МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ.

ПЕРЕГОНКА.

Перегонка – один из важнейших методов очистки и выделения органических веществ. Перегонка – это процесс разделения смеси жидкостей на компоненты, основанный на разнице температур их кипения. Этот метод заключается в нагревании жидкости до кипения и конденсации ее паров в виде дистиллята в холодильнике. Перегонка применяется: для очистки от примесей; удаления растворителей из реакционной смеси; для разделения смеси жидкостей на компоненты.

Кипение жидкости начинается, когда давление пара этой жидкости достигает внешнего давления. Температура, при которой это происходит, называется температурой кипения. При кипении смеси жидкостей паровая фаза содержит большее количество низкокипящего компонента, чем жидкая фаза. При конденсации такого пара получается жидкость нового состава, также обогащенная низкокипящей фракцией. При перегонке чистого вещества температура кипения постоянна, так как состав жидкости и пара одинаков; для индивидуального соединения температура кипения является физической константой. Некоторые соединения в определенных соотношениях образуют смеси, при перегонке которых состав пара не отличается от состава жидкости, т.е. эти смеси имеют одну точку кипения как индивидуальные вещества. Вся смесь перегонится в этой точке. Такие смеси называют нераздельнокипящими или азеотропными.

Способы перегонки разделяются на две группы: простая перегонка и фракционная. При простой перегонке дистиллят собирают в один приемник. При фракционной – дистиллят разделяется на фракции с различными температурами кипения. Отдельно выделяется способ разделения –ректификация, при котором происходит очистка жидкостей с достаточно близкими температурами кипения с применением специальных колонок.

По условиям проведения различают три вида перегонки:

- при атмосферном давлении;

- при уменьшенном давлении (перегонка в вакууме);

- с водяным паром.

Перегонка при атмосферном давлении.

Если перегоняемое вещество достаточно устойчиво к нагреванию и практически не разлагается при температуре кипения, для очистки пользуются простой перегонкой при атмосферном давлении. Обычно этот способ перегонки целесообразно применять для жидкостей с температурой кипения от 40 до 150С, так как при более высокой температуре многие вещества разлагаются.

Этот способ перегонки можно использовать и для разделения смеси жидких веществ, однако, удовлетворительное разделение возможно при условии, что разница в температурах кипения перегоняемых жидкостей составляет не менее 80. При меньшей разнице температур разделение может быть достигнуто при помощи дефлегматора (фракционная перегонка) или ректификационной колонки (ректификация).

Установка для простой перегонки при атмосферном давлении изображена на рис. 1, и состоит из круглодонной колбы, насадки Вюрца, термометра, холодильника, алонжа и приемника. Размеры колбы должны быть такими, чтобы перегоняемая жидкость занимала не более 2/3 ее объема. Термометр должен быть помещен в насадке Вюрца так, чтобы шарик ртути находился на 0.5 см ниже отверстия насадки и полностью омывался парами, поступающими в холодильник. Холодильник, из которого конденсат попадает в приемник, называется прямым или нисходящим. Чаще всего используют холодильник с водяной рубашкой – холодильник Либиха. Водяное охлаждение надо применять при перегонке жидкостей, имеющих температуру кипения до 120-130С, при этом следует следить за тем, чтобы вода поступала в холодильник непрерывно, во избежание взрыва или пожара. Если температура кипения вещества выше, то следует проводить охлаждение непроточной водой (отключить подачу воды из крана) или применять воздушный холодильник, т.к. вследствие большой разности температур внутренняя трубка холодильника может лопнуть. Приемником могут служить различные плоскодонные колбы. Если перегоняемое вещество разлагается влагой воздуха, то применяется алонж с отводом, к которому присоединена трубка с безводным хлористым кальцием (так называемая хлоркальциевая трубка). Приемник с легко испаряющейся жидкостью обычно помещают в баню со льдом.

Отдельные части прибора соединяются на шлифах. Сборку прибора следует начать с подбора системы обогрева прибора. Это может быть газовая горелка с воронкой Бабо для рассеивания пламени, электрическая плитка с закрытом обогревом, баня (водяная, глицериновая, песчаная, масляная). Использование той или иной системы обогрева зависит от свойств перегоняемой жидкости (температуры кипения, взрывоопасности и горючести).

Нагревать колбу на открытом пламени категорически запрещается!

Сборка прибора. На лабораторный стол устанавливается два штатива. На одном из них помещаем газовую горелку и с помощью «барашка» закрепляем кольцо на стержне штатива для воронки Бабо. Воронку Бабо размещаем на такой высоте от газовой горелки, чтобы ее нижняя часть находилась в середине пламени. Далее, на этом же штативе при помощи «лапки» с узким захватом закрепляется перегонная колба за верхнюю часть шлифа и опускается в воронку Бабо. Полсле этого к колбе последовательно присоединяют насадку Вюрца, термометр, холодильник, алонж и приемник.

Холодильник закрепляется в средней его части, с помощью «лапки» с широким захватом на втором штативе. Приемник должен касаться поверхности стола или подставки. При сборке прибора на шлифах отдельные части должны соединяться аккуратно без перекосов.

Рис. 1 Прибор для простой перегонки на шлифах.

1 – круглодонная колба, 2 – насадка Вюрца, 3 – термометр, 4 – холодильник, 5 – алонж, 6 – приемник.

Прежде чем начинать перегонку, следует убедиться, что все части прибора плотно соединены друг с другом (нет зазоров), а внутреннее пространство прибора соединяется с атмосферой через алонж, иначе может произойти взрыв.

Выполнение работы. Убирается термометр, в горловину насадки Вюрца вставляется воронка, нижний конец которой должен располагаться ниже бокового отвода насадки. Через воронку наливается перегоняемая жидкость. Воронку вынимают и в колбу с жидкостью вносят 1-2 «кипятильника» (кусочки фарфора). Из кипятильников выделяется воздух мелкими пузырьками, чем и обеспечивается равномерное кипение жидкости. Употреблять кипятильники можно только один раз, так как при охлаждении жидкость заполняет их поры и они теряют свою эффективность. Кипятильники надо добавлять только в холодную жидкость. Нельзя добавлять их в нагретую жидкость, т.к. это может привести к резкому вскипанию, выбросу жидкости из колбы и,как следствие, к пожару. После добавления кипятильников снова вставляют термометр в горловину колбы, подключают подачу воды в холодильник и начинают нагревать жидкость в колбе.

Когда жидкость закипит, в приемник начинает поступать дистиллят. Следует помнить, что первые несколько капель (предгон)) следует слить или заменить приемник с предгоном на чистый.

Скорость перегонки регулируют изменением температуры нагревания колбы, причем скорость поступления дистиллята в приемник не должна превышать 1-2 капель в секунду. В случае перегонки большого количества чистого вещества (например, при абсолютировании растворителя), перегонку можно проводить и с большей скоростью, в зависимости от эффективности холодильника.

При отгонке чистого вещества температура перегонки (температура кипения перегоняемой жидкости) остается постоянной (в пределах ±1º). Резкое повышение температуры свидетельствует о том, что началась перегонка либо следующего компонента с более высокой температурой кипения, либо примесей. В данном случае требуется сменить приемник на новый.