1844. Аппарат Киппа

Первым работающим химическим агрегатом, который я увидел в своей жизни, был аппарат Киппа. Конечно же, поскольку и мама и папа имели отношение к химии, временами дома появлялись всякие пробирки и колбы, но чаще всего транзитом – из университета в помощь школе. Но всё же то, как идёт химический эксперимент по получению газов, был впервые продемонстрирован мне на примере получения углекислого газа путём растворения мраморного лома в кислоте.

Думаю, что аппарат Киппа видели все читатели, возможно, некоторым посчастливилось видеть, как и мне, в работе, может быть, есть и тот, кто работал на нём. Думаю, что именно коническая колба и аппарат Киппа – чем-то похожее на кальян устройство, состоящее из трёх стеклянных сфер или полусфер, чаще всего ассоциируются с химической посудой у далёкого от химии человека. Так как же появилось в лабораториях это, безусловно, замечательное устройство?

В XIX веке скорость накопления химических знаний, разработки новых методов стала возрастать. Двигателями, которые способствовали ускорению прогресса в химии, была не только промышленность, которой требовались новые материалы, но и необходимость создания новых методов анализа для выявления фальсифицированных материалов и продуктов питания: медленно, но неуклонно эра пневматической химии заканчивалась, уступая эре аналитической химии. К 1840-м годам уже были разработаны основные принципы анализа неорганических соединений, в частности – разделение металлов на аналитические группы в соответствии с их поведением в реакциях со стандартными реагентами. В те времена была принята сероводородная классификация металлов, их распределяли по аналитическим группам, основываясь на том, дают (или не дают) они осадки с сероводородом в кислой среде. Баллонов для хранения газа в лабораторных условиях тогда еще не изобрели, а значит, что перед каждым анализом сероводород нужно было получать. То есть требовался надёжный способ получения этого газа, в ходе которого, помимо прочего, желательно было бы обратимо останавливать и запускать образование H₂S. Аналитики всей Европы пытались решать проблему доступности сероводорода, разрабатывали установки для его получения, описывая в своих трудах или учебниках. Один из самых простых аппаратов того времени разработал немецкий химик-аналитик Карл Ремигий Фрезениус – создатель сероводородной классификации. Однако и для этого самого «простого» прибора описание составных элементов занимало несколько страниц, и работать на нём было крайне непросто.

Элегантное решение вопроса получения сероводорода (как и многих других газов) было найдено в 1844 году. В этом году голландский фармацевт Петер Якоб Кипп из города Делфт составил чертежи простого аппарата для получения сероводорода, водорода и других газов. Сам Кипп, определяя содержание мышьяка во внутренних органах подопытных животных, сталкивался с необходимостью проведения «реакции мышьякового зеркала» – восстановления производных мышьяка водородом, – но существующие устройства для получения водорода в лаборатории его не устраивали опять же из-за сложности в работе и громоздкого дизайна. По одной из версий появления изобретения, Киппа вдохновила конструкция огнива Дёберейнера. Кипп попросил известного немецкого стеклодува Генриха Вильгельма Гейслера (который первым изобрёл и начал использовать на практике стеклодувную горелку, в которую воздух подавался под давлением) изготовить аппарат по чертежам. Первый блин оказался комом, устройство оказалось слишком хрупкое и неудобное в использовании, однако второй прототип, который был создан в результате совместного мозгового штурма Киппа, имевшего практический опыт работы в лаборатории, и прекрасно разбиравшегося в стеклянных приборах Гейслера, в том или ином варианте мы можем видеть в лабораториях и сейчас. Воодушевлённый успехом, Кипп организовал маленькую фирму по производству аппаратов, ну а далее они начали своё триумфальное шествие по лабораториям. Самый древний из аппаратов Киппа, изготовленный в период где-то между 1845 и 1875 годами, в настоящий момент находится в Музее Бургаве, Голландия, город Лейден.

Аппарат Киппа состоит из колбы-реактора с резервуаром; сферической воронки с длинной трубкой; газоотводной трубки и ловушки для улавливания паров кислоты (например, соляной). Колба-реактор имеет верхнюю шарообразную часть с отверстием, в которое вставляется газоотводная трубка, снабженная краном или зажимом, и нижний резервуар в виде полусферы. Нижний резервуар и колба-реактор разделены прокладкой с отверстием, через которое в нижний резервуар проходит длинная трубка воронки, доходящая почти до дна. Раствор в нижнем резервуаре прибора служит затвором, препятствующим выделению газа обратно через воронку во время опыта. Нижний резервуар обычно имеет отверстие, закрытое притёртой пробкой: через это отверстие после использования прибора сливают отработанную жидкость.

Газовый аппарат Киппа очень прост в использовании. В его среднюю емкость помещаются твёрдые реагенты (металл для получения водорода, пирит или другие сульфиды для получения сероводорода, мрамор для получения углекислого газа и т. д.). Затем при открытом кране или зажиме в верхнюю воронку заливается раствор реагента. Когда уровень жидкости достигает вещества на прокладке, начинается химическая реакция с выделением газа. При закрывании крана давление выделяющегося газа выдавливает жидкость из реактора в верхнюю часть воронки. Реакция прекращается. Открывание крана приводит к возобновлению реакции. Таким образом, аппарат Киппа относится к аппаратам автоматического действия. Получать газы с его помощью очень просто, поэтому сотни и тысячи аппаратов Киппа до сих пор продаются по всему миру.

Сероводородная классификация катионов в аналитической химии просуществовала долго: ещё мои родители, закончившие химический факультет Казанского университета в 1970-м году, на занятиях по аналитической химии изучали именно сероводородную классификацию катионов. Тем не менее, неприятный запах сероводорода и его токсичность заставили поменяться даже такую крайне инертную область химии, как химия аналитическая, и в 1987-92 годах меня и однокурсников учили уже кислотно-основной классификации катионов металлов по группам, классификации, которой учат и современное поколение студентов.