10. Нагревание

Большинство реакций органической химии идут при ком­натной температуре весьма медленно. Чтобы увеличить ско­рость таких реакций, повышают температуру, считая, что при повышении температуры на 10 °С скорость реакции обычно воз­растает примерно в 2-3 раза. Повышение скорости химических реакций при нагревании связано с увеличением числа столкно­вений реагирующих молекул в единицу времени и с увеличени­ем числа активных молекул, т.е. таких молекул, которые по сравнению с другими обладают повышенным запасом энергии.

В химической лаборатории нагревание можно проводить электронагревательными приборами, газовыми горелками или водяным паром. Из электронагревательных приборов наиболь­шее распространение получили плитки, термостаты, бани, су­шильные шкафы, печи, колбонагреватели. Наряду с ними в по­следнее время для обогревания перегонных и реакционных колб все чаще применяют лампы накаливания, излучающие инфра­красные лучи. Электроколбонагреватели (закрытые) обычно применяют в тех случаях, когда требуется нагреть легколетучие органические вещества. Применение же водяного пара для на­гревания целесообразно лишь в том случае, когда лаборатория имеет возможность пользоваться паром от какого-либо парового хозяйства. Открытым пламенем на­гревают фарфоровую, шамотную, кварцевую и другую посуду, большей частью при прокаливании, а также фарфоровые глазу­рованные чашки для выпаривания водных растворов или посуду из жаростойкого стекла.

Для поддержания заданной наружной температуры обогрева применяют разного рода бани, из них наиболее употребительными являются водяные, глице­риновые, масляные, парафиновые, воздушные, песчаные, из смеси Н₂SО₄ и К₂SО₄ (в соотношении 3:2), из легкоплавких ме­таллов, сплавов и других материалов. Следует усвоить, что бани необходимо применять для всех реакций, которые проводятся при строго определенной температуре. Обязательно нужно пользоваться банями при перегонке в вакууме и при работе с легковоспламеняющимися жидкостями. Для нагревания до тем­пературы, не превышающей 100 °С, применяют водяные бани. Для нагревания до 220 °С применяют мас­ляные бани. Для этого миску или кастрюлю до половины напол­няют минеральными маслами, получаемыми из нефти, и нагре­ваемый сосуд помещают в баню таким образом, чтобы уровень вещества в сосуде был на одном уровне с маслом. Максималь­ная температура, достигаемая с помощью таких бань, зависит от сорта применяемого масла. При сильном нагревании масла мо­гут частично разлагаться и «дымить», поэтому работа с ними проводится в вытяжном шкафу. Особенно надо следить за тем, чтобы в такие бани не попадала вода, так как масло при нагре­вании начинает пениться, выливаться наружу, что может вы­звать пожар. Поэтому обратные холодильники всегда должны иметь около нижнего конца манжетку из фильтровальной бума­ги. После работы сразу же следует осторожно обтереть тряпкой, бумагой поверхность колбы, удаляя еще горячее масло. При длительном нагревании до высокой температуры масло в бане может вспыхнуть. Вспыхнувшее масло нельзя тушить ни водой, ни песком. Следует накрыть баню листом асбеста или добавить в сосуд порцию холодного масла. Во время работы опасность воспламенения масла можно уменьшить, прикрывая баню двумя половинками асбестового картона, вырезанного по размеру бани в виде кольца с отверстием для нагреваемого сосуда. Иногда вместо масляных бань применяют глицериновые и парафиновые. На глицериновых банях обогрев ведут до температуры не выше 200 °С. а на парафиновых - не выше 220 °С. Нагревание глицериновой бани следует вести на асбестовой сетке, а не на голом огне, так как при перегревании возможно разложение гли­церина с образованием слезоточивого акролеина. А в остальном все сказанное о масляных банях относится и к глицериновым и парафиновым.

При нагревании веществ до 325 °С можно применять бани из смеси Н₂SО₄ и К₂SО₄, до 400 °С - песочные бани, а до 600 °С и выше - бани из легкоплавких металлов и сплавов.

При работе с огнеопасными жидкостями (эфир, ацетон, бен­зол, спирт и другие) следует сначала вдали от прибора нагреть водяную баню, потом погасить горелку, а затем уже постепенно погрузить нагреваемый сосуд с огнеопасной жидкостью в баню. Сосуд с жидкостью следует погружать в баню таким образом, чтобы уровень этой жидкости в нем был на одном уровне с во­дой в бане. Кроме того, необходимо помнить, что водяные бани нельзя использовать при работе с металлическими натрием и калием. При нагревании жидкостей выше температуры кипения может произойти перегрев и даже взрыв. Этого можно избе­жать, применяя кипелки, т.е. кусочки обожженного неглазуро­ванного фарфора, мелкие кусочки кирпича или длинные стек­лянные капилляры, запаянные с одного конца. Открытыми кон­цами капилляры погружаются в жидкость, а другими они долж­ны выступать над жидкостью и входить в горло колбы. Ни в коем случае нельзя бросать кипелки в уже нагретую до кипения жидкость, так как внезапное парообразование может вызвать разбрызгивание жид­кости из колбы.