Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Химическая технология органических веществ. Учебное пособие-1

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 148 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

раскрыть, у одного края его, у сгиба, отрывают маленький кусочек бумаги.

В целях уменьшения расхода фильтровальной бумаги можно рекомендовать следующий способ приготовления простых фильтров (рис. 2.26).

Берут половину того куска бумаги, который нужен для обычного фильтра. Этот кусок складывают вдвое и одну сторону дважды загибают. Затем фильтр обрезают, как обычно, и употребляют для фильтрования.

Рис. 2.26. Порядок складывания экономичного фильтра

На рис. 2.27 приведена установка для фильтрования при

обычном давлении.

Воронку укрепляют в кольце, присоединенном к обычному или специальному штативу. В нее кладут фильтр, который перед тем как наливать фильтруемый раствор, слегка смачивают чистым растворителем. Фильтр следует укладывать в воронку таким образом, чтобы край его не доходил до края воронки на 3 – 5 мм.

Фильтр должен плотно прилегать к стенкам воронки, причем при вкладывании необходимо следить, чтобы не прорвалась его верхушка. Перед фильтрованием фильтр нужно смочить в воронке чистым растворителем.

Уровень фильтруемой жидкости в воронке должен быть ниже края бумаги / 2 /. Условием быстрого фильтрования является наличие жидкости в трубке воронки.

Для этого при смачивании наливают в воронку растворитель выше края фильтра, а затем указательным пальцем захватывают фильтр, приподнимают его немного и быстро опускают, при этом в трубке почти всегда образуется столб жидкости / 1 /.

Этот способ применим только тогда, когда основную ценность имеет фильтрат, а осадок выбрасывается.

Рис. 2.27. Фильтрование через

стеклянную воронку с плоеным

фильтром

Фильтрование под вакуумом

В тех случаях, когда фильтрование нужно провести быстро и если в обычных условиях оно вызывает затруднения, пользуются фильтрованием под вакуумом. Сущность его заключается в том, что в приемнике создают уменьшенное давление, вследствие чего жидкость фильтруется под давлением атмосферного воздуха. Чем больше разность между атмосферным давлением и давлением в приемнике, тем быстрее идет фильтрование.

Для фильтрования под вакуумом собирают установку (рис.

2.28 а), состоящую из фарфоровой воронки Бюхнера, колбы Бунзена, предохранительной склянки и водоструйного насоса / 2 /.

Размер воронки Бюхнера должен соответствовать количеству отфильтровываемого вещества – кристаллы должны полностью

покрывать поверхность фильтра, однако слишком толстый их слой затрудняет отсасывание и промывание.

Между колбой Бунзена и вакуум-насосом помещают предохранительную склянку, так как при падении давления в водопроводной сети вода из насоса при отсутствии предохранительной склянки попадает в колбу Бунзена.

Предохранительную склянку соединяют с водоструйным насосом с помощью толстостенной резиновой трубки, стенки которой не сжимаются при наличии в трубке разрежения.

Хорошо подогнанный круглый бумажный фильтр предварительно смачивают на воронке растворителем, который затем отсасывают и тогда уже наливают фильтруемую смесь. При отсасывании необходимо поддерживать такое пониженное давление, чтобы обеспечить достаточную скорость фильтрования. Осадок на фильтре отжимают плоской частью стеклянной пробки до тех пор, пока не перестанет капать маточный раствор. Необходимо следить,

а б

Рис. 2.28. Прибор для фильтрования больших (а)

и микроколичеств (б)

чтобы на поверхности толстого слоя осадка не образовывалось трещин, так как это ведет к неравномерному, неполному отсасыванию и к загрязнению осадка в результате испарения растворителя.

Кроме того, нужно следить, чтобы в колбе не собиралось слишком много фильтрата, иначе он будет втягиваться в насос. Для удаления остатков маточного раствора влажные кристаллы промывают на фильтре небольшими порциями растворителя (того же самого или другого подходящего, в котором кристаллы малорастворимы; в отдельных случаях промывную жидкость следует охладить и держать наготове к началу фильтрования). Для этого осадок на фильтре пропитывают растворителем и только затем включают вакуум для отсасывания / 6 /.

