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气体发生器的发展和变革

  在各学校化学实验室里,我们经常可以看到各种形式的气体发生器。这些都是常用的和必备的仪器装置,其中历史悠久的启普发生器可以说是它们之中的优秀代表作,这种仪器的设计非常之巧妙,以致凡是使用过的人无不对它的结构简单和操作方便赞不绝口。

      说起这种气体发生器的由来,还要追溯到18 世纪。当时硫化氢已经被用作分析试剂了,这种硫化氢气体的制法一般是用酸与硫化亚铁发生反应。但按照分析化学操作的要求,则希望能够产生随时可供使用的硫化氢气体,而当不需要使用这种气体时,应该能够立即停止气体的发生,另外还有一个要求,就是因为当酸与硫化亚铁作用一段时期以后便会失去效用,这就要求仪器能够比较容易地把废酸清除掉,并换上新的酸。当往气体瓶中加酸时,它即与固体反应,产生硫化氢气体,当把活塞关闭以后,酸还继续与固体发生反应,结果气体的压力将酸液驱赶到上面的球体内,使固体不再与酸接触从而停止反应。但是,我们也可以明显地看出,硫化亚铁固体不可能完全与残留在下面球体内的少量酸液脱离接触,因此容器内还在继续不断地产生硫化氢气体、虽然量很少,但是如果时间一长,积累起来的气体也可能产生较大的压力将酸液喷出瓶外,给人造成伤害(这个问题在启普发生器中已得到解决),这是格利芬气体瓶的一个缺陷。为了克服格利芬气体瓶的缺点,格利芬便把仪器改进成为由三个球体组成的气体发生器,当需要使用硫化氢气体时,便让酸与硫化亚铁接触。当停止使用时,只要将容器倒置过来,就能够使酸流到下面的球体内,这样使硫化亚铁不再与酸接触,但是这种仪器也还存在着一个缺点,即将容器倒置时,只有比较大块的硫化亚铁才不会从两个球体的连接处(它也是酸液流通的渠道)掉下去,而小块的硫化亚铁仍然会掉进酸里与酸作用,产生与格利芬气体瓶同样的缺点。要想解除这个缺点除非在使用这种仪器时,经常把小块的硫化亚铁取出来,然而这是一件很麻烦的事情。后来,巴包利用相同的原理设计了另外一种硫化氢发生器。当需要产生硫化氢气体时,可将左球下降,使酸与硫化亚铁相接触;如果停止使用,则只要将右球下落,酸液就与固体脱离了接触。这种仪器的操作方法比格利芬气体瓶方便一些,但是小块的硫化亚铁仍能掉进酸液中,还是需要经常清除掉。
      1865 年菲普生总结了前几种气体瓶的优势和缺陷,另外设计了一套发生气体的瓶子。在一只玻璃瓶内装硫化亚铁固体;另一只玻璃瓶用来盛酸液,当不使用这套装置发生气体时,则装固体的玻璃瓶的下面填上
三块砖,这装固体的玻璃瓶位置就要高一些,由于盛酸液的玻璃瓶的位置低,因此固体不会与酸液接触。而当需要发生气体时,则把这三块砖放在盛酸的玻璃瓶的下面,这样它的位置就高于盛固体的玻璃瓶,则酸
液流入装固体的瓶中,与硫化亚铁发生反应,便不断地产生硫化氢气体,由装在瓶子顶端的活塞中释放出。如果想要停止使用,则可以再把三块砖移到装固体的玻璃瓶的下面(此时它又比盛酸液的瓶子的位置高了),原来与硫化亚铁固体接触的酸液就会自己流回盛酸液的玻璃瓶中,使硫化亚铁与酸脱离接触,不再发生反应。

      在菲普生设计的装置中,需要用到一种很柔软的导管(输送酸液),解决这个问题也是颇费了一番周折的,一直到1839 年古德意发明了硫化橡胶(他于1844 年获得了这种发明的专利权)以后,才使化学家得以制作出各种连接玻璃容器的软管材料。而菲普生恰好是在这种软管材料出现以后才设计出他的仪器装置的。但在这同一时代,启普发明了一种迄今为止最为完备和操作最简便的气体的发生器,而且使用时也非常安全。后人对启普发生器虽然进行了无数次的改进,但是所用的基本原理和操作方法却是大致相同的。从这一段历史,不难想到,即使像启普发生器这样为人们所熟悉的普通仪器,也曾经历了一场不小的变革,为此许多化学家花费了大量心血。

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