В ЛАБОРАТОРИИ ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА

ОБЩИЕ ПРАВИЛА РАБОТЫ

В ЛАБОРАТОРИИ ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА

Любой экспериментатор, попав в химическую лабораторию (присут­ствие посторонних в которой категорически запрещено), должен в первую очередь четко осознавать, где и с какой целью он находится и каковы должны быть результаты (и без каких опасных последствий) его деятельности. Химик (особенно начинающий) должен отдавать себе отчет в том, что химическая лаборатория - место повышенной опасности. Приступая к работе в органическом практикуме, в первую очередь необ­ходимо твердо усвоить общие правила работы в нем и правила техники безопасности, знать меры предупреждения и предотвращения несчастных случаев, уметь оказывать первую помощь себе и окружающим. Необхо­димо помнить, что несоблюдение методик, непродуманное использование химической аппаратуры и лабораторной посуды, поспешность и неряшли­вость в выполнении работы могут привести к неудачам при проведении синтезов и даже к несчастным случаям.

Общие правила

Практикум по органической химии оборудован в специальном помеще­нии, позволяющем проводить одновременно до 20 экспериментов, причем 6-8 рабочих мест оборудовано в вытяжных шкафах. Каждый рабочий стол имеет набор штативов, лапок и резиновых шлангов для монтажа лабораторных приборов. Реактивы и растворители, лабораторную посуду и оборудование (магнитные мешалки, электроплитки) студенты получают по своим заявкам для каждого отдельного синтеза у лаборанта. После проведения работы лабораторное оборудование и специальную посуду¹ сдают лаборанту. Конечные продукты синтезов с указанием их количества и физико-химических констант студенты сдают преподавателю.

Ниже перечислены некоторые общие правила, обязательные к выпол­нению при работе в химической лаборатории.

• В химической лаборатории категорически запрещается выполнять экспериментальную работу в одиночку.

• Запрещается приступать к выполнению работы без разрешения пре­подавателя или лаборанта.

• Перед началом экспериментальной работы необходимо усвоить основ­ные правила техники безопасности и пожарной безопасности.

Во время работы в химической лаборатории необходимо соблюдать тишину, порядок, чистоту, рационально планировать свои действия, выполнять работу быстро, но без суеты; аккуратно и осторожно обра­щаться с химической посудой, приборами и реактивами.

• Экспериментальную работу следует выполнять в защитной одежде (предпочтительнее - лабораторный халат из плотной неэлектризующейся ткани - хлопок/полиэфир). Рекомендуется носить нескользя­щую обувь на низком каблуке, иметь при себе средства защиты глаз (оптимально - пластиковые очки с боковыми щитками) и резиновые перчатки. Длинные пышные волосы необходимо собрать в плотный пучок, заплести в косу или убрать под медицинскую шапку или бе­рет во избежание попадания во вращающиеся части прибора или возгорания от пламени газовой горелки.

• Для выполнения каждого синтеза необходимо заранее резервировать рабочее место для его проведения. Необходимые для выполнения эксперимента посуда и реактивы должны находиться на рабочем ме­сте. Недопустимо загромождать рабочее место химической посудой, реактивами и препаратами от других синтезов.

• Перед началом выполнения эксперимента рабочее место должно быть обесточено (электрический щиток выключен), газовые и водяные краны перекрыты.

• Любой прибор, содержащий движущиеся или нагревающиеся части, а также

предназначенный для работы под давлением, отличным от атмосферного, должен быть

¹Посуда сдается чистой и сухой

• предварительно проверен «вхолос­тую»: без загрузки растворителей, реагентов, реакционных сме­сей.

 

Электрический ток на клеммы (вилки) электроприборов, а также ток воды первоначально подаются при проведении «холостого» эксперимента

• При сборке приборов необходимо внимательно следить, чтобы в них в процессе работы не могло

• создаваться избыточное давление (опас­ность взрыва! ) - собранные приборы не должны представлять собой замкнутые системы. При работе с гигроскопичными (абсолютные растворители) или легкогидролизующимися веществами на выходе прибора (холодильник, капельная воронка, отвод алонжа) ставят хлоркальциевые трубки¹ или жидкостные затворы².