После промывания осадок на фильтре высушивают. Перед этим высококипящий растворитель (для экономии времени при высушивании) часто вытесняют из осадка низкокипящим растворителем, однако таким, в котором осадок тоже малорастворим

(высококипящие углеводороды вымывают лигроином, высшие спирты

этанолом, уксусную кислоту – эфиром и т.д.).

–

В присутствии сильных щелочей и кислот, ангидридов, окислителей и других веществ, разрушающих обычную фильтровальную бумагу, осадки фильтруют через пористые стеклянные фильтры (рис. 2.23 а).

Фильтрование при нагревании

В тех случаях, когда жидкости или растворы имеют большую вязкость, фильтрование проводят при нагревании / 1 /.

Концентрация ряда веществ в горячих растворах значительно превышает концентрацию этих же веществ в охлажденных растворах (это свойство используют при перекристаллизации); растворы таких веществ фильтруют также при нагревании.

Фильтрование при нагревании можно проводить как при нормальном давлении, так и под вакуумом и под повышенным давлением.

В простейшем случае фильтрования с нагреванием при обычном атмосферном давлении применяют воронки для горячего фильтрования (рис. 2.29).

Они представляют собой двухстенную медную воронку, снабженную боковым отростком.

Воронка укреплена на ножках или на высокой треноге. Между стенками воронки наливают воду через отверстие, имеющееся в верхней части воронки.

При работе в воронку для горячего фильтрования вставляют стеклянную воронку со складчатым бумажным фильтром и затем горелкой нагревают боковой отросток до тех пор, пока вода не закипит или пока не нагреется до нужной температуры.

Рис. 2.29. Воронка для горячего фильтрования:

1 – медная воронка; 2 – боковой отросток для

обогревания; 3 – стеклянная воронка

Тогда уменьшают пламя горелки так, чтобы только поддерживать нужную температуру, и приступают к фильтрованию, которое проводят как обычно.

Фильтрование при охлаждении

Фильтрование веществ, имеющих низкую температуру плавления, а также некоторых растворов в обычных условиях не всегда возможно.

В подобных случаях прибегают к фильтрованию при охлаждении. Многие органические вещества затвердевают и кристаллизуются только при охлаждении, например уксусная кислота, бензол и др., поэтому кристаллы этих веществ можно отделить фильтрованием только при охлаждении.

Рис. 2.30. Фильтрование при охлаждении

При малых количествах осадка предварительно охлаждают в холодильном шкафу воронку и раствор. В других случаях используют воронку Бюхнера и склянку с отрезанным дном (рис.2.30а). Острые края склянки должны быть закруглены или оплавлены. Для охлаждения пользуются льдом или охлаждающими смесями.

Имеются специальные фарфоровые воронки с водяным охлаждением (рис. 2.30 б). Воронка имеет фарфоровую рубашку и два тубуса: через нижний вода поступает, а через верхний удаляется. Значительного охлаждения с этой воронкой получить нельзя.

Фильтрование в атмосфере инертного газа

Для фильтрования растворов веществ, изменяющихся под действием воздуха, следует применять особые меры предосторожности и проводить операцию в атмосфере инертного газа (аргон, азот). Для этой цели можно применять закрытую воронку с фильтрующей пластинкой из пористого стекла (рис. 2.31).

После соединения воронки с приемником открывают краны 1 и 2, закрыв краны 3 и 4, и пропускают инертный газ. Через несколько минут, когда из прибора будет вытеснен весь воздух, открывают вначале кран 3 для удаления газа и затем

кран 4 для поступления

–

фильтруемой жидкости.

Когда вся жидкость отфильтрована, закрывают краны 1 и 4, затем кран 2 и, наконец, кран 3.

Приемник также все время продувают инертным газом, поступающим по трубке из крана 3 и удаляющимся по газоотводящей трубке, снабженной клапаном Бунзена.

Рис. 2.31. Воронка для фильтрования в

атмосфере инертного газа

2.5.2 Кристаллизация

Кристаллизация - наиболее общий метод очистки органических твердых веществ, не слишком загрязненных другими веществами, чаще всего применяемый в практической органической химии. Как правило, это трудный метод, и для того, чтобы выполнить его хорошо, требуется большая практика, особенно при работе с малыми количествами вещества / 4 /.

