Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Элементарные химические операции при постановке химического эксперимента. Учебное пособие
.pdf
31
еще несколько раз отжать. Для предотвращения загрязнения пылью из
воздуха сохнущее вещество нужно закрыть листом фильтровальной
бумаги.
Таблица 2
Относительное содержание влаги в воздухе, при которой
вещество расплывается
Вещество
Относительная
влажность, %
Вещество
Относительная
влажность, %
ZnCl2
0,7
NaBr
60,6
KOH
4,5
NH4NO3
64,1
NaOH
5,7
KI
67,9
CH3COOK
20,0
NaNO3
74,8
CaCl2 ∙ 6H2O
30,8
CH3COONa ∙3H2O
75,0
MgCl2 ∙ 6H2O
32,8
KBr
75,3
K2CO3
42,8
NaCl
75,9
CH3COONH
4
53,2
Метод высушивания на воздухе достаточно медленный и полу-
чить совершенно сухой продукт в таких условиях практически невозможно. Тем не менее, этот способ применяют довольно частно как
наиболее простой. Кроме того, на воздухе можно сушить вещества,
разлагающиеся при нагревании, например, аммиачные комплексные
соединения.
Вещества, которые легко подвергаются гидролизу, сушат в ваку-
уме или эксикаторе над осушающими веществами.
Для более полного удаления влаги и для сушки гигроскопических веществ используют эксикаторы. Наиболее распространены
толстостенные стеклянные эксикаторы, хотя в последнее время на
рынке пользуются популярностью пластиковые эксикаторы. Об
устройстве и правилах работы со стеклянными эксикаторами подробно написано в разделе о химической посуде из стекла пособий [1, 2].
В эксикаторах (рис. 10) над осушителем сушат обычно очень
гигроскопичные вещества и вещества, неустойчивые к нагреванию.
Высушиваемое вещество помещают в фарфоровую чашку или бюкс и
32
ставят их открытыми на фарфоровый вкладыш эксикатора над соответствующим осушителем.
Рис. 10. Эксикатор стеклянный
В качестве водоотнимающих средств в эксикаторе могут использоваться: концентрированная серная кислота, безводный хлорид кальция, сульфат магния, сульфат натрия и др. Водоотнимающее вещество
не должно реагировать с высушиваемым веществом. Эффективность
различных осушающих веществ приведена в таблице 3.
Процесс высушивания значительно ускоряется при использовании вакуум-эксикаторов. При этом скорость испарения влаги увели-
чивается. Применять в вакуум-эксикаторах концентрированную серную кислоту запрещается!
Если высушиваемое вещество устойчиво на воздухе и не разлагается при нагревании, то, для более полного и быстрого высушивания, его помещают в сушильный шкаф, в котором поддерживается
определенная температура. Как правило, максимальная температура,
до которой можно нагреть шкаф, составляет 250 оС. Хотя последние
модели позволяют нагревать до более высоких температур. Сушильные шкафы имеют регулятор температуры. При выборе температуры
следует учитывать возможность возгонки, разложения или окисления
вещества. Вещество во время сушки следует время от времени перемешивать, измельчать образовавшуюся корку, комки.
33
Таблица 3
Эффективность различных осушающих веществ
№
Осушитель
Формула
Остаточная влага*,
мкг/л
1
Оксид фосфора (V)
P4O10
0,03
2
Перхлорат магния
Mg(ClO4)2
2
3
Оксид алюминия
Al2O3
3
4
Серная кислота, конц. (98 %)
Н2SO4
3
5
Оксид кальция
СаО
3
6
Сульфат кальция
CaSO4
4
7
Гидроксид калия
КОН
14
8
Силикагель
SiO2
30
9
Хлорид кальция безводный, х. ч.
CaCl2
36
10
Гидроксид натрия
NaOH
80
11
Хлорид кальция безводный, технич.
CaCl2
125
12
Сульфат меди безводный
CuSO4
1400
* – содержание влаги в воздухе в состоянии равновесия над осушающим
веществом при 20 оС.
Техника высушивания. Высушиваемое вещество помещают в
фарфоровую чашку или бюкс. Вещества, которые не разлагаются при
повышенных температурах, можно сушить при 100 оС и выше. Однако
повышать температуру высушивания до этого предела следует не сразу, а постепенно, так как может происходить разбрызгивание продукта. Не рекомендуется также ставить вещество для высушивания в
сильно нагретый шкаф: на поверхности вещества образуется корка,
которая будет мешать равномерному высушиванию. Если вещество не
пристает к сухой чистой стеклянной палочке, высушивание можно
прекратить. Кристаллогидраты в сушильном шкафу сушить не рекомендуется, т. к. многие вещества теряют при этом кристаллизационную воду.
Вещества, которые разлагаются при нагревании до 100 оС, можно сушить в вакуумных сушильных шкафах при более низкой температуре.