• Не следует заглядывать сверху в любые открытые емкости с химичес­кими соединениями.

• Запрещается оставлять работающие лабораторные установки, а также включенные приборы без присмотра.

• Во время работы настоятельно рекомендуется надевать лабораторный халат, содержать в чистоте рабочий стол. Не следует вести запи­си в лабораторном журнале непосредственно под тягой или рядом с приборами для проведения синтеза или выделения продуктов - для этой цели в лаборатории имеются письменные столы.

• Приступая к работе с химической посудой, необходимо убедиться, что она является чистой и сухой. После выполнения синтеза посуда должна быть вымыта и высушена.

• При получении реактивов и проведении синтеза необходимо следить за тем, чтобы емкости с реагентами, растворителями, продуктами реак­ции были подписаны (желательно - снабжены этикетками); не путать пробки от разных склянок. Колбы и стаканы, предназначенные для ко­нечного продукта синтеза, должны быть подписаны и взвешены. Запре­щается использование реактивов из емкостей, не имеющих этикеток.

• Любые химические вещества разрешается взвешивать только в хи­мической посуде.

• Запрещено выливать в раковины остатки экологически опасных не­органических реагентов и любые органические вещества. Для ути­лизации этих соединений имеются специальные склянки в вытяжных шкафах.

• В лаборатории категорически запрещается курить, слушать музыку, пить и принимать пищу.

Меры предосторожности при работе в лаборатории

При работе в лаборатории органического синтеза необходимо строго со­блюдать необходимые меры предосторожности. Лаборатория - помещение высокой категории опасности, и малейшая неосмотрительность может при­вести к тяжелым последствиям.

Работа с кислотами и едкими веществами

^ Концентрированные кислоты, ангидриды и галогенангидриды кис­лот, аммиак и амины переливать только через воронку и в вы­тяжном шкафу.

^ При разбавлении концентрированной серной кислоты вливать кис­лоту в воду небольшими порциями (не наоборот! ) и осторожно перемешивать.

^ При растворении в воде концентрированной серной кислоты, при приготовлении хромовой смеси, при смешивании концентрирован­ных серной и азотной кислот, при приготовлении концентрирован­ных растворов щелочей пользоваться только химической посудой из термостойкого стекла (сильное разогревание! ). По той же при­чине не наливать горячие жидкости в толстостенную посуду и приборы, не предназначенные для нагревания.

^ Измельчение едких щелочей, иода и других агрессивных веществ производить в перчатках в вытяжном шкафу.

Первая помощь при ожогах,

ЛАБОРАТОРНАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ПОСУДА

И ПРИБОРЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ СИНТЕЗА И ВЫДЕЛЕНИЯ ПРОДУКТОВ РЕАКЦИИ

А В С

Рис. 1. Стандартные конусные шлифованные соединения: А - муфты; В - керны; С - шлифованные переходы

используют посуду собственного изготовления. Важно, что ее краны обычно имеют ин­дивидуальную шлифовку и не могут быть переставлены из одного прибора в другой. Поэтому при сборке и мытье посуды следует тщательно следить за тем, чтобы не перепутать и не разбить стеклянные краны: иногда один разбитый кран - это фактически потеря всего прибора.

Лабораторные стаканы (рис. 2) в первую очередь отличаются от при­вычных бытовых наличием носика (для удобства переливания жидкостей). Они могут быть изготовлены из различных материалов - стекла, фарфора, полипропилена - и предназначены для различных целей. Полипропиленовые стаканы используют для взвешивания инертных по отношению к насыщен­ным углеводородам веществ, сбора фракций при хроматографии и иных процедур, не требующих нагревания или охлаждения. Стеклянные стаканы (в особенности термостойкие) используются также для проведения химических реакций и перекристаллизации веществ. Приготовление растворов, сопрово­ждающееся сильным разогреванием (разбавление Н₂SO₄, растворение щело­чей, приготовление хромпика) удобно проводить в термостойких фарфоровых стаканах и кружках: фарфоровые изделия заметно прочнее стеклянных. Колбы - основная лабораторная посуда. В зависимости от назначения они различаются по форме, объему, по наличию или отсутствию шлифов, по числу

