10.2. Приборы для реакций газов с твердыми веществами
В реакциях взаимодействия газов с твердыми веществами, протекающими при нагревании, вещество, как правило, помещают в лодочки 3 (рис. 236,а), устанавливаемые в трубках (кварцевых, платиновых и др.) с электрическим 2 или индукционным (см. разд. 6.7) нагревом. Трубку закрывают с двух сторон пробками, а поток газа регулируют кранами 1и 5.
Рис 236. Лабораторные реакторы с горизонтальной (а) и вертикальной (б) трубкой, с приемником жидкой фазы (в) и с наклонной трубкой-реактором (г)
Если в реакции ни один компонент не плавится, а продукт ее- газ, то применяют вертикальные трубчатые реакторы 2 с пористой перегородкой 4 (рис. 236,б). Нагревание осуществляют электронагревателем 3, а поток газа регулируют кранами 1 и 5.
Если продуктом реакции является жидкость, то под пористой перегородкой устанавливают приёмник 6 (рис. 236,в) или реакционную трубку 3 располагают под углом к приёмнику жидкой фазы (рис. 236,г). Например, получение гексафторида серы по
экзотермической реакции S8 + 24F2 = 8SF6 проводят в приборах с лодочкой (рис. 236,а). Над серой, находящейся в лодочке 3, пропускают сухой фтор. Сера в его потоке сгорает синеватым пламенем, образуя газообразный SF6. Продукт реакции собирают в приёмнике, охлаждаемом жидким азотом, а за приёмником помещают U-образную трубку (см. рис. 59,е) с сухим KF для защиты прибора от попадания влаги воздуха. В подобного рода приборах проводят фторирование многих веществ, заменяя в случае необходимости кварцевую трубку на трубку из монель-металла или никеля (см. разд. 1.4).
Для синтеза диоксида хлора по реакции
2NaClO2 • ЗН2O+ Сl2 = 2СlO2 Т + 2NaCl + 6Н2O
тригидрат диоксохлората натрия помещают в кварцевую трубку 2 (рис. 236,б), равномерно распределяя его между слоями стеклянной ваты. Сухой хлор пропускают снизу через кран 5 под пористую пластинку 4 в смеси с воздухом. Образующийся СlO2 увлекается потоком воздуха и проходит сначала осушитель, наполненный Р4О10, а затем конденсируется в приёмнике, oxлаждаемом до -20 °С. Образующийся ClO2 не содержит примеси хлора.
Чтобы получить дихлорид серы
S8 + 8Сl2 = 8SСl2,
кусочки серы помещают на пористую пластинку 3 (рис. 236, в) сосуда 1, а в сосуд 5 вставляют небольшой стакан 6 и воронку 4. Затем сосуды соединяют, включают электронагреватель 2 и начинают пропускать хлор через кран 8, к трубке которого присоединяют поглотительные склянки (см. разд. 2.2) с осушителем (см. разд. 7.2). После начала реакции через рубашку 9 пропускают для охлаждения продукта реакции воду. Постепенно в приёмнике 6 собирается темно-красная жидкость, содержащая SCl2, обогащенный примесями S2Cl2, Cl2 и др. После окончания синтеза прибор разбирают, а жидкость, собранную в приёмнике, перегоняют, отделяя фракцию, кипящую между 55 и 62 °С, которую затем еще раз подвергают перегонке (см. разд. 8.4).
Очень простой прибор применяют для хлорирования в лабораториях некоторых металлов, когда продуктом реакции является жидкость. В частности, его рекомендуют для синтеза трихлорида сурьмы SbCl3. Для этого в боковую наклонную трубку-реактор 3 (рис. 236, г) вносят кусочки сурьмы 4 и пропускают через трубку с краном 1 сухой хлор. Кран 5 держат открытым до тех пор, пока весь воздух не будет вытеснен более тяжелым хлором. Затем этот кран закрывают, а подачу хлора уменьшают до такого количества, которое необходимо для реакции
Sb + 2Сl2 = SbCl4.
Тетрахлорид сурьмы является продуктом равновесия
2SbCl4 ⇄ SbCl3 + SbCl5
В течение реакции из трубки 3 время от времени вынимают пробку с краном 5 и вносят кусочки сурьмы. Жидкий SbCl4, насыщенный хлором, стекает вниз в приёмник 2. Когда в нем окажется достаточное количество SbCl4, пропускание хлора прекращают, и в приёмник через тубус 6 вносят порошкообразную сурьму для превращения SbCl4 в SbCl3. Затем содержимое приёмника переливают в колбу перегонной установки (см. разд. 8.4) и отгоняют SbCl3. При необходимости SbCl3 подвергают еще и возгонке (см. разд. 7.6)