2.4 Очистка жидких органических соединений

Основным методом очистки органических жидкостей является перегонка, представляющая собой процесс разделения жидкой смеси на составные компоненты путем нагревания жидкости до кипения и конденсации паров в виде дистиллята в холодильнике.

2.4.1. Простая перегонка

В тех случаях, когда 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 Т_кип. от 40 до 150⁰С, т.к. выше 150⁰С многие вещества заметно разлагаются, жидкости с Т_кип. ниже 40⁰С перегоняются со значительными потерями.

Простейший прибор для простой перегонки состоит из перегонной колбы (чаще всего колы Вюрца), нисходящего холодильника Либиха, алонжа и приемника. Колбу Вюрца подбирают такой величины, чтобы перегоняемая жидкость заполняла ее не более чем 2/3 объема. В колбу вводят термометр, ртутный шарик которого должен находится примерно на 0,5 см ниже отверстия отводной трубки. В этом случае шарик термометра хорошо омывается парами перегоняемой жидкости.

Если перегоняемая жидкость кипит при температуре ниже 120 – 130⁰С, то применяют проточное водяное охлаждение. При перегонке жидкостей, кипящих выше этой температуры, рекомендуется использовать в качестве охлаждающего компонента непроточную воду (т.е. воду, которая осталась в холодильнике после прекращения ее подачи) или применять воздушный холодильник. Чтобы жидкость кипела равномерно, в колбу помещают кусочки обожженного фарфора. Скорость перегонки регулируется скоростью поступления жидкости в приемник (не более 1 – 2 капель в секунду). При перегонке чистого вещества температура кипения в течение всего процесса остается постоянной, и только к концу перегонки она возрастает на 1 – 2 ⁰С. Заметное повышение температуры в просе перегонки свидетельствует о том, что перегоняется смесь веществ.

2.4.2. Дробная (фракционная) перегонка

Данный вид перегонки служит для выделения в чистом виде компонентов однородной смеси, обладающих различными температурами кипения. Смесь тем труднее разделяется перегонкой, чем ближе температура кипения отдельных ее компонентов. Для увеличения эффективности разделения смеси, и уменьшения числа перегонок пользуются дефлегматорами. Сущность их действия состоит в том, что вследствие охлаждения наружным воздухом часть паров перегоняемой смеси конденсируется.

Сконденсировавшиеся пары, называемые флегмой, стекают обратно в колбу, обогащаясь высококипящим компонентом, а пары, которые летят дальше, обогащены низкокипящим компонентом. Устройство дефлегматоров обеспечивает хороший контакт между стекающей вниз жидкостью (флегмой) и поднимающимся вверх паром. Размеры дефлегматоров выбирают с учетом свойств жидкостей, образующих смесь. Например, для веществ, кипящих ниже 150⁰С, берут более длинный дефлегматор; для веществ, кипящих выше этой температуры, - более короткой.

2.4.3. Определение показателя преломления

Показатель преломления широко используется для идентификации жидких веществ и проверки их чистоты. Показатель преломления n – величина постоянная для данного вещества, равна отношению синусов угла падения света на поверхность раздела двух сред и угла преломления света: n = sin ά / sin β; Показатель преломления зависит от температуры и резко меняется с изменением длины волны света, поэтому измерения проводят при постоянной температуре и монохроматическом свете. Как правило, измерения проводят при 20⁰С и при длине волны, соответствующей длине волны желтой линии натрия Д (λ = 589,3 нм). Символ «ⁿ_д²⁰» означает, что показатель преломления был определен для линии Д при 20⁰С. Для большинства жидких органических веществ показатель преломления находится в пределах от 1,3 до 1,8. Для определения показателя преломления используют рефрактометр типа ИРФ – 22. Работу проводят следующим образом: открывают верхнее полушарие измерительной головки. Протирают смоченной диэтиловым эфиром (спиртом) ваткой гипотенузные грани осветительной и измерительной призм. Дают эфиру испариться. На плоскость измерительной призмы наносят каплю исследуемого вещества не касаясь призмы пипеткой. Осторожно закрывают верхнее полушарие. Осветительное зеркало устанавливают так, чтобы свет от источника поступал к осветительной призме и равномерно освещал поле зрения. Зеркало ставят так, чтобы свет поступал в окошко, освещающее шкалу прибора. Вращая маховичок и наблюдая в окуляр зрительной трубы, находят границу и тени с перекрестием сетки и снимают отсчет по шкале показателя преломления. Показатель преломления измеряется с точностью до 4 – го знака после запятой. Перед определением показателя преломления исследуемого вещества, прибор проверяют на точность по воде, имеющей n_D²⁰ = 1,3333.

Контрольные вопросы по теме «Методы очистки органических соединений»

• Назовите методы очистки твердых органических веществ.

• Назовите методы очистки жидких органических веществ.

• Метод перекристаллизации. Выбор растворителя. Методика проведения перекристаллизации.

• Метод возгонки (сублимации). В каких случаях данный метод очистки применим? От чего зависит скорость возгонки? Методика проведения возгонки.

• Как оценить степень чистоты кристаллического вещества? Методика определения температуры плавления кристаллического вещества.

• Простая перегонка. Для очистки каких органических жидкостей используется данный метод? Из чего состоит прибор для перегонки? Методика проведения простой перегонки.

• Для каких целей используют дробную (фракционную) перегонку? Из чего состоит прибор для дробной перегонки? Сущность действия дефлегматора.

• Как оценить степень чистоты жидкого органического вещества? Методика определения показателя преломления.