Рис. 2. Лабораторный стакан ( 1 ) и колбы: коническая (Эрленмейера) ( 2 ); коническая с отводом (Бунзена) ( 3 ); круглодонная одногорлая ( 4 ); грушевидная одногорлая (при­емник) ( 5 ); круглодонная трехгорлая ( 6 )

горл и отводов, а также типом и толщиной стекла, из которого изготовлены. Синтезы органических соединений в основном проводят в колбах - при этом нужный вид колбы выбирают исходя из конструкции прибора, а также усло­вий проведения реакции (нагревание или охлаждение, необходимость переме­шивания и тип используемой мешалки, необходимость кипячения с обратным холодильником и т. д.). Универсальными для проведения реакций являются двух/трехгорлые круглодонные колбы из термостойкого стекла умеренной толщины. В таких колбах можно проводить реакции при перемешивании ме­шалками любого типа, при нагревании и сильном охлаждении; шлифованные горла колб используют для установки холодильников, капельных воронок, термометров и различных специальных насадок. Конические и другие пло­скодонные колбы также можно использовать для проведения реакций, однако в основном их применяют для хранения веществ и растворов; наличие шлифа позволяет надежно закрывать их пришлифованными пробками. Конические колбы с отводом (колбы Бунзена) выполнены из толстого стекла и пред­назначены для фильтрования под уменьшенным давлением. Тонкостенные плоскодонные колбы категорически нельзя вакуумировать из-за опасности взрыва. Одногорлые грушевидные колбы, имеющие различные шлифы в за­висимости от объема (14 для 5-100 мл, 29 для 100-250 мл), используют как приемники; они обычно выполнены из термостойкого стекла с достаточно толстыми стенками и предназначены для сбора фракций при перегонке (в том числе вакуумной), высушивания в вакууме и временного хранения жидких веществ. Перечисленные основные типы колб изображены на рис. 2.

Кроме того, в лабораторной практике используются колбы, специально предназначенные для перегонки веществ. Наиболее распространенными из них являются колбы Вюрца, Фаворского и Кляйзена (см. рис. 3). Они име­ют вертикальные шлифы - муфты (для термометра и капилляра) и нисхо­дящий шлиф - керн для присоединения холодильника. Между собственно колбой и этим керном может располагаться дефлегматор (см. рис. З).

Рис. 3. Колбы для перегонки: 1 - Вюрца; 2 и 3 - Фаворского; 4 и 5 - Кляйзена; 3 и 5 - с дефлегматором «елочка»

 

 

 

Рис. 4. Холодильники: 1 - прямой или холодильник Либиха; 2 - шариковый; 3 виковый; 4 - холодильник Димрота

змее-

Холодильники (рис. 4) служат для охлаждения и конденсации паров при проведении химических реакций и перегонке органических соединений. По своему назначению различают прямые и обратные холодильники. Прямой холодильник предназначен для конденсации паров вещества или растворителя с удалением конденсата. В обратном холодильнике конден­сирующиеся пары возвращаются в реакционную смесь. Для охлаждения паров в холодильниках в основном используют воду (водяной холодиль­ник) или воздух (воздушный холодильник).

Самый простой холодильник - воздушный, который может применяться как в качестве обратного, так и нисходящего. Фактически он представляет собой стеклянную трубку со шлифами. Воздушный холодильник исполь­зуют для перегонки или конденсации жидкостей с температурой кипения 150 °С и выше; применение в этих случаях холодильников с водяным охлаждением сопряжено с известным риском, так как вследствие резкого перепада температур трубка холодильника может лопнуть с самыми не­приятными последствиями как для синтеза, так и для экспериментатора. Кроме того, воздушные холодильники используют, если отгоняемое веще­ство имеет высокую температуру плавления.