34
Если вещество при сушке выделяет корродирующие газы и па-
ры, например, сернистый газ, хлороводород, пары азотной кислоты и
т. д., такое вещество нужно сушить в вытяжном шкафу на водяной или
песчаной бане.
2.4. Прокаливание
Прокаливание – нагревание твердых веществ до высокой тем-
пературы (выше 400 оС). Прокаливание используют в тех случаях, когда нужный продукт можно получить при термическом разложении
исходного вещества (например, при прокаливании гидроксидов или
карбонатов можно получать оксиды металлов).
Иногда прокаливают до достижения постоянной массы вещества
для удаления летучих веществ, которые адсорбированы осадком, или
удаляют кристаллизационную воду из кристаллогидратов, например,
CaCl2∙6H2O или Na2SO4∙10H2O.
Прокаливание проводят в фарфоровых, платиновых или шамотовых тиглях при помощи пламени горелки, в муфельных или тигельных печах.
Для учебных целей чаще используют фарфоровые тигли. Низкие
фарфоровые тигли бывают различной емкости (табл. 4).
Таблица 4
Типы фарфоровых тиглей и их емкости
Номер тигля
1 2 3 4 5
6
Емкость, мл
2 5 11
23
51
126
При прокаливании тигли нагревают постепенно, вначале на небольшом пламени, затем пламя увеличивают. Содержимое тигля не
должно соприкасаться с внутренним конусом пламени во избежание
восстановления вещества. Например, оксиды железа Fe2O3 и Fe3O4 могут восстанавливаться до FeO.
Муфельные печи применяют для прокаливания при повышенных температурах. Электрическую муфельную печь старого образца
следует включать постепенно, медленно поворачивая ручку реостата,
35
иначе печь может перегореть. Современные печи снабжены системой
электронного контроля скорости нагрева.
О температуре печи можно приблизительно судить по цвету ке-
рамики нагретого муфеля (табл. 5).
Таблица 5
Соответствие цвета керамики муфеля приблизительной
температуре разогрева муфельной печи
Цвет керамики муфеля (цвет каления)
Т,
о
С
Начало красного каления
500
Темно-красное каление
700
Вишнево-красное каление
850
Ярко-красное каление
950
Желтое каление
1000
Белое каление
1100-1200
Ослепительно белое каление
1500
Раскаленные тигли извлекают из муфельной печи длинными ти-
гельными щипцами.
Процесс прокаливания проводят в вытяжном шкафу при вклю-
ченной тяге, если образуются агрессивные токсичные газы.
2.5. Охлаждение
Для охлаждения веществ и их смесей используют холодильники
и применяют специальные устройства.
Часто пробирку с веществом охлаждают под струей воды или
путем погружения в емкость (кристаллизатор) с водой.
Водные растворы, для которых допускается разбавление водой,
охлаждают, добавляя кусочки льда, приготовленные из дистиллированной воды, непосредственно в раствор.
Температуру около 0°С получают при использовании смеси воды со льдом. Когда необходимо охладить вещество или реакционную
смесь ниже 0°С, применяют охлаждающие смеси, состоящие из льда и
солей (хлорид кальция, хлорид аммония, нитрат аммония, хлорид
36
натрия в определенном соотношении с водой). Тонкие слои льда и соли кладут попеременно друг на друга.
Для охлаждения сосудов с веществом до ‒15 °С рекомендуют
использовать смесь кристаллогидрата сульфата натрия Na2SO4∙10Н2О
и концентрированной соляной кислоты НСl.
Охлаждать емкости с веществами до ‒80°С можно с помощью
смеси измельченного «сухого льда» (СO2) с органическим растворителем (ацетоном, этанолом, диэтиловым эфиром). Смесь готовят в
сосуде Дьюара. К охлажденному органическому растворителю добавляют небольшими порциями измельченный «сухой лед». При
этом содержимое разбрызгивается, поэтому нужно использовать защитные очки.
Охладить до более низких температур можно, воспользовавшись
жидким азотом (температура кипения −196 °С), который хранится в
сосуде Дьюара.
2.6. Вопросы и задания для самоконтроля
1. Какие нагревательные приборы и в каких случаях используют в
химической лаборатории?
2. Опишите устройство газовой горелки Бунзена и технику без-
опасности при работе с ней.
3. Как правильно зажигать и тушить спиртовку?
4. Какую химическую посуду используют для высушивания твер-
дых веществ?
5. Чем отличается упаривание от выпаривания?
6. В какой лабораторной посуде проводят прокаливание веществ?
7. Какие смеси солей применяются при охлаждении?
8. Какие вещества можно эффективно и безопасно использовать в
качестве охладителей в лабораторном синтезе?
