8.3. Удаление влаги и растворенных газов из органических жидкостей

Вода содержится в виде примеси во всех органических раство­рителях, поскольку она часто присутствует в них при синтезе, а также в связи с тем, что практически все органические раство­рители в той или иной степени гигроскопичны. Газы, входящие в состав атмосферы, также являются постоянными примесями всех жидкостей.

Примесь воды удаляют из органических растворителей с по­мощью осушающих средств (см. разд. 7.2), в качестве которых выбирают вещества, плохо растворимые в жидкости и не всту­пают с ней в химическое взаимодействие.

Жидкое органическое вещество высушивают либо в эксика­торе (см. рис. 32), либо в плоской широкой чашке над осушите­лем, либо встряхивая в конической колбе вместе с осушающим реагентом. В последнем случае твердую фазу отделяют фильтро­ванием (см. разд. 9.4), а фильтрат перегоняют (см. разд. 8.4). Перегонку органического растворителя без предварительного удаления осушителя проводить не следует, так как некоторые осушители, например СаС1₂, легко при нагревании выделяют воду. В тех случаях, когда требуется довести содержание воды до 0,005% и ниже, рекомендуют использовать сульфат кальция CaSO₄ .Сульфат кальция хуже других осушителей растворим в большинстве органических растворителей, не реагирует с ними в отличие от Р₄О₁₀, не катализирует их разложение, механиче­ски устойчив и легко регенерируется.

Обезвоживание простейших спиртов осуществляют при по­мощи алкоголята магния. В частности, для удаления примеси воды (0,5-0,7%) из этанола, метанола или пропанола применяют следующий способ. В колбу емкостью 1,5 л, снабженную обратным холодильником (см. рис. 58), насыпают 5 г стружек магния.

О 5 г иода (катализатор) и заливают 60 - 70 мл спирта, напри­мер этанола. Смесь нагревают на водяной бане до прекращения выделения водорода:

Mg + 2С₂Н₅ОН = Mg(C₂H₅0)₂ + Н₂ .

После окончания реакции в колбу вводят 800 - 900 мл обез­воживаемого этанола и кипятят в течение 20 - 30 мин. Затем обратный холодильник заменяют на дефлегматор (см. рис. 162) и обычный холодильник и отгоняют этанол, освобожденный в значительной степени от примеси воды. Полученный в первой реакции этилат магния в процессе кипения этанола взаимодей­ствует с примесью воды:

Mg(C₂H₅0)2 + 2Н₂0 = Mg(OH)₂ + 2C₂H₅OH.

При перегонке этанола гидроксид магния Mg(OH)₂ остается в кубовом остатке.

Органические жидкости, не взаимодействующие с Na и Са, например диэтиловый эфир, ацетон, осушают небольшим ко­личеством этих металлов. Очищенные от поверхностной пленки оксидов кусочки Na или Са разрезают ножом на части размером с горошину и быстро помещают в обезвоживаемую органическую жидкость. Колбу закрывают пробкой, трубка которой соединена со склянкой Тищенко (рис. 28, д), наполненной Р₄О₁₀ (см. разд. 7.2). Через сутки обезвоженную жидкость отгоняют.

Малополярные органические растворители типа бензола С₆H₆, хлороформа СНС1₃, диэтилового эфира (С₂Н₅)₂0, этил-ацетата CH₃COOС₂H₅ и других можно высушить при помощи медленной фильтрации через колонку с гранулированным обез­воженным А1₂Оз или Si0₂. После такой операции содержание влаги, в частности, в (С₂Н₅)₂0 и СН₃СООС₂Н₅ снижается с 1 -2% до 0,01%.

Для более полного удаления примеси воды из некоторых ор­ганических растворителей применяют перегонку (см. разд. 8.4) тройных азеотропных смесей. Так, чтобы понизить в этаноле содержание воды до 0,2% при исходной концентрации примерно 5%, к нему добавляют рассчитанное количество бензола и смесь перегоняют. Сначала при температуре кипения 64,86 °С отгоняется тройная азеотропная смесь, содержащая 74,1% C₆H₆, 0,5% С₂Н₅0Н и 7,4% Н₂0, а затем, если продолжать перегонку - двойная смесь с температурой кипения 68,24 °С, содержа­ла 67,6% С₆Н₆ и 32,4% С₂Н₅ОН, после чего уже при температуре кипения 78,4 °С перегоняется этанол с содержанием воды всего 0,2%. Вместо бензола можно использовать для удаления примеси воды из этанола перегонку тройных азеотропных смесей содержащих дихлорэтан или тетрахлорид углерода.

Рис. 160. Установка с обратным холодильником (а) и сосуды-приемники (б, в):

1 - трубка; 2 - холодильник; 3 - кран; 4 - колба; 5 - капилляры; 6 – колбонагреватель;.

7- переходник; 8- приемник; 9- трубка; 10- пробка

Более подробные сведения о составе тройных азеотропных смесей можно найти в специальных справочниках.

Напомним, что азеотропные смеси характеризуются равен­ством составов равновесных жидкой и паровой фаз и при их перегонке образуется конденсат того же состава, что и исходный раствор. Поэтому азеотропные смеси называют также нераздельнокипящими. При изменении внешнего давления азеотропная смесь может оказаться уже другого состава.

Удаление из жидкостей растворенных газов осуществляют ки­пячением их с обратным холодильником 2 (рис. 160, а) под уменьшенным давлением, создаваемым водоструйным насосом (см. рис. 258), присоединяемым к трубке 1. Через 20 - 40 мин непрерывного кипения жидкости (время определяется объемов и составом жидкости) отключают вакуум и прекращают нагрев. Затем перекрывают кран 3 и снимают холодильник. Жидкость, освобожденную от газа, переливают из колбы 4 в приемник (рис. 160, б) при помощи вакуума, используя переходник 7.

После перелива жидкости приемник 8 закрывают пришлифованной пробкой 10. Приемником жидкости может служить и сосуд с нижним спуском (рис. 160, в).

Если жидкость обладает низкой температурой кипения, то применение вакуума нецелесообразно. В этом случае ограничи­ваются кипячением жидкости под атмосферным давлением,

пропуская через обратный холодильник жидкий хладоагент, а не водопроводную воду.