Эвдиометр — лабораторный прибор , измеряющий изменение объема газовой смеси в результате физических или химических изменений.
В зависимости от измеряемой реакции устройство может принимать различные формы. В целом, оно похоже на градуированный цилиндр и чаще всего встречается в двух размерах: 50 мл и 100 мл. Оно закрыто сверху, а нижний конец погружен в воду или ртуть . Жидкость удерживает образец газа в цилиндре, а градуировка позволяет измерить объем газа.
Для некоторых реакций две платиновые проволоки (выбранные из-за их нереактивности) помещаются в запечатанный конец, чтобы между ними могла возникнуть электрическая искра . Электрическая искра может инициировать реакцию в газовой смеси, а градуировка на цилиндре может быть прочитана, чтобы определить изменение объема в результате реакции. Использование устройства очень похоже на использование оригинального барометра , за исключением того, что газ внутри вытесняет часть используемой жидкости.
В 1772 году Джозеф Пристли [1] начал экспериментировать с различными «воздухами», используя свой собственный переделанный пневматический желоб , в котором ртуть вместо воды улавливала газы, которые обычно растворялись в воде. Из этих экспериментов Пристли приписывают открытие многих новых газов, таких как кислород , хлористый водород и аммиак . Он также открыл способ определения чистоты или «качества» воздуха с помощью «теста на азотистый воздух». Эвдиометр работает на основе большей растворимости NO 2 в воде по сравнению с NO и реакции окисления NO в NO 2 кислородом воздуха:
Некоторое количество воздуха соединяется с NO над водой, и более растворимое соединение NO 2 растворяется, оставляя оставшийся воздух несколько сжатым в объеме. Чем богаче был воздух кислородом, тем больше было сжатие. [2]
Марсилио Ландриани изучал пневмохимию с Пьетро Москати , когда они попытались количественно оценить азотнокислотный тест Пристли на качество воздуха. Ландриани использовал пневматический желоб в форме высокого градуированного цилиндра над водой. Поскольку он измерял полезность воздуха, он назвал его эвдиометром [1]. Сотрудник Москати, Феличе Фонтана, также сконструировал эвдиометр на тех же принципах и количественно оценил полезность воздуха. [3]
Эвдиометр с азотистым воздухом был способом, с помощью которого Ян Ингенхауз подтвердил, что пузырьки, выделяемые под водой листьями растений, подвергающимися воздействию солнечного света, были пузырьками кислорода. Его описание фотосинтеза было опубликовано в 1779 году, а в 1785 году он написал об эвдиометрах в Journal de Physique (т. 26, стр. 339). По словам биографа, Ингенхауз указал, что «многие инструменты назывались эвдиометрами, хотя, строго говоря, они не заслуживали этого названия... могли существовать недоразумения, когда не все использовали одни и те же инструменты». [2] : 205
Электрифицированная версия эвдиометра была разработана графом Алессандро Вольтой (1745–1827), [4] итальянским физиком, который хорошо известен своим вкладом в электрическую батарею и электричество . [5] Помимо своей лабораторной функции, эвдиометр также известен своей ролью в «пистолете Вольты». [6] Вольта изобрел этот инструмент в 1777 году с целью проверки «качества» воздуха, анализа воспламеняемости газов или для демонстрации химического воздействия электричества. Пистолет Вольты имел длинную стеклянную трубку, которая была закрыта сверху, как эвдиометр. Два электрода подавались через трубку и создавали искровой промежуток внутри трубки. Первоначально Вольта использовал этот инструмент для изучения, в частности, болотных газов . Пистолет Вольты был заполнен кислородом и другим газом. Однородная смесь была заклеена пробкой. Искра могла быть введена в газовую камеру с помощью электродов и, возможно, катализировать реакцию статического электричества , используя электрофор Вольты . Если бы газы были воспламеняемыми , они бы взорвались и увеличили давление внутри газовой камеры. Это давление было бы слишком большим и в конечном итоге привело бы к тому, что пробка оказалась бы в воздухе. Пистолет Вольты был сделан либо из стекла, либо из латуни, однако из-за электричества стекло было уязвимо для взрыва. Обширные исследования Вольты по измерению и созданию высоких уровней электрического тока привели к тому, что электрическая единица, вольт , была названа в его честь. [7]
В 1785 году Генри Кавендиш использовал эвдиометр для определения доли кислорода в атмосфере Земли.
Название «эвдиометр» происходит от греческого εὔδιος eúdios , что означает ясный или мягкий, что является комбинацией префикса eu- , что означает «хороший», и -dios, что означает «небесный» или «Зевса» (бога неба и атмосферы), с суффиксом -meter, что означает «мера». [8] Поскольку эвдиометр изначально использовался для измерения количества кислорода в воздухе , которое, как считалось, было больше в «хорошую» погоду, [9] корень eudio- соответствующим образом описывает аппарат.
Применение эвдиометра включает анализ газов и определение разницы объемов в химических реакциях. Эвдиометр наполняют водой , переворачивают так, чтобы его открытый конец был обращен к земле (при этом удерживая открытый конец так, чтобы вода не вытекала), а затем погружают в емкость с водой. Происходит химическая реакция , в результате которой образуется газ. Один реагент обычно находится на дне эвдиометра (который стекает вниз, когда эвдиометр перевернут), а другой реагент подвешен на ободе эвдиометра, как правило, с помощью платиновой или медной проволоки (из-за их низкой реакционной способности ). Когда газ, созданный химической реакцией, выделяется, он должен подняться в эвдиометр, чтобы экспериментатор мог точно измерить объем газа , произведенного в любой момент времени. Обычно человек считывает объем, когда реакция завершена. Эта процедура выполняется во многих экспериментах, включая эксперимент, в котором экспериментально определяется постоянная R идеального газа .
Эвдиометр по своей структуре похож на метеорологический барометр . Аналогично, эвдиометр использует воду для выпуска газа в трубку эвдиометра, преобразуя газ в видимое, измеримое количество. Правильное измерение давления при выполнении этих экспериментов имеет решающее значение для расчетов, используемых в уравнении PV = nRT , поскольку давление может изменить плотность газа. [10]
