» » Аппарат Либиха

Аппарат Либиха


Аппарат Либиха

Перед вами реконструкция аппарата Либиха, или кали-аппарата (см. Kaliapparat) для определения содержания углерода и водорода в органических соединениях. Реконструкция выполнена по чертежам, приведенным немецким химиком Юстусом фон Либихом в книге 1837 года Anleitung zur Analyse Organischer Korper («Руководство по анализу органических тел»). Металлическая конструкция — это угольная жаровня, внутри нее виднеется трубка для сжигания образца органического вещества, далее следует изогнутая трубка с поглотителем паров воды и колбы с поглотителем углекислого газа — едким кали (гидроксидом калия).

В первой трети XIX века химики столкнулись с отсутствием подходящих способов анализа органических веществ. Это значительно тормозило развитие органической химии — тогда, как и сейчас, не определив состав вещества и не записав его формулу, невозможно было говорить о его идентификации. К этому времени уже сложился набор надежных методов анализа в неорганической химии. Разнообразие химических элементов, входящих в состав относительно небольшого количества неорганических веществ, а также сочетание методов количественного определения различных элементов позволило определить формулы всех известных к тому времени неорганических веществ. Например, массу хлора, входящего в состав соли, определяли, добавляя к этой соли серебро и измеряя массу полученного белого творожистого осадка хлорида серебра (AgCl) — тогда химики легко могли по внешнему виду осадка определить вещество. Для каждого металла, входящего в состав соли, также были разработаны методы количественного анализа.

Проблемами органической химии оказались как многочисленность органических соединений, так и однообразие их качественного состава — в органических соединениях, которые изучали Либих и его современники, встречались в основном углерод, водород, а также кислород и азот. Для молодой органической химии нужен был метод количественного определения как минимум углерода и водорода.


Аппарат Либиха

Схема аппарата Тенара и Гей-Люссака для анализа органических соединений на углерод и водород. 1 — трубка для сжигания образца; 2 — спиртовка; 3 — трубка, соединяющая 1 с мерным цилиндром (4); 5 — чаша, заполненная ртутью; 6 — запорный кран трубки для сжигания образца. Рисунок из статьи Z. H. Kudzin, B. Waskowski, 2004. Outline of CHN Elementary and CN Environmental Analysis


Первый метод количественного анализа органических соединений на углерод и водород разработали в 1805–1815 годах французские ученые Луи Жак Тенар и Жозеф Луи Гей-Люссак. Анализ проводился следующим образом. Образец органического вещества массой от одного до пяти грамм смешивали с окислителем — перхлоратом калия (KClO4), помещали эту смесь в трубку для сжигания образца и нагревали до полного сгорания органики. Выделяющийся при термическом разложении перхлората кислород сжигал органическое вещество, продукты сгорания (углекислый газ, пары воды) и избыток кислорода собирали в мерном цилиндре, который был изолирован от атмосферы с помощью ртутного затвора. По массам образца органического вещества, взятого для анализа, перхлората и объему выделяющихся газов можно было довольно грубо определить содержание углерода и водорода в образце.

Измерение объемов газов требовало определенной сноровки и постоянного наблюдения за мерным цилиндром — пары воды быстро конденсировались, и показания мерного цилиндра начинали меняться. В 1814–1817 годах Йенс Берцелиус модифицировал метод Тенара и Гей-Люссака, предложив поглощать образующуюся при сгорании органического вещества воду солями, способными образовывать кристаллогидраты. Таким образом измерялся уже не объем паров воды, а масса кристаллогидратов. Но анализ органических веществ не стал удобнее и точнее — на измерение объемов выделяющихся газов влияли температура окружающей среды и атмосферное давление.


