806

Металлический натрий обычно употребляется после предварительной сушки другим, менее активным осушителем. Его применяют в виде тонких пластинок или проволоки. Возможность применения натрия очень ограничена, но осушающая способность весьма велика. Чаще всего он используется для сушки углеводородов и простых эфиров (приготовление так называемых абсолютных, т.е. совсем не содержащих воды растворителей). Ввиду высокой химической активности натрий не пригоден для сушки спиртов, фенолов, кислот и ряда других соединений. Ни в коем случае нельзя применять натрий для высушивания галогенопроизводных, так как последние реагируют с натрием, а в некоторых случаях (хлороформ) реакцияпринимаетхарактер взрыва.

Вещества для высушивания органических соединений

Осушаемое вещество и осушитель помещают в плоскодонную колбу, закрывают корковой пробкой и оставляют на несколько часов или дней. Необходимо помнить, что колбу нельзя закрывать плотно резиновой или стеклянной притертой пробкой, так как в процессе осушения плотно закрытые тонкостенные сосуды, особенноэрленмейеровскиеколбы, почтивсегда лопаются.

11

Во избежание излишних потерь вещества не следует прибавлять слишком много осушителя. В случае таких осушителей, как хлористый кальций, поташ, едкое кали, их прибавляют в небольшом количестве и оставляют стоять на несколько часов. Если внесенная соль или щелочь полностью расплывается, растворившись в поглощенной ею воде, то органический слой сливают в чистую сухую колбу и прибавляют к нему новое количество осушителя. Так поступают до тех пор, пока высушивающее вещество не перестанет расплываться.

Процесс сушки заканчивают, когда осушаемая жидкость становится полностью прозрачной. Ее отделяют от использованного осушителя декантацией или фильтрованием, иногда бывает достаточно профильтровать раствор через слой ваты.

2.1.2. Техника простой перегонки

Установка для простой перегонки при атмосферном давлении состоит из круглодонной колбы с боковым отводом (колбы Вюрца) или круглодонной колбы с насадкой Вюрца, термометра, холодильника, аллонжа и приемника (рис. 3).

Рис. 3. Прибор для простой перегонки жидких веществ: 1 – колба Вюрца; 2 – термометр; 3 – холодильник Либиха; 4 – аллонж; 5 – приемник

12

Простую перегонку можно использовать только для жидкостей, которые устойчивы к нагреванию и не разлагаются при температуре кипения. Удовлетворительно разделить смесь жидкостей при помощи простой перегонки можно лишь в том случае, когда разница в температурах кипения перегоняемых жидкостей не менее 80 оС. Для разделения веществ, имеющих более близкие температуры кипения, применяют дефлегматоры и ректификационные колонки. В последнем случае перегонку часто ведут при уменьшенном давлении.

Перегонную колбу можно наполнять жидкостью не более чем на 2/3 объема колбы. В зависимости от температуры кипения жидкости подбирают колбу с соответствующим расположением отводной трубки: если температура кипения перегоняемой жидкости низкая, то боковой отвод должен быть припаян как можно выше, и наоборот.

В горле колбы при помощи пробки укрепляют термометр на такой высоте, чтобы верхний уровень ртутного шарика термометра находился на 0,5 см ниже отверстия трубки и не касался стенок колбы. Перегонную колбу соединяют с нисходящим холодильником. Для охлаждения паров жидкости, кипящей при температуре ниже 130 оС, применяют холодильник с водяным охлаждением (холодильник Либиха). Жидкости с температурами кипения выше 130 оС перегоняют, используя воздушный холодильник. Для снижения потерь вещества к холодильнику присоединяют аллонж, конец которого опускают в приемник. В качестве приемника используют любые плоскодонные колбы или пробирки.

При сборке установки необходимо следить за тем, чтобы не возникали напряжения и деформации, которые могут привести к поломкам. Поэтому приборы обычно не крепят жестко, а затягивают лапки так, чтобы колба поворачивалась в зажиме, не выпадая из него. Данное условие особенно важно при работе со стандартными шлифами (рис. 4). Шлифы должны крепиться друг к другу без особых усилий со стороны экспериментатора, в противном случае – можно сломать весь прибор. Подобная

13

неаккуратность может привести к несчастному случаю. В то же время нужно следить, чтобы при соединении отдельных частей установки выполнялись условия герметичности.

