Какими способами можно собрать водород в сосуд?

Вот рабочие способы, которыми в учебной/домашней лаборатории собирают водород в сосуд — с нюансами и техникой безопасности:

1. Сбор вытеснением воды (пневматический кювет)

• Что нужно: ванночка с водой, источник H₂ (например, реакция Zn + HCl), газоотводная трубка, перевёрнутая банка/цилиндр, наполненные водой.

• Как делают: первый 10–20 секунд выпускают газ в атмосферу (смыв воздуха из системы), затем подают его в перевёрнутый под водой сосуд — водород практически не растворяется и вытесняет воду.

• Плюсы: просто, безопасно (нет воздуха → нет взрывоопасной смеси), видно объём.

• Минусы: нужен таз с водой; нельзя при сильно растворимых газовых примесях.

2. Сбор вытеснением воздуха «вверх» (из-за малой плотности H₂)

• Что нужно: сухой сосуд (банка/цилиндр), перевёрнутый горлышком вниз, газоотводная трубка заведена вверх под край.

• Как делают: водород подают в верхнюю часть, он легче воздуха и постепенно «выталкивает» его вниз. Первую порцию обязательно стравливают. Для контроля чистоты — «хлопок» от спички у горлышка должен быть мягким (при 100% H₂ — тихий «поп»).

• Плюсы: без воды (если нужен сухой газ).

• Минусы: выше риск получить смесь с воздухом — работает только при устойчивой подаче и аккуратном «промыве» сосуда.

3. Сбор в газовый шприц/газовую бюретку/эудиометр

• Что нужно: газовый шприц или бюретка с поршнем; подача H₂ через переходник.

• Как делают: газ напрямую заполняет шприц/бюретку, объём считывается по шкале. Можно добавить последовательно поглотительные/осушительные элементы перед шприцем.

• Плюсы: точный учёт объёма; удобно для дозированной подачи в экспериментах.

• Минусы: нужен подходящий инертный шприц и герметичные соединения.

4. Сбор в баллон/латексный шар

• Как делают: надевают баллон/шар на выходную трубку и наполняют. Перед этим обязательно «промывают» систему, чтобы в шар не попал воздух.

• Плюсы: быстрый резервуар, мобильно.

• Минусы: шар проницаем для H₂ (быстро «подсдувается»), статическое электричество и трение — строгая дальность от огня и искр.

5. Сбор в заранее эвакуированный сосуд

• Что нужно: толстостенная колба с кранами, вакуумный насос.

• Как делают: откачивают сосуд, затем открывают кран к генератору H₂ — газ сам «затягивается».

• Плюсы: минимальные примеси воздуха.

• Минусы: требует вакуумной оснастки; следить, чтобы в систему не попали кислород и источники искр.

6. Исторический/реже используемый — «над ртутью»

• Суть: аналогично водяному кювету, но вместо воды — ртуть (не растворяет H₂ и не испаряется).

• Сейчас почти не применяют из-за токсичности и требований по технике безопасности.

Как сделать газ суше и чище перед сбором

• Осушка: колонка с безводным CaCl₂, CaO, KOH/NaOH в гранулах, Mg(ClO₄)₂, P₂O₅ (для опытных).

• Удаление следов O₂ (если есть риск его попадания): «промывка» щёлочным пирогаллолом либо каталитическое дожигание O₂ с H₂ до H₂O на Pd при очень малом содержании O₂ и хорошем теплоотводе (вариант для подготовленных).

• Практический минимум: первые порции газа стравливать, поддерживать непрерывный поток, не подсасывать воздух.

Быстрые рекомендации по выбору метода

• Нужен максимально безопасный и простой сбор — возьмите вытеснение воды.

• Нужен сухой газ — собирайте «вверх» вытеснением воздуха, но тщательно «промойте» сосуд или используйте газовый шприц + осушка.

• Нужна точная доза — газовый шприц/бюретка.

Техника безопасности (обязательно!)

• Работать вдали от открытого огня, искр и нагретых поверхностей; запрещены электроприборы с искрящими контактами рядом с установкой.

• Проверять герметичность соединений (мыльный раствор), не использовать масляные смазки рядом с сильными окислителями.

• При любых способах первые 10–20 секунд выпускайте газ в вытяжку/атмосферу для удаления воздуха из системы.

• Проверять чистоту «поп-тестом» только у горлышка сосуда и только после «промывки» — и то крайне аккуратно. Очки, перчатки, вытяжной шкаф — по умолчанию.