9. Верхняя зона пламени газовой горелки
а) тусклая и не горячая
б) самая яркая, самая горячая
в) тусклая, но самая горячая
г) самая яркая, не горячая
37
10. Цифрами 1 и 3 соответственно обозначены части спиртовки
а) колпачок и резервуар
б) колпачок и фитиль
в) колпачок и трубка с диском
г) трубка с диском и фитиль
11. Выберите правильные суждения:
а) спиртовку можно зажигать от другой спиртовки
б) нельзя дуть на спиртовку
в) тушить пламя спиртовки нужно стеклянным колпачком
г) пробирку с веществом сразу греют в нужном месте
д) при нагревании отверстие пробирки должно быть направлено
в сторону от себя и соседей
е) фарфоровую чашку держат над пламенем спиртовки с помощью пробиркодержателя
12. Эксикаторы применяют для:
а) хранения химической посуды
б) разбавления концентрированных кислот
в) медленного высушивания веществ
г) хранения биологических жидкостей
д) медленного высушивания и сохранения веществ
е) хранения тиглей с веществами в гравиметрическом анализе
13. К осушающим веществам относятся:
а) хлорид кальция СаСl2 б) медный купорос
в) оксид ванадия (V) г) гидроксид калия
д) конц. серная кислота е) конц. фосфорная кислота
ж) оксид фосфора (V)
14. Операция, при которой из раствора удаляется весь раствори-
тель, называется:
38
а) выпаривание б) дистилляция
в) упаривание г) высушивание
15. Расположите в ряд по максимально возможной температуре
нагрева от низшей к высшей:
а) водяная баня б) сушильный шкаф
в) муфельная печь г) спиртовка
39
3. ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ
Измельчение – это процесс уменьшения размеров частиц твер-
дого вещества до требуемых размеров за счет механического воздействия.
Измельчение твердых веществ является необходимым элемен-
том большинства химических процессов, от лабораторных работ до
многотоннажных производственных процессов.
Химику-синтетику приходиться измельчать вещества перед синтезом, на промежуточных стадиях для ускорения химических реакций,
а также в конце процесса для увеличения однородности полученного
продукта. Химик-аналитик измельчает вещества для отбора нужной
навески, при приготовлении растворов, при отборе средней пробы и
пр. Химику-технологу приходится решать вопросы измельчения сырья для производства с целью снижения применяемых температур и
давлений; для повышения красящей способности пигментов, активности сорбентов, обогащения полезных ископаемых.
Измельчение позволяет:
• ускорить массообменные процессы (сушка, растворение, экс-
тракция и пр.) и химические реакции;
• изменить физические свойства материала для достижения
определенных технологических параметров (сыпучесть, объемная
плотность и пр.);
• достичь равномерного перемешивания (распределения индивидуальных компонентов в смесях);
• повысить терапевтическую эффективность лекарственных веществ (для лекарственных препаратов).
Так как задачи измельчения разные, то и способы измельчения, а
также применяемое для этого оборудование весьма разнообразны.
Часто измельчение по размеру измельчённого вещества делят на
дробление и помол.
При дроблении получают кусковой продукт (1-300 мм) и подготавливают материал к помолу. Выделяют грубое (300-100 мм), среднее (100-25 мм) и мелкое (25-1 мм) дробление.
40
При помоле получают более мелкие частицы, чем при дроблении
и, кроме того, придают им определенный гранулометрический состав
и форму. Выделяют грубый (1000-500 мкм), средний (500-100 мкм),
тонкий (100-40 мкм) и сверхтонкий (< 40 мкм) помол.
Граница между дроблением и помолом условна.
Степень измельчения материала
Степенью измельчения (i) называют отношение среднего диа-
метра (d1) наиболее крупных кусков до измельчения к среднему диаметру (d2) наиболее крупных кусков, полученных после измельчения:
i = d1/d2
Для определения диаметра частиц используют ситовой анализ.
Общая степень измельчения материала вычисляется путем сум-
мирования всех результатов измельчения, которые были выполнены в
несколько приемов.
За один прием обработки степень измельчения крупных кусков
составляет 2 – 6, средних – 5 – 10, мелких – 10 – 50, очень мелких – 50
и более.
Измельчение твердых веществ можно проводить вручную, меха-
нически или с помощью ультразвука.
Измельчение осуществляется на устройствах самых разных кон-
фигураций и габаритов в одну или несколько стадий. При необходимости высокой степени измельчения материал измельчают в несколько стадий, т. к. один этап не позволяет получить частицы необходимого размера.
3.1. Ручное измельчение
Небольшие количества веществ, например, несколько граммов,
можно измельчать вручную. Однако, когда нужно перетирать большие
количества веществ, целесообразно механизировать труд с помощью
специальных приборов.
В химических лабораториях для ручного измельчения твердых
веществ чаще всего применяют ступки, сделанные из различных материалов.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]