Рис. 4. Установка для перегонки на шлифах

При сборке установки для простой перегонки следует вначале закрепить на штативе колбу Вюрца (см. рис. 3) или круглодонную колбу с насадкой Вюрца (см. рис. 4), затем к ней присоединить нисходящий (прямой) холодильник, закрепленный на отдельном штативе, потом аллонж и, наконец, подвести под него приемник. Вся установка должна быть собрана в одной плоскости или по одной линии, без перекосов или напряжения стеклянных частей прибора.

После того как прибор для перегонки собран, вынимают пробку с термометром и через воронку, нижний конец которой опускается ниже бокового отвода перегонной колбы, наливают перегоняемую жидкость. В колбу бросают маленькие кусочки прокаленной неглазированной керамики (так называемые «ки-

14

пелки») или стеклянные капилляры, запаянные с одного конца. Эти средства обеспечивают равномерное кипение жидкости и предупреждают внезапное вскипание, приводящее к перебросу жидкости в приемник.

Чтобы предотвратить перегрев жидкости, перегонную колбу следует равномерно нагревать на плитке или в колбонагревателе. Для особенно медленного и равномерного нагрева перегонной колбы используют водяные, песчаные и масляные бани. Выбор нагревателя зависит от температуры кипения перегоняемой жидкости и ее горючести. Легкокипящие огнеопасные жидкости (эфир, ацетон и им подобные) перегоняют только на водяной бане, причем воду для бани греют отдельно, на безопасном расстоянии от перегонной установки.

Перегонку ведут с такой скоростью, чтобы в приемник попадали 1–2 капли дистиллята в секунду. Если разница в температурах кипения фракций составляет 80 оС и более, то после отгона одной фракции наблюдается небольшое понижение температуры. Затем она вновь повышается, достигая некоторого постоянного значения, при котором начинают отбирать следующую фракцию. Каждая фракция отгоняется при определенной постоянной температуре, соответствующей кипению индивидуальной жидкости.

Перегонку заканчивают, когда в перегонной колбе остается 3–5 мл жидкости. Взвешивают все фракции и остаток в перегонной колбе.

2.2. Дробная, или фракционная, перегонка

Простой перегонкой, как указано выше, можно удовлетворительно разделить смесь лишь в том случае, если разность температур кипения отдельных компонентов перегоняемой жидкости не менее 80 °С. При меньшей разнице температур перегонку проводят из колбы, снабженной дефлегматором, который улучшает разделение смесей (рис. 5).

В дефлегматоре часть сконденсированного пара, так называемая флегма, стекает навстречу восходящему потоку паров. За счет теплообмена происходит обогащение паров более летучим

15

компонентом, а флегма обогащается менее летучей жидкостью. Этот процесс называют противоточной перегонкой, или ректификацией. В промышленных условиях ее осуществляют в ректификационных колонках, обычно под уменьшенным давлением.

Если перегоняемая жидкость должна быть защищена от влаги воздуха, используют аллонж с отростком, к которому с помощью кусочка шланга присоединяют хлоркальциевую трубку (стеклянную трубочку с шарообразным утолщением, заполненную прокаленным хлористым кальцием). В этом случае аллонж соединяется с приемником герметично с помощью резиновой пробки или шлифа.

После окончания перегонки взвешивают все фракции и остаток в перегонной колбе.

Рис. 5. Прибордляфракционнойразгонкижидкихвеществ: 1 – перегоннаяколба; 2 – елочныйдефлегматор; 3 – термометр; 4 – холодильник; 5 – аллонжсхлоркальциевойтрубкой; 6 – приемник

2.3. Перегонка в вакууме

Перегонку в вакууме применяют тогда, когда вещество разлагается ниже температуры его кипения при атмосферном давлении и по этой причине не может быть очищено простой перегонкой, либо когда его температура кипения очень высока и ее трудно поддерживать в лабораторных условиях. С пониже-

16

нием давления снижается температура кипения вещества и уменьшается возможность его термического разложения. Понижение давления в приборе создается обычно с помощью водоструйного или масляного насоса. Масляный насос позволяет получить остаточное давление в установке менее 1 мм рт. ст., в то время как лучшие водоструйные насосы дают разрежение не ниже 4–6 мм рт. ст. Этого бывает достаточно во многих случаях, так как при остаточном давлении в 5–10 мм рт. ст. температура кипения жидкости понижается в среднем на 100–150 °С.

