キップ装置（キップ発生器とも呼ばれる）は、少量のガスを調製するために設計された装置です。1844年頃、オランダの薬剤師ペトルス・ヤコブス・キップによって発明され、 20世紀後半まで 化学実験室や学校での実演に広く使用されました。
その後、ほとんどのガスが小型のガスボンベで入手できるようになったため、少なくとも実験室では使用されなくなりました。これらの工業用ガスは、キップ装置から得られたガスよりもはるかに純粋で乾燥しています。
設計と運用
この装置は通常ガラス製ですが、ポリエチレン製の場合もあります。垂直に積み重ねられた 3 つのチャンバーで構成され、雪だるまのような形をしています。上部のチャンバーはチューブとして下方に伸びており、チューブは中間のチャンバーを通り抜けて下部のチャンバーに入ります。中間のチャンバーと上部のチャンバーの間には直接の通路はありませんが、中間のチャンバーは、小さな穴の開いた円錐形のガラス片などの保持プレートによって下部のチャンバーから分離されており、液体とガスの通過が可能です。固体材料 (硫化鉄など) は、保持プレートを通過しないほどの大きさの塊にして中間のチャンバーに入れます。酸などの液体は上部のチャンバーに注ぎます。酸はチューブを通って下部のチャンバーに自由に流れ落ちますが、上部に含まれるガスの圧力によって上昇するのが阻止されます。ガスは、中間のチャンバーの上部近くにある活栓によってのみ装置から出ることができます。この活栓を開けると、まず装置内の空気が排出され、下部チャンバー内の液体が保持プレートを通って中間チャンバーに上昇し、固体物質と反応します。この反応によりガスが発生し、必要に応じて活栓から排出できます。活栓を閉じると、中間チャンバー内で発生したガスの圧力が上昇し、酸が下部チャンバーへと押し下げられ、固体物質と接触しなくなります。この時点で化学反応は停止し、活栓を再び開いてさらにガスを排出するまで反応は続きます。
キップ発生器は、固体物質が酸に不溶性である場合にのみ、前述の方法で適切に機能します。そうでなければ、溶解した物質は酸の濃度が低下した後もガスを発生し続けます。生成されたガスは、水蒸気、そして反応が激しい場合はミストを含む可能性があるため、さらなる精製や乾燥が必要になることがよくあります。
調製ガスとその生成物の例
キップの装置でうまく使用するには、固体材料が穴から落ちることなく保持プレート上に留まるのに十分な大きさの塊になっている必要があります。
- 鉄片または亜鉛からの水素と、塩酸または希硫酸からそれぞれ生成します。
- 大理石の破片から二酸化炭素（炭酸カルシウム）と塩酸
- 硫化鉄(II)と塩酸から生成される硫化水素
- 炭化カルシウムと水からアセチレンを生成する
- 炭化アルミニウムとぬるま湯からのメタン、炭化アルミニウムと重水からの重水素化メタン（CD 4 ）
- 過マンガン酸カリウム、次亜塩素酸カルシウム、または二酸化マンガンと塩酸から得られる塩素。また、鉄酸バリウムと塩酸からも得られる塩素。
- 次亜塩素酸カルシウムと過酸化水素、少量の硝酸から酸素を生成する。また、鉄酸バリウムと希硫酸からも生成する。
- 過酸化バリウムと濃硫酸から生成されるオゾン
- 銅の削りくずと希硝酸からの一酸化窒素
- 銅の削りくずと濃硝酸から二酸化窒素
- 窒化マグネシウムと水からアンモニア、重水を使用すると重水素化アンモニアが得られる。[1]酸化カルシウムと塩化アンモニウム溶液からも得られる。
- シュウ酸と濃硫酸を含浸させた軽石からの一酸化炭素
- メタ重亜硫酸ナトリウム（またはメタ重亜硫酸ナトリウムの十分に大きな塊）と濃硫酸を含浸させた軽石、または亜硫酸水素ナトリウムと濃硫酸から得られる二酸化硫黄
- 塩化水素は塩化アンモニウムと濃硫酸の塊から作ることができる[2]
一般的に、弱酸性ガスは希酸によって金属塩から放出されるが、時には水だけでも放出される。[1]
- 金属硫化物からの硫化水素
- セレン化物（例：セレン化アルミニウム）からのセレン化水素
- テルル化物（例えばテルル化アルミニウム）からのテルル化水素
- いくつかの炭化水素は特定の炭化物から製造できる
- 特定の窒化物（例えば窒化マグネシウム）からのアンモニア
- リン化物、例えばリン化カルシウムからのホスフィン（少量のジホスファンと一緒に生成されることが多い）
- ヒ化物（例えばヒ化亜鉛）からのアルシン
- アンチモン化物由来のスチビン（例：アンチモン化マグネシウム）
