Химия и Химики № 1 2012

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Получение закиси азота в домашних условиях

Получить веселящий газ можно несколькими путями. Самым доступным в домашних условиях является способ Г. Дэви — термическое разложение нитрата аммония (аммиачной селитры) по реакции:

В лабораторных условиях более удобным является нагревание сульфаминовой кислоты с азотной кислотой:

однако сульфаминовую и азотную кислоты достать труднее, поэтому мы остановимся на разложении аммиачной селитры. Кстати, разложение аммиачной селитры используется для синтеза закиси азота в промышленных масштабах.

При нагревании нитрата аммония имеет место несколько реакций. Приведем фрагменты из книги Л.И. Багал Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ (1975) ссылка

Нитрат аммония при нагревании несколько выше температуры плавления (сухой нитрат аммония плавится при 169.6°С), разлагается по реакции

Реакция разложения на закись азота и воду изучалась Бертело, Томсеном и Велеем. Первые два исследователя нашли, что реакция экзотермична

Основными реакциями разложения нитрата аммония при температуре до 270°С являются (1) и (2). Расплавленный нитрат аммония при нагревании выше 250-260°С может выделять окислы азота, азот и воду:

Саундерс (1922 г), основываясь на результатах газового анализа, пришел к убеждению, что основными реакциями разложения при температуре до 260°С являются (1) и (2), а также реакция

Разложение при взрыве по его мнению протекает по реакции

Для нормального процесса образования закиси азота путем разложения нитрата аммония его температурный режим и степень чистоты имеют исключительное значения.

Как видно из приведенных выше данных, аммиачная селитра при нагревании до 240-250°С разлагается с образованием закиси азота и воды, однако даже при этой температуре полученный «сырой» газ содержит пары азотной кислоты, оксиды азота NO и NO2. аммиак, хлор (за счет примесей хлоридов), азот и «туман» возогнанной аммиачной селитры. Понятно, что такую смесь вдыхать нельзя (если возникнет мысль повторить опыты Дэви), поскольку это смертельно опасно! Мало того, если колба закрыта резиновой пробкой, то она даже после кратковременного использования постепенно разрушается (с образованием совсем не безвредных продуктов).

Поэтому способ получения веселящего газа нагреванием аммиачной селитры на сковородке (который зачастую рекомендуют «гуру», чтобы посмеяться над «профанами») выглядит в лучшем случае как черный юмор.

Перейдем к рассмотрению установки. Нитрат аммония разлагают в колбе Вюрца при осторожном нагревании. Лучше использовать термометр, однако без него при необходимости можно обойтись. Как показал опыт лучше использовать нагрев примерно до 220°С, при этом наблюдается легкое «кипение» расплава. Полученный «сырой газ» для очистки пропускают вначале через охлаждаемую льдом ловушку, для сбора перегоняющейся воды с примесью азотной кислоты. Далее газ проходит через склянку Дрекселя с раствором железного купороса, она также служит своеобразным индикатором скорости выделения газа. Затем газ промывается в импровизированной промывалке (c пористым распылителем) с раствором 5-7 % щелочи (гидроксида натрия или калия), где он очищается от NO2. азотной кислоты, хлора. И, наконец, в третьей промывалке с пористым распылителем, в которую налит раствор сульфата железа (II), закись азота очищается от NO и следов оставшихся примесей. После нее газ содержит закись азота с некоторым количеством воды и азота, а также следами NO2 и NO.

Следует помнить, что очистке закиси азота, если она будет использована для повтора опытов Дэви, следует уделить особое внимание. в противном случае газ будет токсичным.

В качестве реакционной загрузки использовалось удобрение нитрат аммония (аммиачная селитра).

