Los alquimistas, que recibieron ácido clorhídrico por primera vez en el siglo XV, lo llamaron "spiritus salis", "espíritu de la sal". Este ácido tenía propiedades mágicas en ese momento: corroía el papel, los metales disueltos, las personas envenenadas. Estas propiedades han permanecido con ella hasta el día de hoy, pero ahora este ácido ha sido suficientemente estudiado y no hay magia aquí.
El ácido clorhídrico (HCl) es un ácido monobásico fuerte, en su forma pura es un líquido claro. En su concentración máxima del 38%, "fuma" en el aire. Recibiremos un ácido con una concentración de la mitad.
Entonces comencemos.
Precauciones de seguridad
¡Atención, trabaje con sustancias tóxicas!
Todos los experimentos deben llevarse a cabo en una habitación bien ventilada o debajo de una campana extractora. Asegúrese de usar gafas de seguridad (disponibles en la tienda. Almacenar) y guantes (si no encuentra guantes químicos especiales, son de buena calidad para lavar los platos).
En el lugar del experimento, el bicarbonato de sodio debe estar presente para neutralizar el ácido en una situación imprevista (se liberará dióxido de carbono y agua).
Está estrictamente prohibido realizar un experimento en contenedores de metal.
Necesitará
Para realizar el experimento necesitaremos:
- Electrolito ácido para baterías (vendido en la tienda de automóviles);
- Agua destilada (ibid.);
- Sal (está en cualquier cocina);
- Bicarbonato de sodio (ver precauciones de seguridad).
De los platos que necesitas:
- Matraz de vidrio;
- Un recipiente con arena donde puede colocar el matraz;
- Varios vasos desechables de 200 ml;
Si tiene una bombilla resistente al calor, puede calentarla bajo la llama abierta del quemador. Pero aún así lo recomiendo a través de arena, en cuyo caso absorbe ácido.
También necesitará un par de esquinas de plomería con un diámetro de 50 mm y un quemador (en mi caso, alcohol, pero recomiendo usar uno de gas).
Etapa 1 - evaporación
El electrolito de la batería es el más ácido sulfúrico al 36% (H2SO4). Primero, necesitamos aumentar su concentración.
Vierta 200 ml en el vaso, es decir, casi hasta los bordes y vierta un poco más de la mitad del vaso en el matraz. Haga un marcador con un marcador y agregue el resto.
Puse un reflector de aluminio alrededor del matraz para un calentamiento más eficiente, pero luego lo quité porque comenzó a derretirse.
Ahora colocamos el matraz en el quemador y evaporamos al nivel de la marca establecida previamente, incluso un poco más bajo.
Paralelamente, colocamos una gasa doblada varias veces sobre la esquina y la fijamos con una banda elástica. Preparamos una solución insaturada de refresco y la sumergimos en el extremo de la esquina con una gasa.
Cuando el electrolito comienza a hervir, colocamos una esquina en el matraz, se asienta firmemente sobre él. El final de la gasa se envía a la ventana abierta.
Esto es necesario si de repente el ácido sulfúrico comienza a evaporarse con agua. Si no sobrecalienta demasiado el matraz, esto no sucederá.
Quemador en acción:
El poder de mi quemador es relativamente pequeño, por lo que la evaporación tardó aproximadamente una hora. Un quemador de gas o una estufa eléctrica acelerarían en gran medida este proceso.
Una vez completada la primera etapa, debe quedar un poco menos de la mitad de la solución en el matraz, es decir, un ácido con una concentración de aproximadamente el 75%. No te olvides de la precisión.
Dejar enfriar a temperatura ambiente.
Etapa 2 - cálculos
Ahora que tenemos ácido sulfúrico concentrado, podemos llevar a cabo la reacción principal, se ve de la siguiente manera:
Pero primero, hagamos algunos cálculos, y al final los comparamos con lo que sucedió en la práctica.
