Alquimistas, que receberam o ácido clorídrico pela primeira vez no século 15, o chamaram de "spiritus salis", "espírito do sal". Esse ácido tinha propriedades mágicas na época: corroía papel, dissolvia metais, envenenava pessoas. Essas propriedades permaneceram com ela até hoje, mas agora esse ácido foi suficientemente estudado e não há mágica aqui.
O ácido clorídrico (HCl) é um ácido monobásico forte, na sua forma pura é um líquido claro. Na sua concentração máxima de 38%, "fuma" no ar. Receberemos um ácido com uma concentração metade disso.
Então, vamos começar.
Precauções de segurança
Cuidado, trabalhe com substâncias tóxicas!
Todas as experiências devem ser realizadas em uma sala bem ventilada ou sob um exaustor. Certifique-se de usar óculos de segurança (disponíveis na loja. Loja) e luvas (se você não encontrar luvas químicas especiais, elas são de boa qualidade para lavar a louça).
No local do experimento, o bicarbonato de sódio deve estar presente para neutralizar o ácido em uma situação imprevista (o dióxido de carbono e a água serão liberados).
É estritamente proibido realizar um experimento em recipientes de metal.
Vai precisar
Para conduzir o experimento, precisaremos de:
- Eletrólito ácido para baterias (vendido na loja de carros);
- Água destilada (ibid.);
- Sal (está em qualquer cozinha);
- Bicarbonato de sódio (consulte as precauções de segurança).
Dos pratos que você precisa:
- Frasco de vidro;
- Uma embarcação com areia onde você pode colocar o balão;
- Vários copos descartáveis de 200 ml;
Se você possui uma lâmpada resistente ao calor, pode aquecê-la sob a chama do queimador. Mas ainda assim eu recomendo através da areia, caso em que absorve ácido.
Você também precisará de um par de cantos de canalização com um diâmetro de 50 mm e um queimador (no meu caso, álcool, mas eu recomendo o uso de um gás).
Etapa 1 - evaporação
O eletrólito da bateria é o ácido sulfúrico a mais de 36% (H2SO4). Primeiro, precisamos aumentar sua concentração.
Despeje 200 ml no copo, isto é, quase até as bordas e despeje um pouco mais da metade do copo no balão. Faça um marcador com um marcador e adicione o resto.
Coloquei um refletor em volta do balão para um aquecimento mais eficiente, mas depois o removi porque ele começou a derreter.
Agora, colocamos o balão no queimador e evaporamos até o nível da marca previamente definida, um pouco mais baixo.
Paralelamente, colocamos gaze dobrada várias vezes no canto e fixamos com um elástico. Preparamos uma solução não saturada de refrigerante e mergulhámo-lo no final do canto com gaze.
Quando o eletrólito começa a ferver, colocamos um canto no frasco, que fica firmemente sobre ele. O fim da gaze é enviado para a janela aberta.
Isso é necessário se, de repente, o próprio ácido sulfúrico começar a evaporar com água. Se você não superaquecer muito o balão, isso não acontecerá.
Queimador em ação:
O poder do meu queimador é relativamente pequeno, então a evaporação levou cerca de uma hora. Um queimador de gás ou fogão elétrico aceleraria bastante esse processo.
Após a conclusão do primeiro estágio, um pouco menos da metade da solução deve permanecer no balão, isto é, um ácido com uma concentração de cerca de 75%. Não se esqueça da precisão.
Deixe esfriar até a temperatura ambiente.
Etapa 2 - cálculos
Agora que concentramos o ácido sulfúrico, podemos realizar a reação principal, a seguinte:
Mas primeiro, vamos fazer alguns cálculos e, no final, comparamos com o que aconteceu na prática.
Então, inicialmente tínhamos 200ml de eletrólito com uma densidade de 1,27 g / cm³. Observando a tabela de densidades do ácido sulfúrico, vemos que essa densidade corresponde a uma concentração de 36%. Calcular o volume de ácido:
200 ml * 36% = 72 ml - V (H2SO4)
Depois que evaporamos a solução, sua concentração e, consequentemente, a densidade aumentaram. Observamos a mesma tabela e vemos que uma concentração de 75% corresponde a uma densidade de 1,67 g / cm³.
Conhecendo a densidade atual (p) e o volume (V) do ácido, descobrimos a massa:
m = p * V;
m (H2SO4) = 1,67 g / cm3 * 72 ml = 120 g;
m (H2SO4) = 1,67 g / cm3 * 72 ml = 120 g;
Agora, da química da escola, lembramos:
m (H2SO4) / M (H2SO4) = m (NaCl) / M (NaCl) = m (HCl) / M (HCl),
onde M é a massa molar da substância.
onde M é a massa molar da substância.
As massas molares de H2SO4, NaCl e HCl são respectivamente 98, 58,5 e 36,5 g / mol. Agora podemos descobrir quanto sal é necessário e quanto HCl será.
Ou seja, precisaremos de 72 g de NaCl, ou seja, 34 ml, levar em excesso - um quarto de xícara.
Excelente, e o HCl em teoria será de 44,7 g.
Há uma coluna de g / l na tabela de densidade de HCl. Tomamos a partir daí o valor para a concentração de 15% - 166,4 g / l. O volume de água necessário para obter 15% de HCl é de 44,7 / 166,4 ± 270 ml. Tomaremos 200ml. Como resultado, em teoria, receberei 22% de ácido clorídrico.
Etapa 3 - obtenção de ácido
Conectamos os dois cantos da seguinte maneira:
E toda a estrutura ficará assim:
O ácido correspondente irá condensar no vaso marcado com HCl, o volume de água nele é de 200 ml. Marque também o nível atual de fluido neste recipiente.
Removemos os cantos e despejamos a quantidade de sal calculada nos cálculos no balão através do funil.
A solução fica amarela.
Para que o ácido clorídrico comece a se destacar, é necessário ligar o queimador. Mas primeiro, prendemos firmemente os cantos ao balão e à embarcação receptora.
Com a condensação do ácido na água, "ondas verticais" são formadas. Além disso, a solução esquenta e precisa ser resfriada. Por exemplo, você pode colocar outro navio com gelo por baixo.
A reação prossegue relativamente rapidamente - 20 minutos, após os quais você pode desligar o fogo. Damos os últimos pares de ácido clorídrico para dissolver na água, após o que fechamos firmemente o vaso. Quando o balão esfria, diluímos a solução restante com água (cerca de um a um) e despejamos no esgoto.
Sumário
Pela etiqueta no recipiente, determinamos a quantidade de líquido adicionada. Eu tenho ⅙, ou seja, 17%. Esta é a concentração do nosso ácido clorídrico. Compare com o obtido na teoria.
17% / 22% * 100% = 77% é o rendimento da reação.
É importante notar que não há saída igual a 1, sempre há perdas. No meu caso, isso não é suficiente eletrólito evaporado. Idealmente, a concentração de ácido sulfúrico deve ser de 90 a 95%.
Verifique o ácido resultante para interação com o metal.
Observamos a rápida evolução do hidrogênio. Isso significa que o ácido é adequado para outras experiências.
Variações
Como um balão, você pode usar uma garrafa de vidro limpa de cerveja ou refrigerante, mas desde que o aquecimento seja o mais suave possível. Em vez dos cantos de PVC, você pode usar tubos de polipropileno e cantos de menor diâmetro (adequados para o seu balão).
Mais uma vez, peço que observe as precauções de segurança. Boa sorte a todos!
