Что такое возгонка йода в химии
Простая Наука — дайджест опытов #33
Этим #33 дайджестом опытов мы открываем наш летний сезон.
Возгонка йода или сублимация
Возгонка (или сублимация) — это переход вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу. Йод не может находиться в жидком состоянии при нормальном атмосферном давлении. Именно поэтому при нагревании он из твердых горошин переходит в газ. Но после снова оседает на холодной колбе в виде твердого вещества. Обратный процесс называется десублимация.
Химический фокус «Кровь и живая вода»
Подобным образом шарлатаны делают «операции без скальпеля». Для этого требуются: роданид аммония, хлорид железа, фторид натрия.
Фонтан из бусин
Признаюсь, этот опыт у нас получился не очень эффектно. Гораздо эффективнее использовать цепочку из металлических шариков. Вот отличный пример.
Огненная музыка
Работая над Трубой Рубенса мы попробовали сделать прямоугольный вариант и дальше того, что вы увидели мы не пошли. И вот недавно я натыкаюсь в интернете на отличную реализацию прямоугольного варианта. Всем рекомендую посмотреть на него.
Книга третья «Простая Наука» на китайском языке
К нам тут обратились с забавным предложением: продавать книгу в Китае. Затея на первый взгляд кажется полным абсурдом, но чем черт не шутит 🙂
Вот даже перевели один из разворотов:
Книги «Простая Наука» на русском языке доступны в нашем интернет-магазине.
Сублимация йода
В сегодняшнем эксперименте мы будем изучать сублимацию на примере йода. Сублимация (она же возгонка) – переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя жидкое.
Обыденный опыт говорит нам, что при нагревании вещество сначала плавится, а потом – испаряется. Так, например, при нагревании лед сначала переходит в воду, а затем вода превращается в пар. Интересным исключением из этого правила является йод (не путать со спиртовым раствором – «йодом», который продают в аптеках). При обычных условиях йод представляет собой металлический порошок, который при сильном нагревании образует фиолетовые пары (возгоняется) – газообразный молекулярный йод I2 (как и должно быть у типичного галогена F2, Cl2, Br2).
Однако мы не будем проводить нагревание, а несколько изменим эксперимент, чтобы все прошло само собой (а нам лишь останется заснять результат). Для этого возьмем порошок магния (на видео – мелкий серый порошок), смешаем его с кристаллами йода (лучше предварительно тоже измельчить в порошок), и капнем сверху две-три капли воды. Мы наблюдаем лавинообразно протекающую химическую реакцию взаимодействия магния и иода, с выделением значительного количества тепла. При этом идет образование иодида магния, с последующим разложением до оксида магния, и все это сопровождается выделением тепла и возгонкой (сублимацией) иода.
Протекающие при этом химические реакции можно описать так:
Реакция протекает медленно, т.к. MgI2 не выводиться из реакционной среды, а обволакивает металлический магний. Вода значительно ускоряет процесс, т.к. иодид переходит в раствор и способствует гидролизу кристаллического йода.
В последней реакции как раз выделяются пары йода, которые хорошо видно на видеозаписи.
Домашнее задание:
Медицинский йод, который продается в аптеках, представляет собой спиртовый раствор йода. Можно ли из него получить кристаллы чистого йода, которые используются в эксперименте?
СУБЛИМАЦИЯ, ИЛИ ВОЗГОНКА
Некоторые твердые неорганические и органические вещества обладают способностью при нагревании испаряться, не плавясь. При охлаждении паров таких веществ они переходят из газообразного в твердое состояние, минуя жидкую фазу. Этим свойством пользуются для очистки веществ. Сама операция называется возгонкой, или сублимацией.
Сублимацию, как и перегонку, можно проводить при обычном давлении или при уменьшении давления (вакуум-сублимация). Ниже рассматриваются случаи сублимации только при обычном давлении.
Из веществ, которые можно очистить сублимацией, следует назвать: иод, серу, окиси мышьяка, хлористый аммоний и др.