Простым по конструкции и широко распространенным в лабораторной практике является холодильник Либиха, который обычно используется в ка­честве нисходящего, и реже - в качестве обратного (при работе с высококипящими растворителями). Холодильник Либиха состоит из внутренней трубки, в которой происходит конденсация паров, и наружной рубашки, спаянной с внутренней трубкой. Наружная рубашка имеет два отвода («олив­ки»), на которые надевают

резиновые трубки, при этом одну присоединяют к водопроводному крану, а вторую отводят в раковину. Вода подается через нижнюю «оливку», чтобы холодильник был полностью заполнен (рис. 5).

В лабораториях применяют и холодильники других типов (см. рис. 4). Шариковый холодильник обычно используется как обратный, так как шаровидные расширения внутренней трубки заметно повышают его эффективность по сравнению с холодильником Либиха. Змеевиковый холодильник всегда применяется только как нисходящий для низко-кипящих веществ. Он никогда не используется как обратный, так как стекающий по сгибам тонкой внутренней трубки конденсат при интен­сивном кипении легко может быть выброшен из холодильника. Удачная конструкция у обратного холодильника Димрота, конденсация паров в котором происходит на внешней поверхности впаянного внутрь сте­клянной трубки змеевика. Эффективность этого холодильника можно увеличить, охлаждая и внешние стенки (холодильник Димрота-Либиха с двойным охлаждением).

При использовании холодильников необходимо постоянно следить за током воды. Слишком сильный ток может привести к тому, что будут сорваны шланги и вода попадет на рабочее место или на нагретую пере­гонную колбу (последнее может привести к взрыву). Слабый ток воды или его отсутствие тоже могут привести к аварии.

 

Рис. 5. Использование прямого холодильника в качестве нисходящего ( 1 ) и обратного ( 2 ). Стрелками обозначено направление потока охлаждающей воды

 

Воронки разнообразны по своему устройству и назначению.

Для переливания жидкостей и фильтрования при атмосферном давле­нии применяются конические химические воронки. Они изображены на рис. 6, на этом же рисунке показано изготовление складчатого фильтра из кружка фильтровальной бумаги. Из-за наличия складок бумага не при­легает плотно к поверхности воронки, что и обеспечивает эффективное фильтрование. Если ставится задача отделения нерастворимых примесей (осушителя и т. п.), можно использовать небольшой кусок ваты.

 

1 2 3

Рис. 6. Простые химические воронки ( 1 ), процедура изготовления складчатого фильтра ( 2 ) и готовый складчатый фильтр ( 3 )

 

Для отделения кристаллических продуктов обычно применяют филь­трование под вакуумом. При этом используют изготовленные из фарфора воронки с плоским дырчатым дном (воронки Бюхнера), а также воронки со вплавленной пластинкой из пористого стекла (воронки Шотта).

Капельные воронки (рис. 7) используются для прикапывания жидкости к реакционной смеси и представляют собой цилиндрические или кони­ческие емкости с муфтой сверху, а также краном и керном снизу. Перед работой с капельной воронкой шлиф стеклянного крана необходимо слег­ка смазать вакуумной смазкой и обязательно проверить, не протекает ли кран в закрытом положении. Более удобными и универсальными являются воронки с обводом (компенсатором давления, впаянной «до» и «после» крана стеклянной трубкой).

Делительные воронки (рис. 7) конструктивно отличаются от простых капельных воронок тем, что обычно имеют коническую форму и не име­ют нижнего керна. Эти воронки служат для разделения двух несмеши-вающихся жидкостей и комплектуются пластиковыми или стеклянными пробками.

1 2 3 4

Рис. 7. Капельные и делительные воронки: 1, 2 - простые капельные воронки; 3 - капельная воронка с обводом; 4 - делительная воронка

Рис. 8. Насадки и алонжи: 1 - двурогая насадка; 2 - насадка Вюрца; 3 - насадка Кляй-зена; 4 - насадка Дина-Старка; 5 - алонжи

Насадки и алонжи. В синтетической практике используются самые разные по конструкции насадки - спаянные под нужными углами трубки со шли­фами разного диаметра (рис. 8). Они обычно вставляются в колбы и ис­пользуются для монтажа лабораторных приборов из отдельных предметов (колб, холодильников, капельных воронок, термометров и т. д.). Удобной является насадка Дина-Старка (4), в основном используемая при прове­дении реакции дегидратации: керн вставляется в колбу, в муфту же встав­ляют обратный холодильник. В колбе кипит раствор вещества в органиче­ском растворителе, например в бензоле, и при отщеплении воды из колбы отгоняется азеотропная смесь вода-бензол, которая конденсируется, попадает в приемную емкость насадки и расслаивается в ней. Вода сливается через кран. Алонжами называют специальные изогнутые насадки, предназначен­ные для соединения прямых холодильников с приемными колбами.

