2.9. Очистка и сушка химической посуды

Очистка химической посуды предопределяет качество исследо­ваний, выполненных при повторном ее использовании. Наибо­лее тщательной должна быть очистка посуды, применяемой в операциях с особо чистыми веществами. Поверхность стеклян­ных, фарфоровых, металлических и полимерных материалов может содержать жировые и смолистые загрязнения, органиче­ские и неорганические соединения и аэрозольные частицы Примеси могут сорбироваться на поверхности, или вымываться из стенок химической посуды.

На загрязнения, попадающие в химическую посуду из возду­ха часто не обращают внимания, так как они визуально часто незаметны. Между тем городской воздух содержит от 3*10^-6 до 2 *10^-5 г/л пыли, в которую входит Si0₂ (до 60%), AI₂O₃ (до 40%), Fe₂0₃ (До 16%), СаС0₃ (до 6%), MgC0₃ (до 0,8%), Pb (до 0,05%), соединения меди, натрия, хлориды, сульфаты и другие примеси. В частности, установлено, что в 6 М растворе HCL, оставленном на 8 сут в открытом стакане, появляется от 2*10^-6 по 5*10^-6 г свинца. Особенно много в воздухе химических лабо­раторий примесей хлороводорода, аммиака и хлорида аммония.

Грубые механические загрязнения удаляют с химической по­суды при помощи различных волосяных щеток и ершей с при­менением горячего раствора мыла или стирального порошка (применение металлических щеток и ершей не допускается!). Грубые загрязнения из стеклянных и кварцевых сосудов нельзя удалять при помощи песка, активированного угля, силикагеля и других твердых частиц, поскольку они могут оставить на по­верхности царапины, часто почти незаметные, но способствую­щие разрушению стекла. Если волосяным ершом не удается проникнуть к месту загрязнений, в мыльный раствор следует набросать обрезки фильтровальной бумаги или кусочки ткане­вых материалов, а затем многократно встряхнуть очищаемый сосуд.

После удаления грубых загрязнений органическим раствори­телем снимают оставшиеся жировые пятна. Этого можно до­стичь и обработкой посуды "острым" паром в течение 30-60 мин. Паровая обработка позволяет удалить с поверхности пятна воска, парафина, различных продуктов переработки неф­ти. Попутно происходит выщелачивание стекла, удаление из него полисиликатов щелочных металлов с одновременным их гидролизом и образованием на поверхности стекла своеобразной защитной пленки из диоксида кремния.

После этих операций для дальнейшей очистки используют специальные моющие смеси.

Хромовая смесь состоит из дихромата калия и концентриро­ванной серной кислоты (5-9 г К₂Сг₂0₇ или Na₂Cr₂07 на 100 мл концентрированной H₂S0₄). Эта смесь в результате реакции

К₂Сг₂О₇ + H₂S0₄ 2Cr0₃ + K₂S0₄ + Н₂0

держит некоторое количество триоксида хрома - более силь­ного окислителя, чем дихромат калия и концентрированная серная кислота.

Смесь разрушает многие органические вещества и превращает пленки и пятна оксидов и других соединений металлов в хорошо растворимые в воде гидросульфаты и гидрохроматы.

Обработку посуды проводят под тягой, так как смесь выделяет ядовитый и летучий СгОз. Смесь становится непригодной, как только она приобретет зеленую окраску в результате восста­новления Cr^VI в Сг^III. Хранят смесь в толстостенном фарфоро­вом стакане, закрытом толстой стеклянной пластинкой.

Для хорошей очистки стеклянной и кварцевой посуды доста­точно наполнить эту посуду (или погрузить в смесь) подогретой до 50-60 °С смесью на 5-10 мин. Посуду, извлеченную из хро­мовой смеси, сначала промывают водопроводной водой, а затем несколько раз нагретой до 70-80 °С чистой водой до отсутствия в пробе ионов Сг₄^2- .

Хромовая смесь непригодна для очистки стеклянных порис­тых фильтров и других пористых масс из-за сильной адсорбции [Сг(Н₂0)_6]³⁺ и Сг₂ порами (фильтры-приобретают зеленую окраску). Ионы хрома не извлекаются из пор даже при много­кратном кипячении стеклянных фильтров в чистой воде.

Хромовая смесь не удаляет с поверхности сосудов такие за­грязнения как воск, парафин, керосин и различные продукты перегонки нефти. Нельзя удалить со стеклянной поверхности и остатки солей бария, образующих после обработки хромовой смесью плотно пристающий к стеклу сульфат бария.