В лабораториях чаще всего приходится возгонять иод. Устройство для возгонки небольших количеств вещества очень простое. Это – тонкостенный стакан, поставленный на песочную баню так, чтобы дно его было погружено в песок на 1-2 см. Стакан сверху накрывают часовым стеклом, причем выпуклая сторона его должна быть обращена внутрь стакана (рис.431). При осторожном нагревании йод возгоняется и на часовом стекле собираются игольчатые кристаллы.
Технический йод перед возгонкой следует смешать с KI и СаО. Обычно на 6 частей продажного йода следует брать 1 часть KI и 2 части СаО, затем смесь растирают и сублими-руют.
Иногда, для улучшения ох-лаждения, на часовое стекло наливают холодную воду или кла-дут небольшие кусочки льда.
Значительно удобнее работать с аппаратом, устроенным по типу холодильников, т.е. с постоянным током холодной воды. Один из аппаратов такого типа изображен на рис.432.
Одну трубку прибора присоединяют к водопроводному крану, а другая трубка служит для отвода воды; на нее следует надеть резиновую трубку и отвести ее к раковине или водосливу. Ток воды устанавливают не очень сильный.
Обычно йод для надежности возгоняют дважды. После вторичной возгонки препарат получается очень чистым, если его не загрязнить при снимании кристаллов со стекла. Кристаллы йода снимать при помощи металлического шпателя или ножа нельзя, так как йод взаимодействует с большинством металлов. Возогнанный йод с часового стекла или с аппарата для возгонки следует счищать стеклянной лопаточкой.
Аналогичным образом можно возогнать и другие вещества, упомянутые выше.
Очень удобный прибор для возгонки йода изображен на рис.433. Нагревание в нем проводят при помощи электрической лампы накаливания мощностью около 100 Вт. Эту лампу 2 вставляют в трубку 1 из асбоцемента или фарфора, в открытый конец трубки вставляют тонкостенный химический стакан 3, на дно которого помещают нужное количество йода, подлежащего очистке. Стакан закрывают специальной колбой-холодильником 4. Холодная вода поступает в левую трубку колбы и выходит через правую.
При необходимости возогнать большое количество какого-либо вещества аппаратуру соответствующим образом изменяют, Обычно и пособиях по препаративной химии приводится описание аппаратов для каждого отдельного случая.
Вездесущий йод
Все мы хорошо знаем, что такое йод: пользуемся им, когда пораним себе палец, принимаем его буро-красные капли с молоком. Йод – всем хорошо известное лекарство, а между тем как мало и плохо знаем мы, что такое йод и какова его судьба в природе!
Трудно найти другой элемент, который был более полон загадок и противоречий, чем йод. Больше того, мы так мало знаем о самых основных вехах в истории его странствований, о том, почему люди стали использовать его при лечении и откуда он появился.
Надо сказать, что еще Д.И.Менделеев столкнулся с неприятными особенностями свойств йода. Менделеев распределил все элементы в порядке повышения атомных масс, но йод с теллуром нарушили порядок: теллур оказался перед йодом, хотя его атомная масса выше. Это так и осталось до нашего времени.
 |  |
Йод и теллур оказались не единственными элементами, нарушившими стройность менделеевского закона. Правда, сейчас мы догадываемся, в чем тут дело, но много лет это представлялось непонятным исключением, и неоднократно критики блестящей теории Менделеева, ссылаясь на это, говорили ему, что он переставляет элементы так, как ему хочется.
Йод — твердое вещество, образующее серые кристаллики с настоящим металлическим блеском. А когда мы поместим в стеклянный флакон «металлические» кристаллики йода, то очень скоро увидим в верхней части флакона фиолетовые пары: йод легко возгоняется, не переходя в жидкое состояние. Вот первое противоречие, которое бросается в глаза. Но за ним сейчас же следует второе. Цвет паров темно-фиолетовый, а цвет самого йода – черно-серый с фиолетовым металлическим блеском. Соли же йода вообще бесцветны и выглядят, как обычная поваренная соль, лишь некоторые из них имеют слегка желтоватый оттенок.
Опыт
по возгонке йода
А вот и другие его загадки. Йод — исключительно редкий элемент. Наши геохимики подсчитали, что содержание его в земной коре составляет всего лишь около одной или двух стотысячных процента, а между тем йод всюду присутствует. Видимо, можно еще раз сказать: нет ничего в окружающем нас мире, где бы тончайшие методы анализа в конце концов не открыли несколько атомов йода.