Осушительные (хлоркальциевые) трубки (рис. 9) используются для осушки газов. Хлоркальциевая трубка содержит поглощающее воду веще­ство, чаще всего гранулированный СаС1₂ (отсюда и название). На рис. 9 изображены два основных типа таких трубок: предназначенная для изо­ляции прибора от водяных паров (1) (через нее выравнивается с атмос­ферным давление в приборе, содержащем чувствительные к влаге воздуха вещества) и предназначенная для осушки потока газов (2) (иногда возникает и такая необходимость, например получение сухих С0₂, НС1). При про­ведении синтезов хлоркальциевые трубки обычно вставляют в обратные холодильники. При этом необходимо внимательно следить за током воды: при его прекращении пары растворителя достигают трубки, их конден­сация может привести к образованию пробки, росту давления в прибо­ре и, как следствие, к взрыву¹. По этой же причине нельзя использовать «старые» хлоркальциевые трубки, в которых осушитель длительное время находился на открытом воздухе.

Гранулированный осушитель

Рис. 9. Осушительные трубки: 1 - хлоркальциевая трубка с одним шаром, исполь­зуемая при перегонке с прямым холодильником; 2 - хлоркальциевая трубка с одним шаром и шлифованным керном, устанавливаемая на выходе обратного холодильника; 3 - 11 -образная трубка (обычно используется для осушки потока газа)

Фарфоровая посуда (рис. 10) также широко используется в лаборатории. От стеклянной она отличается большей прочностью и термостойкостью -так, в фарфоровых стаканах и кружках можно готовить хромпик, рас­творять в воде серную кислоту и щелочи. Для выпаривания негорючих водных растворов на открытом пламени используют фарфоровые чашки, для прокаливания веществ (например, осушителей) - бюксы. Наконец, для измельчения различных соединений используют фарфоровые ступки. Для фильтрования используют воронки Бюхнера различного диаметра.

¹Особенно опасны диэтиловый эфир и тетрагидрофуран, образующие сольваты с СаС1₂
и вызывающие немедленное «забивание» хлоркальциевой трубки при попадании в нее паров

 

Рис. 10. Фарфоровая посуда: 1 - стакан; 2 - чашка для выпаривания; 3 - бюкс; 4 - ступка с пестиком; 5 - воронка Бюхнера

Мерная посуда (рис. 11) используется при определении объема жидко­стей: при отборе нужных объемов жидких реагентов используют пипетки и мерные цилиндры; при приготовлении растворов известной концентра­ции - мерные колбы.

Термометры используют для измерения температуры в различных ин­тервалах. Стандартными являются лабораторные ртутные термометры со шкалой -5...250 °С как снабженные керном (НШ 14), так и без него.

Для измерения отрицательных температур используют спиртовые термо­метры или электронные устройства.

С помощью манометров измеряют давления. В органическом практикуме в основном используют ртутные манометры для измерения пониженного давления (0-150 мм рт. ст.) - и эта процедура является абсолютно необ­ходимой при проведении перегонки в вакууме.

Рис. 11. Мерная посуда: пипетки (1) и груша с клапанами для их заполнения ( 2 ); мер­ный цилиндр ( 3 ) и мерная колба ( 4 )

Экстракция твердых веществ

При выделении органических соединений из ре­акционных смесей иногда приходится экстраги­ровать целевой продукт из малорастворимого твердого остатка или смолы. Эту процедуру можно проделывать вручную или с помощью магнитной мешалки, однако эффективным и не требующим постоянного участия эксперимента­тора приемом является использование экстрак­тора Сокслета (рис. 15).