- いくつかのケイ化物からのシラン（炭化水素の類似体で、ケイ素原子の数はケイ化物アニオン構造に対応し、同じ化合物からさらに多くが生成される場合がある。例：シラン、ジシラン、トリシランはケイ化マグネシウムの分解から生成される）
- ゲルマニウム化物由来のゲルマン（例：マグネシウムゲルマニウム化物）
- スタンニドからのスタンナン、例えばスタンニドマグネシウム
- ホウ化物からのボラン（例：ホウ化マグネシウム、ホウ化アルミニウム、またはホウ化ベリリウムと酸からのテトラボラン）
- フッ化水素は濃硫酸と例えばフッ化カルシウムから作ることができる。
- 臭化水素は、濃リン酸で臭化物から作ることができます（濃硫酸は酸化力が強すぎます）。
この装置のバージョンは、2種類の液体前駆体の反応にも使用できます。逆止弁として水銀トラップを追加し、中央のバルブに軽石などの不活性多孔質材料を充填し、その上に前駆体の1つを滴下します。[3]
- 塩化水素は塩酸と濃硫酸から作られる
- 濃硫化ナトリウム溶液と希硫酸からの硫化水素
- 40%メタ重亜硫酸ナトリウムと濃硫酸の溶液から得られる二酸化硫黄
- 塩化第一鉄と20%亜硝酸ナトリウム溶液からの一酸化窒素
- 三酸化二窒素（別名無水亜硝酸）は、亜硝酸ナトリウムと濃硫酸の20％溶液から生成されます。
- 一酸化炭素、濃ギ酸および濃硫酸から生成。
さらなるガス処理
調製されたガスは通常不純で、試薬の微細なエアロゾルや水蒸気で汚染されています。ガスは、使用前にろ過、洗浄、乾燥が必要となる場合があります。
酢酸鉛、硝酸銀、アルカリ性ピロガリン酸の溶液に通すことで、スルファン、アルシン、酸素から水素を洗い流すことができます。[4]
酸性ガス（例：硫化水素、塩化水素、二酸化硫黄）は濃硫酸または五酸化リンで乾燥できます。塩基性ガス（例：アンモニア）は酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、またはソーダライムで乾燥できます。
ガスの処分は、可燃性ガス（一酸化炭素、水素、炭化水素）を燃焼させるか、水に吸収させるか（アンモニア、硫化水素、二酸化硫黄、塩素）、適切な試薬と反応させることによって行うことができます。[2]
変種
ガス製造装置には多くのバリエーションがあり、大量のガス製造に適したもの（ゲイ＝リュサック式、ヴェルホフスキー式）もあれば、少量のガス製造に適したもの（キルシュキン式、U字管式）もあります。
ドーベライナーランプは、キップの水素製造装置を小型に改良したものです。水素は白金スポンジ 触媒上に導かれ、空気中の酸素と反応して触媒を加熱し、そこから発火して穏やかな炎を発生させます。これは火やパイプの点火用に商品化されました。1820年代には、この「火打ち石」（Feuerzeug）が100万個以上販売されたと言われています。[5]
さらに読む
- グリフィン、ジョン・ジョセフ (1860). 『化学レクリエーション：実験化学の普及マニュアル』（第10版）. ジョン・ジョセフ・グリフィン. p. 616. 2007年11月12日閲覧.
キップの装置.
- セラ、アンドレア（2007年11月）「キップの装置」Chemistry World : 81 . 2007年11月13日閲覧。
- キップの装置 - 写真と参考文献による詳細な説明
参考文献
- ^ エゴン・ウィバーグ著、ニルス・ウィバーグ著（2001年）。無機化学、アカデミック・プレス、pp. 267–、ISBN 978-0-12-352651-9。
- ^ ab László Erdey (2013年10月22日). 重量分析：分析化学の国際モノグラフシリーズ. エルゼビア. pp. 221–. ISBN 978-1-4832-2259-2。
- ^ エルドマン、H.、ダンラップ、F. レヴィ (1900). 『化学調製入門：無機化学の実践的指導ガイド』第1版、第1000部、ニューヨーク：J. Wiley & Sons; [その他、その他].
- ^ Dunn, CL; Pandya, DD (2013-10-22). 公衆衛生の化学と細菌学. Butterworth-Heinemann. ISBN 9781483195537。
- ^ Thomas, John Meurig; Thomas, W. John (2015年2月). 『不均一触媒の原理と実践』（Google Books）（第2版）. John Wiley & Sons. pp. 16– 17. ISBN 9783527314584。
外部リンク
- 動画周期表におけるキップの装置のデモンストレーション