Аппарат Либиха

Схема аппарата Либиха для анализа органических соединений на углерод и водород. 1 — трубка для сжигания образца; 2 — фарфоровая лодочка с образцом, смешанным с катализатором — оксидом меди; 3 — угольная жаровня; 4 — соединительные трубки; 5 — поглотитель паров воды (CaCl2); 6 — поглотитель углекислого газа (колба, заполненная раствором гидроксида калия); 7 — выход аппарата на связь с атмосферой; 8 — запаянный конец сжигательной трубки, который разбивают после окончания сжигания для принудительной прокачки воздуха через аппарат, что необходимо для полноты поглощения углекислого газа и воды соответствующими поглотителями. Рисунок из статьи Z. H. Kudzin, B. Waskowski, 2004. Outline of CHN Elementary and CN Environmental Analysis


Анализ органических соединений стал намного точнее и удобнее после того, как в 1831 году Либих описал метод определения углерода и водорода, кардинально отличающийся от метода Тенара и Гей-Люссака. Сжигание органического вещества Либих предпочел проводить, используя кислород воздуха в качестве окислителя и оксид меди (CuO) как катализатор. При этом участок сжигательной трубки, в котором находилась фарфоровая лодочка с образцом анализируемого органического вещества, постоянно нагревался теплом от угольной жаровни. Трубка для сжигания образца была расположена горизонтально и запаяна с одного конца, что позволяло после сжигания пробы разбить запаянный участок и продуть трубку воздухом, чтобы добиться полного поглощения продуктов сгорания. Углекислый газ поглощался раствором гидроксида калия (КОН) с образованием карбоната калия (К2CO3), а вода — безводным хлоридом кальция (CaCl2), с образованием кристаллогидрата (CaCl2x6Н2О).

Анализ по методу Либиха можно было проводить для образцов массой не более 0,2 грамм (это ограничение необходимо, чтобы хватало массы поглотителей углекислого газа и воды). Для анализа же по Тенару и Гей-Люссаку требовался минимум 1 грамм образца. Углерод и водород определяли по увеличению массы поглотителей по окончании сжигания, то есть не было необходимости следить за показаниями прибора непосредственно во время сжигания образца. Эти обстоятельства позволили поставить анализ органических соединений на поток, что, в конечном итоге, сыграло важную роль в развитии органической химии. Аналитический аппарат Либиха был настолько удобным в работе, что в его конструкцию принципиальные изменения не вносились около века (тогда угольные жаровни заменили на электрические печи, а воздух — на чистый кислород из баллона).

Уже этого изобретения вполне хватило, чтобы считать вклад Либиха в развитие органической химии неоценимым. Однако, ученый еще и разработал ту разновидность химической посуды, которая чаще всего применяется в лаборатории — холодильник Либиха. Работы Либиха позже позволили сформулировать идею изомерии, а также перестать считать органическую и неорганическую химию обособленными разделами химической науки.

Фото с сайта beautifulchemistry.net.

Аркадий Курамшин

20 июль 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

«Наш общий друг»

Эта картинка с надписью «Наш общий друг», опубликованная на обложке еженедельного американского сатирического журнала Puck в январе 1885 года, была, наверное, первой попыткой поднять в средствах

Бокал шампанского на термограмме

Эти термограммы показывают, сколько углекислого газа теряет шампанское в зависимости от способа наливания (в вертикальный или наклоненный бокал) и температуры (два левых изображения — при температуре

Ученые научатся создавать топливо «из воздуха»

Исследование, проведённое физиками в Университете Манчестера, показало, что открытый в 2010 году графен может быть использован в качестве мембраны для фильтрации атомов воздуха. В будущем эта

Теория появления воды на Земле поставлена под вопрос

Интересные сведения, которые были переданы на Землю космическим аппаратом Rosetta, ставят под сомнение теорию о том, что вода на нашей планете могла появиться благодаря кометам. Сам запуск Rosetta

Запах нового автомобиля может вас убить

В течение первого месяца после покупки автомобиля эксперты рекомендуют проводить в нем не более полутора часов в сутки. В противном случае возникает высокий риск подвергнуться токсическому
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Земляне наблюдали частичное лунное затмениеНейрохимическая гипотеза происхождения человекаТемная материя пока никого не убила – и это дает нам информацию о ее природеОгромный астероид едва не столкнулся с ЗемлейРентгеновский телескоп eROSITAМуравей-зомбиКурсы маркетинга: полезные советы!Плохие соседи портят кровь