В экстрактор помещают твердое вещество 3, завернутое в закрытый пакет из фильтроваль­ной бумаги или нерастворимой ткани, в колбу 1 наливают растворитель, предназначенный для проведения экстракции. Растворитель кипит, его пары по трубке 2 достигают обратного холодильника 4, в котором конденсируются, и жидкость стекает в экстрактор. При этом вещество растворяется. Важной деталью экстрактора является изогнутая трубка 5 небольшого диаметра, один из концов которой сообщается с патроном экстрактора, а второй выходит в колбу с растворителем. Когда уровень раствора вещества в экстракторе достигает уровня изгиба трубки, послед­няя срабатывает как сифон - и практически весь раствор переливается в нижнюю колбу. Таким образом, из вещества 3 вымываются все раство­римые компоненты, которые и концентрируются в колбе 1.

Экстрактор Сокслета весьма удобен при работе с объектами природного происхождения; этот прибор часто используется на первой стадии при выделении из них органических соединений.

Выбор растворителя

Принципиальное значение при перекристаллизации имеет правильный выбор растворителя. При этом необходимо учитывать химические свой­ства как очищаемого вещества, так и имеющихся в нем примесей. Жела­тельно, чтобы подвергаемое очистке соединение имело эффективный «ход» растворимости, т. е. растворимость его при разных температурах должна значительно различаться; примеси же должны либо хорошо рас­творяться на холоде, либо плохо - при нагревании (по сравнению с очи­щаемым веществом). Растворитель должен быть химически инертным; желательно иметь низкую вязкость для быстрого образования хорошо оформленных кристаллов; легко удаляться с поверхности кристаллов при промывке.

При выборе растворителя не следует забывать старое правило - «по­добное растворяется в подобном». Приведем пример. В одной из задач надо очистить перекристаллизацией транс-стильбен(т. пл. 125 °С) от исходного 1, 2-дифенилэтанола (т. пл. 67 °С). Подходящий раствори­тель - этиловый спирт: температуры плавления и молекулярные массы стильбена и 1, 2-дифенилэтанола невелики, что позволяет ожидать их вы­сокой растворимости в горячем спирте. При охлаждении же углеводород наверняка закристаллизуется, а 1, 2-дифенилэтанол останется в растворе.

Вообще же растворитель для перекристаллизации выбирают только опытным путем, проводя серию экспериментов с небольшими количе­ствами вещества.

В органической химии для проведения перекристаллизации применя­ют самые разные растворители (вода, спирты, ацетон, простые эфиры, СН₃СООН, СНС1₃, бензол и толуол, насыщенные углеводороды – гексан, гептан, и др.).

При перекристаллизации из легколетучих растворителей (например, эфир) растворение вещества проводят в приборе с обратным холодильни­ком, а кристаллизацию продукта при низкой температуре (в морозильной камере). Для кристаллизации легкорастворимых веществ используют специ­альные морозильные камеры, поддерживающие температуру ~ -70 °С.

Если индивидуальный растворитель для перекристаллизации подобрать не удается, применяют двух-, а иногда и трехкомпонентные смеси. Один из практических приемов использования двухкомпонентной смеси за­ключается в следующем: вещество растворяют в нагретом «хорошем» растворителе и к полученному раствору по каплям добавляют горячий второй растворитель, плохо растворяющий это соединение, до возникно­вения устойчивого помутнения. Полученную смесь нагревают до получе­ния прозрачного раствора и оставляют кристаллизоваться. Модификация этого приема - использование низкокипящего «хорошего» растворителя и высококипящего «плохого»: например, вещество растворяют в СН₂С1₂, затем прибавляют толуол. Полученную смесь нагревают до температуры выше точки кипения СН₂С1₂ и отгоняют часть растворителя - в резуль­тате смесь обогащается толуолом, и достигается более полное осаждение продукта при охлаждении.

Ранее для выделения и перекристаллизации органических соединений широко использовался бензол и содержащие его смеси, поскольку бензол имеет низкую стоимость и приемлемую температуру кипения. Однако в настоящее время этот растворитель считают неудобным: он весьма ток­сичен и проявляет канцерогенные свойства, имеет высокую температуру плавления (+5.5 °С), из-за чего замерзает в ледяной бане или в холо­дильнике.