Как в домашних условиях сделать веселящий газ
Нитрат аммония (аммиачная селитра)

Когда собран и отложен последний мешок необходимо отсоединить шланг от отвода колбы Вюрца. Автор просто его срезал, т.к. снять его проблематично, можно сломать отвод. Колбу с расплавом лучше сразу вынести на открытый воздух, она должна остывать на штативе, ничего не касаясь, до полного охлаждения! Пробку с термометром необходимо вынуть. Можно закрыть горло пробкой (без термометра!). Промывалки нельзя оставлять с растворами. Их разбирают, растворы переливают в стеклянные бутылки. Следует помнить, что щелочь разрушает полиэтилентерефталат, поэтому раствор ее лучше хранить в полиэтиленовых или полипропиленовых бутылках (в крайнем случае — стеклянных). Все трубки тщательно промывают проточной водой, аквариумные «распылители» необходимо после промывки выдержать в разных стаканах с водой, для окончательного удаления следов растворов. Распылитель, бывший в растворе щелочи, при мытье раскрошился в руках. Поэтому лучше заранее купить несколько запасных.

Как в домашних условиях сделать веселящий газ

Дополнительные подробности об установке

В описанной выше версии прибора было решено использовать термометр и дополнительную ловушку для кислого конденсата (служащую также предохранительной склянкой от случайного засасывания раствора). Возможен и более простой вариант — без термометра и ловушки, — однако с ним работать менее удобно, и нужна бОльшая осторожность.

Ловушку мы сделали из маленькой колбы Вюрца, однако можно с успехом изготовить ее из аптечной склянки на 100 мл, с винтовой резьбой под пластиковую крышку.

Достаточно просверлить два отверстия, как показано ниже, и вставить длинную (почти до дна) и короткую стеклянные трубки. Ловушка охлаждается в ледяной бане, для чего удобнее использовать металлический широкогорлый термос, наполненный колотым льдом с водой. Загрузка селитры (для 500 мл колбы) около 850 г — почти полный пакет удобрения.

Изготовление промывалок не представляет труда — нужны лишь аквариумные распылители подходящего диаметра (меньше диаметра горла бутылки) и стеклянные трубки (можно использовать подходящие по диаметру пипетки Мора). Необходимо сделать 3 отрезка трубки 3-4 см длиной, диаметр примерно 7 мм, и 3 куска трубки 25-30 см (подбирается по длине бутылки) [1] со слегка оттянутым концом. Для этого трубку, вращая, нагревают в пламени горелки (удобны корейские горелки, надевающиеся на баллончик с бутаном). Когда пламя окрасится в желтый цвет и трубка начнет размягчаться, ее непрерывно вращая, совсем слегка растягивают. После остывания посередине оттянутого пространства трубку разрезают. Для этого краем тонкого, «бархатного» напильника слегка наносят черту на 1/6 — 1/3 окружности трубки и разламывают, одновременно, как бы стараясь разорвать трубку в разные стороны. Оттянутый конец трубки вставляют в крышку пластиковой бутылки, отверстие должно быть чуть меньше диаметра трубки, тогда система совершенно герметична. Окончательный размер длинных трубок подбирается так, чтобы распылитель при закручивании пробки был у самого дна бутылки. Собранную систему необходимо проверить на герметичность, смочив снаружи пробку мыльным раствором и каким-либо способом создать давление газа. Аккуратно сделанные промывалки даже под значительным давлением совершенно герметичны. Затем в прибор необходимо залить воды по уровню начала горлышка бутылок (в первую можно на две трети) и попытаться ртом продуть систему, с переднего конца трубки подачи «сырого» газа. С некоторым усилием это должно удаться.

Для сбора установки использовались: литровая промывалка (оснащенная пористым распылителем) на основе пластиковой пивной бутылки с сульфатом железа, стеклянная промывалка из водочной бутылки (раствор щелочи, тоже с пористым распылителем) и самодельная склянка Дрекселя с раствором железного купороса из полулитровой пластиковой бутылки.

Раствор щелочи готовим осторожно, помня о крайней опасности ее для глаз и кожи. Применялся 7 % раствор едкого кали. Раствор железного купороса готовим насыщенным, воду слегка подкисляем серной кислотой. Нами был куплен сульфат железа фирмы Фаско, железный купорос был влажным, однако он достаточно чистый и растворяется без остатка.

______________________
1 Стеклянные трубки при необходимости можно использовать составные — срастив подходящие отрезки кусочком резиновой трубки.