Entonces, inicialmente teníamos 200 ml de electrolito con una densidad de 1.27 g / cm³. Mirando la tabla de densidades de ácido sulfúrico, vemos que esta densidad corresponde a una concentración del 36%. Calcule el volumen de ácido:
200 ml * 36% = 72 ml - V (H2SO4)
Después de evaporar la solución, su concentración y, en consecuencia, la densidad aumentó. Observamos la misma tabla y vemos que una concentración del 75% corresponde a una densidad de 1,67 g / cm³.
Conociendo la densidad de corriente (p) y el volumen (V) del ácido, descubrimos la masa:
m = p * V;
m (H2SO4) = 1,67 g / cm³ * 72 ml = 120 g;
m (H2SO4) = 1,67 g / cm³ * 72 ml = 120 g;
Ahora de la química escolar recordamos:
m (H2SO4) / M (H2SO4) = m (NaCl) / M (NaCl) = m (HCl) / M (HCl),
donde M es la masa molar de la sustancia.
donde M es la masa molar de la sustancia.
Las masas molares de H2SO4, NaCl y HCl son, respectivamente, 98, 58.5 y 36.5 g / mol. Ahora podemos averiguar cuánta sal se necesita y cuánta HCl será.
Es decir, necesitaremos 72 g de NaCl, esto es 34 ml, tomar en exceso: un cuarto de taza.
Excelente, y el HCl en teoría será de 44.7 g.
Hay una columna de g / l en la tabla de densidad de HCl. Tomamos de allí el valor para la concentración del 15% - 166,4 g / l. El volumen de agua requerido para obtener HCl al 15% es 44.7 / 166.4≈270ml. Tomaremos 200ml. Como resultado, en teoría, obtendré 22% de ácido clorhídrico.
Etapa 3 - obteniendo ácido
Conectamos las dos esquinas de la siguiente manera:
Y toda la estructura se verá así:
El ácido correspondiente se condensará en el recipiente etiquetado como HCl, el volumen de agua en él es de 200 ml. También marque el nivel de fluido actual en este recipiente.
Eliminamos las esquinas y vertimos la cantidad de sal calculada en los cálculos en el matraz a través del embudo.
La solución se vuelve amarilla.
Para que el ácido clorhídrico comience a destacarse, debe encender el quemador. Pero primero, unimos firmemente las esquinas al matraz y al recipiente receptor.
Con la condensación de ácido en el agua, se forman "ondas verticales". Además, la solución se calienta y necesita ser enfriada. Por ejemplo, puedes poner otro recipiente con hielo desde abajo.
La reacción procede relativamente rápido: 20 minutos, después de los cuales puede apagar el fuego. Damos los últimos pares de ácido clorhídrico para que se disuelvan en agua, después de lo cual cerramos herméticamente el recipiente. Cuando el matraz se ha enfriado, diluimos la solución restante allí con agua (aproximadamente uno a uno) y la vertimos en la alcantarilla.
Resumen
Por la etiqueta en el recipiente, determinamos cuánto líquido se ha agregado. Lo tengo ⅙, eso es 17%. Esta es la concentración de nuestro ácido clorhídrico. Compárelo con el obtenido en teoría.
17% / 22% * 100% = 77% es el rendimiento de la reacción.
Es importante tener en cuenta que no hay salida igual a 1, siempre hay pérdidas. En mi caso, esto no es suficiente electrolito evaporado. Idealmente, la concentración de ácido sulfúrico debería ser 90-95%.
Verifique el ácido resultante para la interacción con el metal.
Observamos la rápida evolución del hidrógeno. Esto significa que el ácido es adecuado para otros experimentos.
Variaciones
Como matraz, puede usar una botella de vidrio limpia de cerveza o refresco, pero siempre que el calentamiento sea lo más suave posible. En lugar de esquinas de PVC, puede tomar tuberías de polipropileno y esquinas de menor diámetro (adecuado para su matraz).
Una vez más, le insto a observar las precauciones de seguridad. ¡Buena suerte a todos!