Фильтрование

Образовавшиеся кристаллы отделяют от маточного раствора путем филь­трования под уменьшенным давлением {под вакуумом) на воронке Бюх­нера или на воронке Шотта (рис. 16). Прибор для фильтрования больших количеств вещества (рис. 16) состоит из толстостенной колбы с отводом (колба Бунзена) и изготовленной из фарфора воронки с плоским дырча­тым дном (воронка Бюхнера). В воронку Бюхнера вкладывается кружок фильтровальной бумаги подходящего диаметра. В современной практике, а также при работе с малыми количествами вещества вместо воронки Бюхнера используют воронку Шотта, в качестве приемника удобны про­бирки с отводом («пальцы» для фильтрования, см. рис. 16).

Внимание! Фильтрование под вакуумом относится к потенциально опасным операциям. Следует надевать защитные очки и обматывать колбу Бунзена полотенцем или защищать экраном из сетки, предотвращаю­щим в случае взрыва разлетание осколков стекла. Горячие растворы следует фильтровать с осторожностью, создавая минимальный градиент давления.

Рис. 16. Воронки и приборы для фильтрования под вакуумом: 1 - фарфоровая ворон­ка Бюхнера; 2 - воронки с пористым стеклянным фильтром (воронки Шотта); 3 - при­бор для фильтрования с колбой Бунзена; 4 - приборы для фильтрования в «палец» и в пробирку

Собственно фильтрование проводят следующим образом: сначала сма­чивают фильтр тем же растворителем. После того как растворитель прак­тически полностью пройдет через воронку, на нее аккуратно переносят фильтруемое вещество и подсоединяют шланг вакуумного насоса. Если вещество не поместилось полностью, фильтруют первую порцию, снимают вакуум, добавляют следующую порцию и снова присоединяют шланг.

Для снятия вакуума ни в коем случае не закрывать кран водоструй­ного насоса - это приведет к забрасыванию воды в фильтрат! Сначала необходимо аккуратно отсоединять шланг от приемника раствора!

После отделения всей порции фильтруемого вещества вакуум снимают и вещество на фильтре (воронке) промывают холодным растворителем, для чего в воронку добавляют небольшое количество растворителя, пере­мешивают кристаллы стеклянной палочкой, снова подсоединяют шланг насоса и повторяют фильтрование. Обычно бывает достаточно двукратного промывания. В некоторых случаях можно после этого промыть продукт растворителем с заведомо низкой растворяющей способностью (однако таким, с которым бы смешивался растворитель, в котором проводилась кристаллизация). После отсасывания и промывки осадок отжимают на воронке, а затем сушат.

ПРИМЕРЫ ФРАКЦИОНИРОВАННОЙ (ДРОБНОЙ) ПЕРЕГОНКИ

6.1 Разделение смеси двух жидкостей:

При выполнении данной задачи студент получает 60 мл одной из возможных бинарных смесей. Хлороформ-ксилол (о-, м- или п-), четыреххлористый углерод-ксилол, циклогексан-ксилол. Константы веществ, входящих в перечисленные выше смеси, приведены в таблице №1.

Студент должен определить, какие два из приведённых в табл. №1 вещества были даны ему в задаче и каково было их количественное соотношение (в об %) в смеси.

 

Таблица №1

КОНСТАНТЫ КОМПОНЕНТОВ БИНАРНЫХ СМЕСЕЙ, ДАВАЕМЫХ ДЛЯ РАЗГОНКИ

 

Наименование вещества	Формула	Температура кипения, °С	Удельный вес при 20°С d204	Показатель лучепреломления, n20d
Хлороформ	CHCl3	61, 2	1, 489	1, 4450
Четыреххлористый углерод	CCl4	76, 8	1, 595	1, 4630
Циклогексан	C6H12	80-81	0, 779	1, 4262
o-ксилол	o-CH3C6H5		0, 987	1, 5054
m-ксилол	m- CH3C6H5	139, 3	0, 864	1, 4972
p-ксилол	p- CH3C6H5	138, 5	0, 862	1, 4958
		Пл. +13, 2

 

6.2. Перегонка.