Общие принципы

Метод основывается на том, что растворимость твердых соединений в горячих растворителях намного выше, чем в холодных. Таким образом, если вы приготовите насыщенный горячий раствор соединения А и дадите ему остыть, он станет пересыщенным и соединение А выделится в виде кристаллов. Если соединение А не очищено, скажем содержит несколько процентов другого соединения В, тогда примесь также растворится в горячем растворителе, но при охлаждении раствор не будет пересыщен соединением В (потому что оно присутствует в малой концентрации), которое останется в растворе, в то время как основной компонент, соединение А, закристаллизуется. Таким образом, чистое кристаллическое соединение А можно отфильтровать, тогда как примесь соединения В останется в фильтрате (обычно известном как маточный раствор).

На практике метод кристаллизации состоит из следующих пяти стадий:

1) растворение твердого вещества в минимальном объеме

кипящего растворителя;

2)фильтрование горячего раствора для удаления

нерастворимых примесей (если они присутствуют);

3) охлаждение раствора и после кристаллизации части

твердого вещества выдерживание его до полной кристаллизации;

4)отделение кристаллов от маточного раствора

фильтрованием;

5) высушивание кристаллов.

На третьей стадии второстепенные компоненты (растворимые

примеси) остаются в растворе, тогда как основной компонент выкристаллизовывается. Для того чтобы достичь абсолютной чистоты, может потребоваться многократная перекристаллизация.

Ключ к успешной кристаллизации лежит в использовании наилучшего растворителя, который легко растворяет вещество при нагревании, но в котором основной компонент почти не растворим при охлаждении, что позволяет ему почти полностью выкристаллизоваться.

Выбор растворителя

При выборе растворителя необходимо учитывать химические свойства очищаемого вещества. Вещество должно плохо растворяться в выбранном растворителе на холоду и хорошо при нагревании; примеси должны либо обладать более хорошей растворимостью в холодном растворителе, либо плохой – в горячем.

Кроме того, растворитель не должен реагировать с кристаллизуемым веществом, должен способствовать образованию устойчивых кристаллов и легко удаляться с поверхности кристаллов при отмывании и высушивании.

При выборе растворителя часто можно руководствоваться правилом «подобное растворяется в подобном». Так, например, фенолы, карбоновые кислоты, низшие спирты и другие вещества, содержащие гидроксильную группу, легко растворяются в воде; высшие сложные эфиры – в низших, высшие спирты – в низших и т.д.

Однако это правило верно только для веществ простого строения, для сложных соединений оно не всегда соблюдается. Окончательный выбор растворителя можно провести лишь опытным путем в пробирках с малыми количествами вещества, подвергаемого очистке. При этом отмечают растворимость вещества при нагревании и на холоду, кристаллическую форму выделяющегося осадка, его чистоту и т.п. / 2 /.

Наиболее употребительные растворители, применяемые для кристаллизации, представлены в табл. 2.4 / 5 /.

Таблица 2.4. Наиболее употребительные растворители, применяемые для кристаллизации

Растворитель

Т.кип,

Высушивается

с помощью

Примечание

1 2 3 4

Растворяет карбоновые

кислоты, многие Вода (дистиллированная)

100 -

альдегиды, фенолы,

аминосоединения. Сле-

дует применять всякий

раз, когда это возможно

Очень легко воспла-

меняются. Хорошие Петролейный

эфир

0-50

3 40-60 45-70

CaCl2, Na*

растворители для низ-

коплавких индиффе-

рентных веществ, для

жироподобных веществ

и жиров

Легко воспламеняется. Бензин 70-90 CaCl2, Na*

Хороший растворитель

для жироподобных

веществ

Воспламеняется. ХороЛигроин 90-110 CaCl2, Na*

ший растворитель для

жироподобных веществ

Легко воспламеняется.

Растворитель для Бензол 80,2 CaCl2, Na*

углеводородов, спиртов,

альдегидов, кетонов,

нитросоединений и др. Толуол 110,6 CaCl2, Na* Воспламеняется.

Применим, как и

бензол, но обладает

большей растворяющей

способностью

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 148 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]