Перманганатная смесь состоит из 3-4%-го водного раствора перманганата калия, содержащего 3-5 мл концентрированной H₂SO₄ на 100 мл раствора. Для очистки химической посуды применяют нагретую до 50-60 °С смесь. Если после обработки такой смесью на стенках посуды появляется бурый налет МnО₂, то его удаляют, ополаскивая сосуд концентрированной хлорово­дородной кислотой, водным раствором Н₂С₂О₄, 5%-м водным раствором гидросульфита натрия NaHS0₃- После обработки посуды любым из перечисленных реагентов ее тщательно опо­ласкивают чистой водой. Не рекомендуется применять щелоч­ную перманганатную смесь для очистки стеклянных и кварце­вых сосудов (см. разд. 1.1). Признаком отработанности смеси является исчезновение ее фиолетовой окраски.

Смесь Кемеровского состоит из равных объемов 5-6%-го вод­ного раствора пероксида водорода и 6 М хлороводородной кис­лоты. Ее применяют для удаления поверхностных загрязнений со стекла, кварца и полимерных материалов. Эта смесь оставля­ет поверхность более чистой, чем хромовая или перманганатная. Перед использованием смесь Комаровского подогревают до 30-40 °С, а после ополаскивания сосудов чистой водой прове­ряют на отсутствие в воде ионов СГ (проба с AgNO_s).

Смесь Тарасова состоит из любого стирального порошка (10 г) карбоната аммония (50 г), этилендиаминтетрауксусной Зелоты (50 г), лимонной кислоты (50 г), растворенных в 10 л чистой воды. В эту смесь входят эффективные комплексообразуюшие реагенты, связывающие в устойчивые и хорошо раство­римые в воде комплексные соединения многие примеси, сорбируемые поверхностью стекла, кварца и полимерных материа­лов.

Перед применением смесь Тарасова нагревают до 60-70 °С. Очищаемую химическую посуду выдерживают в смеси 10-15 мин, а затем тщательно промывают чистой водой. Установлено, что такая обработка приводит к практически полному удалению примесей железа, кальция, меди, фосфора и серы в виде раз­личных соединений, с поверхности извлекаются даже мельчай­шие частицы сульфата бария и оксида алюминия.

Тарасов Сергей Федорович (1902-1978) - русский полковник инженерно-химических войск.

Среди других комплексообразователей наиболее подробно изучено действие на поверхностные примеси дитизона и диэтилдитиокарбамата натрия.

Дитизон (дифенилтиокарбазон) C₆H₅N=NC(S)(NH)₂C₆Hs в виде 0,001%-го раствора в СCl₄ зеленого цвета обладает способ­ностью к групповому переводу в раствор соединений многих элементов, особенно Hg^(II), Pd¹¹, Te^IV, Ag¹, Cu¹¹, Bi, Zn и Fe^III, в форме дитизонатов. Даже обычная дистиллированная вода, всегда содержащая микропримеси соединений некоторых из перечисленных выше элементов, реагирует с дитизоном.

Химическую посуду встряхивают с раствором дитизона в те­чение 5-10 мин, затем ополаскивают водно-спиртовым раство­ром и чистой водой.

Таким же групповым действием по удалению сорбированных на поверхности стекла или кварца обладает 1-3%-й водный рас­твор диэтилдитиокарбамата натрия NaS(С₂H₅)₂NCS.

Если известно, с какими веществами работали в химической посуде до ее очистки, то целесообразно подобрать селективный комплексообразователь: например, для удаления соединений меди, железа, кобальта и никеля подходит 6-10%-й водный рас­твор купферона C₆H₅N(ONH₄)NO. После этого реагента посуду промывают разбавленной (1:1) _HNO3 и затем чистой водой.

Приведем еще несколько практических рецептов для очистки стеклянной посуды. Если необходимо удалить следы керосина, Применяют водную суспензию Са(ОН)₂ (10 мл на каждые 100 мл объема посуды). Энергичное встряхивание повторяют 3-4 раза с новой порцией суспензии.

Очень хорошо удаляет поверхностные загрязнения диоксид азота N0₂. Для получения его в очищаемую посуду наливают 3 мл концентрированной HNO₃ и 1 мл этанола. Посуду закры­вают полиэтиленовый пробкой с капилляром и оставляют в вы­тяжном шкафу на некоторое время. Затем сосуд тщательно опо­ласкивают чистой водой до отрицательной пробы на анион NO₃.

Во всех случаях полезно знать, чем загрязнена посуда, тогда проще подобрать и соответствующее моющее средство.