Для разгонки полученной смеси студент собирает прибор, изображённый на рис.2. Вместо приёмника в данной работе используется мерный цилиндр объёмом 15-25мл. Когда начнётся отгонка жидкости, а температура установится постоянной, производится построение кривой разгонки в координатах: объёмом отгона – температура (рис.21). Нормальная скорость перегонки – одна капля за 2 секунды. Собрав каждые 2мл

Рис21. Кривые разгонки

дистиллята, записывают наблюдаемую температуру кипения и составляют график: объём отгона – температура кипения. В ходе разгонки собирают три фракции.

1. От начала перегонки до момента, когда температура кипения начнёт быстро повышаться. Быстрое повышение означает подъём температуры на 5-7°С в течении 10-20сек. Собранную фракцию после измерения её объёма переливают в плоскодонную колбочку.

2. Фракция (промежуточная) собирается во время быстрого повышения температуры отходящих паров.

3. С момента прекращения быстрого роста температуры до конца перегонки.

Когда в перегонной колбе останется 3-5мл жидкости, мерный цилиндр заменяют чистой и сухой пробиркой и собирают в неё остаток третьей фракции. Этот отгон впоследствии используется для определения удельного веса и показателя преломления (см ниже).

Насухо перегонять вещество из колбы не рекомендуется, т. к. последние капли вещества, сконденсированные в дефлегматоре (флегма), попадая на сухое дно перегонной колбы, могут вызвать растрескивание. После завершения разгонки измеряют объёмом всех трёх фракций. Если объём средней фракции превысит 3-4мл, что бывает обычно при форсированной перегонке, её надо перегнать повторно в более медленном темпе с целью выделения из неё дополнительного количества 1 и 3 фракций.

Затем высушивают весь прибор, помещают в перегонную колбу первую фракцию, отгоняют из неё и отбрасывают 1мл вещества и далее отгоняют ещё 3-5мл легкокипящего вещества с целью определения удельного веса и показателя преломления первого компонента.

Температуры кипения компонентов определяются по ординатам горизонтальных участков полученной кривой разгонки (рис 21). Количественное соотношение компонентов в смеси определяется в объёмных % по количествам отогнанных 1 и 3 фракций. В общем материальном балансе должны указываться и неизбежные потери при разгонке смеси. Примерная схема записи разгонки показана в таблице 2.

Таблица 2.

РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕРВОЙ РАЗГОНКИ СМЕСИ БЕНЗОЛА С ТОЛУОЛОМ

(взято S г смеси)

Номер фракции	Температурный интервал, °С	Вес приёмника	Вес приёмника с фракцией	Вес фракции	Процент фракции от взятого количества смеси	Примечание
	80-90	А1	А2	а
	90-100	В1	В2	в
	100-110	С1	С2	с
	Остаток	D1	D2	d
	[1]Потери			е

Возгонка

 

Давление пара твердых веществ, как и жидкостей, также растет при повы­шении температуры. Для многих веществ давление паров достигает ат­мосферного при температуре ниже их температуры плавления. Если при этой температуре не наблюдается разложения, вещество может быть очи­щено возгонкой (сублимацией). Простейший прибор для возгонки при атмосферном давлении состоит из фарфоровой чашки и поставленной на нее стеклянной воронки (рис. 22). Диаметр воронки должен быть немно­го меньше диаметра чашки. Трубку воронки неплотно закрывают ватой. В чашку помещают вещество, которое следует возогнать, накрывают его фильтровальной бумагой с проделанными в ней тонкими отверстиями, и начинают нагрев. При температурах выше точки возгонки в тех случаях, когда вещество загрязнено легкоплавкими примесями, может наблюдаться образование корки вещества и при ее растрескивании могут быть по­тери вещества, которые, кроме того, увеличиваются из-за того, что при конденсации не все вещество осаждается на стенках воронки. Поэтому предпочтительнее проводить сублимацию при температуре несколько ниже температуры возгонки.

123456789Следующая ⇒

Поделиться: