує якість реактиву.
| ГОСТ 24363-80 Реактиви. Калію гідроокис. Технічні умови |
| Їдке калі (Гідроксид калію) |
Як видно з таблиці, у кращому випадку калієвий луг містить 13% води! Нам знадобиться безводний препарат. Потрібно прожарити їдке калі в дешевій чашці/кухлі з нержавіючої сталі (їх легко можна придбати в магазині) [K1]. Враховуйте, при випаровуванні водина всі боки розлітаються бризки луги!Випарювати потрібно у витяжній шафі або просто на відкритому повітрі, передбачивши запобіжні заходи. Спочатку лусочки плавляться, розчин кипить, поступово кипіння припиняється і утворюється розплав зі спокійною поверхнею. Температура плавлення гідроксиду калію – 380°С.
У нашому випадку зручно гріти газовим пальником.
Бекетов використовував вигнуту залізну трубку (рушничний ствол). Реакція йде при нагріванні дочервоного гартування та спочатку супроводжується помітним розігрівом.
При цьому виділяється водень із домішкою парів калію. Внаслідок цього він самозаймається, полум'я "забарвлене" у фіолетовий колір.Увага! Утворюється їдкий аерозоль! Робити під тягою або на повітрі! Розраховувати варто приблизно на 30% вихід, далі реакція сповільнюється, і гріти після припинення горіння водню недоцільно, простіше потім повторити реакцію.
Як відомо в XIX столітті калій отримували напівкустарним способом, нагріваючи поташ з вугіллям та крейдою. При цьому використовувався приймач Донні та Мареска, що дозволяє швидко охолоджувати пари металу та не допускати окислення. Ось ілюстрація зі словника Брокгауза та Єфрона. У самодувному горні нагрівається до жару залізний посуд з реакційною сумішшю. Пари металу швидко охолоджуються, конденсуються, і чадний газ, що утворюється, захищає його від окислення. Хоча можлива і реакція між калієм та чадним газом, якщо приймач недостатньо охолоджений.
Ми використовуємо схожий пристрій для збирання та конденсації.
| Отримання калію (ілюстрація з енциклопедичного словника Брокгауза та Ефрона) |
Тепер поговоримо про проведення досвіду.
Як основу беремо порожній тонкий залізний аерозольний балончик. Розкриваємо, прожарюємо пальником до згоряння фарби, і потім, ударяючи по дерев'яній ручці (або палиці), виправляємо дно.
Ще нам знадобиться холодильник - робимо його з 8-грамового вуглекислотного балончика - спочатку пробиваємо, насаджуючи на цвях, потім зрізаємо дно і видаляємо алюміній (для цього можна розжарити балончик, - алюміній виллється; можна розсвердлити). Щільно "вкручуємо" у сантехнічний чавунний куточок (на 12).
Ще потрібно вирізати по діаметру куточка кружок з жерсті.Пробиваємо у ньому невеликий отвір. При складанні обернемо його щільно фольгою, зрозуміло, звільнивши отвір.
Широкий банк (наприклад, з-під ананасів) буде штативом. І також частково концентрувати полум'я. У ній необхідно зробити проріз для спостереження, отвір під балончик (за розміром) та отвір угорі (сантиметра 3-4 у діаметрі) для виходу газів полум'я.
Для реакції знадобиться алюміній (10 г). Зручно взяти фольгу, щільно згорнувши її в тугу "мотузку" і потім розрізавши ножицями на шматочки.
Ще знадобиться м'який залізний дріт (для кріплення реактора до банку) та металева губка для посуду (послужить механічним фільтром).
Ну і, зрозуміло, їдке калі – його потрібно 42 г – за обсягом приблизно 50 мл лусочок.
Його необхідно обезводити, як говорилося вище. Зрозуміло, потрібні окуляри та певна обережність - при зневодненні їдке калі спочатку плавиться у своїй кристалізаційній воді, потім розплав кипить. Після того як воно заспокоїться, ставши нерухомим, і ви помітите нагрівання до червоних стін, виливаємо його в балончик-реактор з заздалегідь насипаним алюмінієм, охолоджуємо занурюючи у воду або торкаючись снігу і відразу заштовхуємо губку-фільтр (губка повинна бути без полімерної основи). Після цього тримаючись за верх, пасатижами щільно загортаємо краї балончика, на кшталт тюбика. Знадобляться бавовняні рукавички. Тепер вставимо шматок дроту в загорнутий край. Найвідповідальніша частина – пробити у верхній частині отвір під горло балончика-холодильника. Трохи виправляємо постукуванням деревинкою, проколюємо ножицями і акуратно розширюємо носом напилка.
Головне не переборщити, зробити рівний отвір трохи менше - горло має вставитися на терті. Краще одразу вставити холодильник у реактор "через" банку-штатив, так будебільш герметично - ніж виймати та вставляти вдруге. Пари калію, звичайно, все одно виходитимуть, але частина їх піде у потрібному напрямку. Кріпимо дріт за верх банки, встановлюємо трохи похило холодильник, навертаємо на куточок стрічку з вологої вати (її доведеться потихеньку поливати під час нагрівання).
Можна придумати якийсь простий штатив, скажімо, використати цеглу, нам підвернувся старий ящик.
Греєм великим корейським пальником, бутановий балончик при цьому охолоджується і полум'я зменшується, тому зручно занурити його в кухоль із теплою водою.
Ось як виглядає процес нагрівання. Через деякий час ви побачите горіння водню з парами калію. Не забуваємо періодично поливати вату.
Після припинення горіння водню гріємо ще пару хвилин. Після припинення нагрівання обернемо фольгою отвір холодильника.
Тепер треба витягти калій. Як тільки "апарат" охолонув (працюємо в окулярах, це обов'язково! і гумових рукавичках) від'єднуємо холодильник, на шийку вуглекислотного балончика можна відразу навернути фольгу.
Як виявилося всередині куточка калію зовсім мало - бризки-крапельки і цим можна знехтувати. Основна частина всередині балончика – він заповнений компактним калієм із центральним каналом-пустотою. Видобувати його механічно дуже незручно. Пробували застосувати шматочки жести-шпателі (тому частина калію виявилася у вигляді нерівних обрізків). Зрозуміло, відразу ж поливаємо балончик вазеліновим маслом.
Вазелінове масло краще заздалегідь обезводити. Найпростіше добре його прогріти.
Правильний підхід - виплавити калій (з додатковою фільтрацією) - помістити балончик (зрозуміло, звільнивши його від чавунного куточка та фольги, вузьким горлом вгору) у хімічну склянку із сухим вазеліновим маслом та обережнонагріти до плавлення калію.
Щипцями виймаємо балончик, калій виливається в олію.
З чистого медичного шприца зробимо фільтр-прес.
Для цього спочатку підберемо красиву скляну бульбашку з щільною кришкою. На 10 мл шприц туго надягаємо коротку трубочку, в неї заштовхуємо щільну грудочку зі сплутаного тонкого дроту, чим тонше, тим краще (ми взяли мідну). Нахиляємо склянку і засмоктуємо шприцом з фільтром, спочатку йде чистий сріблястий метал, потім емульсія із сріблястих крапельок.
Наприкінці відсмоктування залишається метал із великою кількістю домішок, його залишимо на потім.
Шприц охолоджуємо у вертикальному положенні, у склянці з шаром вазелінової олії, щоб носик був занурений. Потім видавлюємо олію і спресовуємо краплі.
Виходить блискучий злиток. Можна його ще раз нагріти у шприці (наприклад, феном) та збовтати.
Після охолодження, швидко зрізаємо верх шприца, занурюємо відрізану частину в заздалегідь підготовлений пляшечку з осушеним маслом і видавлюємо злиток.
Ось що вийшло у результаті. Основний злиток, об'ємом десь у 4.5 мл + три краплі, які шкода було викинути.
Однак із залишків можна витягти ще трохи чистого калію. Робимо ще шприц, в носик вставляємо сплутаний дріт, і щоб не вискочила потім, беремо з надлишком і придавлюємо поршнем. Наливаємо олії у шприц і кидаємо залишки калію, пресуємо.
Нагріваємо у вазеліновому маслі, як тільки розплавиться, продавлюємо – виходять сріблясті краплі – великі можна взяти для колекції, дрібні залишати у воду.
К1 Цілком можливо використовувати посудину зі звичайної сталі. Невелика домішка продуктів корозії заліза не заважає подальшій реакції відновлення. До речі, нержавіючі сталі також кородують під дією розплавулуги – у присутності кисню розплав забруднюється хроматом.