Все пронизано им: привычная земля и горные породы, даже самые чистые кристаллы прозрачного горного хрусталя или исландского шпата содержат в себе довольно много атомов йода. Значительное количество его содержится в морской воде, очень много в почвах, текучих водах, еще больше в растениях, животных и человеке. Мы поглощаем йод из воздуха, мы вносим йод в свой организм через пищу и воду. Жить без него мы не можем. И понятны возникающие вопросы. Почему йод везде присутствует? Где его первоисточник, из каких глубин земных недр принесен нам этот редкий элемент?
Между тем даже самые точные анализы и наблюдения не могут открыть его таинственный источник, т. к. ни в глубинных изверженных породах, ни в расплавах излившейся магмы мы не обнаруживаем ни одного минерала йода. Геохимики так рисуют картину происхождения йода на Земле. Когда-то, еще до геологической истории Земли, когда наша планета впервые покрывалась твердой земной корой, летучие пары различных веществ сплошными облаками окутывали еще горячую Землю. Тогда йод вместе с хлором выделился из глубин расплавленной магмы нашей планеты, тогда же он был захвачен первыми потоками осевших горячих паров воды, и первые океаны, породившие моря, накопили в себе йод из атмосферы Земли.
Так это или нет, мы сейчас не знаем, но известно, что и на земной поверхности распределение йода полно загадок. В арктических странах, на высоких горах его довольно мало. В низинах, у морских берегов количество йода в породах несколько больше. Оно еще больше в пустынных образованиях, а в солях пространных пустынь Южной Африки или Атакамы в Южной Америке мы встречаем настоящие минеральные соединения йода.
Йод содержится в воздухе. Точный анализ показал, что он распределен в нем по строго определенному закону: количество йода меняется с высотой. На высотах Памира и Алтая, выше 4000 м, йода во много раз меньше, чем на уровне Москвы или Казани.
И вместе с тем йод известен нам не только на Земле. Мы находим его в метеоритах, падающих на Землю из неведомых пространств мироздания. В атмосферах Солнца и звезд ученые давно уже ищут его с помощью новых методов, но пока безуспешно.
В морской воде йода довольно много: на каждый литр приходится 2 мг, это уже чувствительная величина. Морская вода сгущается у берегов, в лиманах, в прибрежных озерах, там накапливаются соли и белой пеленой покрывают плоские берега. Эти скопления солей хорошо изучены на берегах Черного моря в Крыму, а также в озерах Средней Азии. Но йода в них нет, он куда-то исчезает. По-видимому, какая-то часть йода накапливается на дне в илах, а большая доля его испаряется, уходит в воздух, и лишь малая часть сохраняется в остаточных рассолах. Там же, где скапливаются соли калия и брома, йода почти не оказывается.
Но иногда у берегов соленых озер и морей развивается растительность, образуются целые леса различных водорослей, которые покрывают прибрежные камни. В этих водорослях и накапливается йод в результате каких-то совершенно непонятных биохимических процессов, и на тонну водорослей приходится несколько килограммов йода. А в некоторых морских губках количество йода еще больше.
Исследователи особенно хорошо изучили берега Тихого океана. На тысячи километров прибрежного района волны прибивают, главным образом осенью, огромное количество водорослей морской капусты — свыше 300 000 т. Эти бурые водоросли содержат сотни тысяч килограммов йода. Их добывают, часть используют для пищи, а часть осторожно сжигают, извлекая из них йод и поташ.
Этим не заканчивается история йода в земных условиях. Его приносят нам и нефтяные воды: около Баку образуются целые озера отбросовых вод, из которых извлекается йод. Его выносят и некоторые вулканы из своих загадочных глубин. Настолько разнообразны судьбы этого элемента, что трудно нарисовать себе полную картину его жизни и странствий.
Но вот йод попадает в руки человека, и здесь возникает новая загадка: мы лечимся им, останавливаем кровь, убиваем бактерии, охраняем рану от заражения, а между тем йод исключительно ядовит, пары его действуют на слизистые оболочки, вызывая в них раздражение. Избыток капель или кристалликов йода может быть смертельным для человека.