Платиновую посуду очищают с помощью перечисленных реагентов. Если они не помогают, то, например, в платиновом тигле плавят дисульфат калия K₂S₂O₇, насыпая его до верхней кромки тигля. Плавят осторожно, постепенно нагревая тигель. Расплав быстро выливают в сухой песок, а тигель с приставшим к его стенкам застывшим расплавом опускают в кипящую чис­тую воду до полного растворения корки образовавшегося K₂SO₄.

Для удаления примесей с поверхности платиновой посуды предлагают также расплавлять в ней смесь карбоната и тетрабората натрия Na₂B₄0₇, взятых в соотношении 3:1. Механическую очистку платиновой посуды проводят тонкими порошками ВаСОз или смесью пудры из AI₂O₃ и MgO. Неровности поверх­ности чашек и тиглей устраняют круглым куском агата или де­ревянной болванкой из дуба или бука.

Сушка. Вымытую посуду высушивают, предпринимая все ме­ры предосторожности от загрязнения ее примесями воздушной среды.

Для этой цели используют приборы, снабженные уст­ройствами для подогрева и обеспыливания воздуха, подаваемого по полипропиленовым трубкам, на которые надевают вымытую посуду (рис. 63, а). Отсасывается воздух через отверстия, распо­ложенные у основания трубок, и снова направляется для подо­грева и обеспыливания. Фирмы выпускают и простые штативы-сушилки (рис. 63, б), изготовленные, как правило, из полимер­ных материалов. Такие сушилки располагают над раковинами или специальными поддонами для сбора стекающей воды-Трубки или штыри всех сушилок регулярно протирают филь­тровальной бумагой и закрывают неиспользуемые держатели посуды удлиненными стеклянными пробирками.

Для сушки посуды используют и обычный сушильный шкаф (см. разд. 6.10).

Вымытую посуду сушат в нем при 80-105 °С, располагая ее на эмалированных поддонах или в кюветах из полипропилена . Высушенную посуду для охлаждения оставляют на некоторое время в выключенном сушильном шкафу, а затем переносят в специальный бокс для хранения или в большой эксикатор (см. рис. 32), свободный от осушителя.

Допускается сушка отмытой посуды ополаскиванием сначала чистым этанолом, а затем диэтиловым эфиром или ацетоном. Спирт удаляет воду с поверхности, а эфир или ацетон смывают пленку спирта и легко испаряются со стенок сосуда.

Рис. 63. Штативы сушилок (а, б) и пульверизаторы (в, г):

I - трубка подачи воздуха; 2 – капилляр

Методом контроля чистоты отмытой стеклянной и кварцевой поверхности является наблюдение за поведением на ней водя­ной пленки. Если поверхность свободна от примесей гидрофоб­ных веществ (малорастворимые, не взаимодействующие с водой вещества), то водяная пленка распределяется тонким равномер­ным слоем, смачивая всю поверхность сосуда без разрывов в водяной пленке. Загрязненная поверхность смачивается водой неравномерно, отдельными участками. Минимальное количе­ство обнаруживаемых этим визуальным методом загрязнений составляет 1*10^-7-1*10^-5 г/см².

Более чувствительным является метод распыления чистой во­ды на отмытую поверхность при помощи пульверизаторов (рис. 63, в). При отсутствии гидрофобных загрязнений мельчайшие капельки воды будут смачивать поверхность и покрывать ее сплошной водяной пленкой. В местах же загрязнений будет наблюдаться скопление капель. Метод позволяет обнаружить 2*10^{- 8}-3*10^-7 г/см² гидрофобного вещества.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Правдин П.В. Лабораторные приборы и оборудование из стекла. М.: Химия,

Лабораторная химическая посуда, каталог, М.: Академиздат, 1963.

Лукс Г. Экспериментальные методы в неорганической химии. М.: Мир,

Берлин А.Я. Техника лабораторных работ в органической химии. М.: Химия 1973.

Лабораторная техника органической химии/Под ред. Б.Кейла, перевод _с

чешского. М.: Мир, 1966.

Павлов В.П., Макевнин М.П. Стеклянная аппаратура для производства чис­тых веществ. М.: Машиностроение, 1972.

Степин Б.Д. Хранение особо чистых веществ. Химическая промышленность 1969. № 3, с. 52.

Степин Б.Д., Рябенко ЕЛ. и др. Исследование вымывания неорганических примесей из фторопласта-4. Труды ИРЕА, 1976. В. 38, с. 100.

Тарасов С.Ф., Синегуб-Лавренко А.А. и др. Составы для отмывания поверхности изделий из полимерных материалов. Труды ИРЕА, 1969. В. 31, с. 482.

Блюм Г.З. и др. Методы фасовки высокочистых жидкостей. Ц-НИИТЭХИМ, 1985.