Сосуды для перегонки. При перегонке в вакууме большое значение имеет капилляр, через который во время перегонки в колбу просачиваются мелкие пузырьки воздуха, благодаря чему обеспечивается равномерное кипение. Необходимость введения капилляра определяет собой также и форму колб, применяемых при работе в вакууме. Перегонку в вакууме чаще всего ведут или в колбах Кляйзена, имеющих дополнительное горло

сотводом, или же в одногорлых (чаще шлифованных) колбах

снасадкой Кляйзена (рис. 6, 7). Использование колб, суженных книзу (так называемые грушевидные колбы), позволяет получить минимальный остаток после перегонки.

Рис. 6. Установка для вакуумной перегонки на шлифах

17

приемник герметично соединяют с аллонжем, имеющим отросток для подключения к вакуум-насосу (см. рис. 6). При необходимости отбора нескольких фракций (см. рис. 7) приемниками служат маленькие круглодонные колбочки или толстостенные пробирки для отсасывания, соединенные с холодильником посредством специального аллонжа «паука». «Паук» имеет несколько отводов: один – для соединения с вакуум-системой, остальные – для соединения с приемниками. Во время перегонки можно, поворачивая «паук», собирать отдельные фракции в разные приемники, не разбирая установку и не нарушая вакуума в системе.

Рис. 8. Виды аллонжей

Установка для вакуумной перегонки (см. рис. 7), кроме перечисленных деталей, содержит манометр для измерения остаточного давления 8 и склянку, препятствующую засасыванию воды в приемники из водоструйного насоса 7. При работе с масляным насосом кроме этого в систему ставят 2–3 поглотительные склянки для предохранения насоса от легколетучих продуктов перегонки. Их заполняют твердой щелочью, прокаленным хлоридом кальция и активированным углем. Поглотители необходимо регулярно менять, так как со временем они теряют поглощающую способность и, крометого, затрудняютработу вакуум-насоса.

2.3.1. Техника перегонки в вакууме

Все изложенное о перегонке при атмосферном давлении остается в основном в силе и для случая перегонки в вакууме.

19

Собирают установку из посуды, тщательно проверенной на отсутствие трещин и сколов. Соединения на пробках применяют, предварительно смочив их глицерином, стеклянные шлифы смазывают специальной вакуумной смазкой. Помните, что для работы в вакууме подходят только круглодонные колбы.

Все работы в вакууме выполняют только в защитных очках или защитной маске! Нельзя делать никаких исправлений в приборе при наличии вакуума в системе!

После сборки установки необходимо, не загружая продукты, проверить ее на герметичность. Для этого включают насос, закрывают кран, соединяющий установку с атмосферой, осторожно открывают кран на манометре (опасность резких бросков ртути!) и с помощью зажима на капилляре устанавливают требуемое остаточное давление. Выключение вакуума производят в обратном порядке, насос отключают в последнюю очередь после того, как в системе восстановится атмосферное давление. Если прибор не дает нужного разрежения, то отключают вакуум, осматривают по отдельности все детали и уплотняют все соединения, дополнительно смазав все пробки и шлифы.

После проверки прибора на герметичность перегонную колбу заполняют жидкостью с помощью воронки, носик которой должен находиться ниже отвода колбы. Объем жидкости не должен превышать 2/3 объема колбы. Включают насос, закрывают атмосферный кран и зажимом на капилляре устанавливают ток воздуха 5–6 пузырьков в секунду. Открывают кран на манометре и, убедившись, что разрежение стабильно, начинают перегонку.

Нагревание перегонной колбы всегда ведут с помощью бани, так как нагревание на плитке, даже с асбестовой сеткой, вызывает местные перегревы, опасные толчки жидкости и искажает показания термометра. Можно пользоваться открытым пламенем (спиртовки или горелки), однако такой прием требует определенного навыка в работе.

После окончания перегонки колбе дают охладиться и только потом уравнивают давление. Быстрый впуск воздуха в горя-

чую колбу может вызвать взрыв. Отключение вакуума прово-

дят так же, как и при проверке прибора на герметичность.

20