Однако очень плохо для здоровья и когда йода мало: организм человека, а вероятно, и ряда животных должен иметь определенное его количество. Недостаток йода в некоторых местностях проявляется в особой болезни, называемой зобом. Этой болезнью страдают обычно жители высокогорных местностей. Мы знаем некоторые аулы, расположенные в высоких горах Памира, в которых широко распространена эта болезнь.
Американские исследователи установили распространение зоба и на территории Мексики. Оказалось, что если составить карту процентного содержания йода в воде и карту распространения зоба, то данные карт совпадут друг с другом.
Человеческий организм исключительно чуток к йоду: понижение его содержания в воздухе и воде сейчас же отражается на здоровье. Зоб научились излечивать, применяя соли йода. Отсутствие йода плохо влияет на щитовидную железу человека. Недаром в загрязненных чернобыльских районах врачи настоятельно рекомендуют увеличить потребление йода.
Не менее интересны пути вовлечения йода в промышленность, которые с каждым годом становятся все шире, разнообразнее. Открыты соединения йода с органическими веществами, которые создают непроницаемую броню для прохождения рентгеновских лучей. Эти соединения, впрыснутые в организм, позволяют фотографировать внутренние ткани с особой отчетливостью.
Мы знаем и совсем другие области применения йода за последние годы. Особенное значение придается использованию игольчатых кристалликов солей йода, нанесенных на пленку целлулоида. Эти игольчатые кристаллики распределяются на целлулоиде так, что световые лучи не могут проходить через них во всех направлениях. Получается то, что мы называем поляризованным лучом. Ученые много лет создавали особые, очень дорогие поляризационные микроскопы, а сейчас благодаря этому новому поляроиду изобретены прекрасные лупы, которые заменяют собой микроскоп. С ними можно работать даже во время экспедиций в поле.
Сочетанием двух поляроидов можно добиться яркой окраски рисунка, и нам представляется чудесно освещенное декоративное панно или экран, где вращением двух поляроидов будут достигаться замечательные красочные эффекты, быстро меняющие все цвета спектра. Когда поляроидная пластинка вставлена в окно автомобиля, вы можете ехать по освещенной улице, и вас не будет ослеплять свет ярких фар мчащейся навстречу машины, т. к. в поляроиде вы увидите не яркие ореолы горящих огней, а лишь саму машину с отдельной светящейся точкой.
История открытия этого элемента полна противоречий. Он был открыт в золе растений в 1811 г. фармацевтом Б.Куртуа, имевшим маленький завод, перерабатывавший золу растений в селитру. Открытие этого элемента не произвело особого впечатления на ученых мира. Только через сто лет это открытие получило должную оценку.
Помогите с физикой плиз. Мне нужно узнать что будет когда из твёрдова в-ва идет переход в газообразное и наоборот.
Известным примером десублимации является появление инея на ветках во время усиления мороза.
Сублимация воды
Хорошо поддается возгонке вода, что определило широкое применение данного процесса как одного из способов сушки. При промышленной возгонке сначала производят заморозку исходного тела, а затем помещают его в вакуумную или заполненную инертными газами камеру. Физически процесс возгонки продолжается до тех пор, пока концентрация водяных паров в камере не достигнет нормального для данной температуры уровня, в связи с чем избыточные водяные пары постоянно откачивают. Возгонка применяется в химической промышленности, в частности, на производствах взрывоопасных или взрывчатых веществ, получаемых осаждением из водных растворов.
Применение сублимации в лабораторной технике
На эффекте возгонки основан один из способов очистки твердых веществ. При определенной температуре одно из веществ в смеси возгоняется, а другое нет. Пары очищаемого вещества конденсируют на охлаждаемой поверхности. Прибор, применяемый для этого способа очистки, называется сублиматор.
Сублимационная сушка
Возгонка также используется в пищевой промышленности: так, например, фрукты после сублимирования весят в несколько раз меньше, а восстанавливаются в воде. Сублимированные продукты значительно превосходят сушеные по пищевой ценности, так как возгонке поддаётся только вода, а при термическом испарении теряются многие полезные вещества. Недостатком пищевой сублимации является использование заморозки, что приводит к разрушению клеток расширяющихся при замерзании воды.