Прибор для вакуумной перегонки.

Прибор для вакуумной перегонки представляет собой колбу Фавор­ского или Кляйзена (см. рис. 22). В нижний шлиф колбы обычно встав­ляется капилляр - тонкая стеклянная трубка, с одного конца оттянутая практически до толщины волоса и достигающая дна колбы, с другого -имеющая оливку для надевания резинового шланга или кран. Капилляр оттягивают на стеклодувной горелке (обычные лабораторные горелки неэффективны) непосредственно перед перегонкой. При необходимости к капилляру через оливку присоединяют зажим для регулировки потока воздуха или хлоркальциевую трубку. Колба для перегонки либо уже имеет холодильник, либо к ней холодильник присоединяют. На выходе холодильника надевается алонж с изогнутым наконечником и насадка-«паук», обеспечивающая отбор в приемники кипящих при разных темпе­ратурах фракций без снятия вакуума. Такая насадка обеспечивает отбор четырех фракций, причем это число можно увеличить, используя вместо одного из приемников такую же насадку с приемниками. Более простой вариант - использование алонжа типа «паук», позволяющего собрать три фракции (рис. 22).

Рис. 22. А - прибор для перегонки в вакууме: 1 - Колба Кляйзена с холодильником; 2 - капилляр; 3 - термометр; 4 - алонж; 5 - «паук»; 6 - приемные колбы. Б - алонж «паук»

ВНИМАНИЕ! При вакуумной перегонке категорически запрещается использовать в качестве приемников плоскодонные колбы!

Рекомендуемый объем колбы для вакуумной перегонки - вдвое больше объема перегоняемой жидкости.

Для измерения давления при вакуумной перегонке обычно исполь­зуют ртутные манометры. Эти приборы изготовлены из стекла, и при неправильном обращении могут быть легко разбиты, что приведет к разливу ртути.

При вакуумной перегонке необходимо соблюдать следующие правила:

• Перед перегонкой обязательно надевать защитные очки или маску.

• Сначала полностью собирают прибор, присоединяют манометр, ваку­умные шланги и шланги для воды. Затем включают насос, закрывают кран, соединяющий манометр с атмосферой, и через некоторое время открывают кран 11-образной трубки со ртутью. Через 1-2 минуты манометр должен показать давление, приблизительно соответствую­щее давлению насыщенного пара воды при температуре водопровода (10-26 мм рт. ст.).

• Скорость перегонки поддерживают на уровне 1-2 капель дистиллята в секунду.

• По окончании перегонки сначала следует закрыть кран 11-образной трубки со ртутью в манометре, затем прекратить нагревание, дать прибору остыть и снять вакуум.

• Выравнивание давления с атмосферным производят либо открывани­ем крана, соединяющего манометр с атмосферой, либо путем снятия с прибора вакуумного шланга, либо аккуратным извлечением термо­метра. Ни в коем случае не отключайте для этого водоструйный насос! Неизбежное в этом случае засасывание воды в прибор при­ведет к попаданию ее в приемники с веществом, в манометр (откуда ее непросто извлечь) и при попадании в недостаточно остывшую перегонную колбу к ее взрыву.

• Все операции, связанные с вакуумированием прибора, проведени­ем перегонки и снятием вакуума, разрешается проводить только после осмотра прибора преподавателем и под его наблюдением.

Обычный прибор для перегонки (см. рис. 22) может быть использован и для перегонки твердых веществ, температуры плавления которых су­щественно ниже их температур кипения. Для этого перегонку проводят, лишь время от времени включая ток воды в холодильнике, и при этом внимательно следят за тем, чтобы кристаллизующееся вещество не «за­бивало» холодильник и алонж.

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.

Очевидно, далеко не все твердые вещества могут быть возогнаны при нормальном давлении. Однако метод возгонки может быть использован для очень большого числа органических соединений, если проводить ее в вакууме. Прибор для проведения возгонки в вакууме изображен на рис. 23. Вещество помещают в широкую пробирку со шлифом. Глав­ная часть прибора - шлифованная крышка - насадка с вакуумным от­водом, в которую впаян пальчиковый обратный холодильник. Возгонка проводится следующим образом: в пробирку помещают вещество, сма­зывают шлиф, закрывают пробирку насадкой для возгонки, подключают прибор к вакуумному насосу, включают воду и начинают нагревание.

Возгонку следует проводить с небольшой скоростью - в этом случае получают более чистые вещества.

 

Рис. 23. Приспособления для возгонки. 1 - простейший прибор для возгонки под атмосферным давлением; 2 - прибор для возгонки в вакууме

Перегонка с водяным паром

Перегонка с водяным паром - один из распространенных методов выде­ления и очистки органических веществ. Этот метод широко используется не только в лабораторной практике, но и в промышленности. Перегонка с паром применима к веществам, которые практически не смешиваются и не взаимодействуют с водой.

Перегонку с паром используют в различных целях:

• для выделения из смесей и очистки веществ, которые кипят при очень высокой температуре или вообще не перегоняются без разложения;

• для очистки веществ, загрязненных большим количеством смолистых нелетучих примесей;

• для отделения нелетучих с паром твердых веществ от высококипя-щих растворителей (например, нитробензол с температурой кипения 210 °С можно легко отогнать с водяным паром при 99 °С);

• для выделения малорастворимых в воде веществ, имеющих при тем­пературе около 100 °С заметное давление пара.

Перегонка с паром основана на тех же физико-химических принципах, что и простая перегонка. С повышением температуры давление паров и воды, и не смешивающегося с водой вещества возрастает (практически независимо). Кипение начинается, когда сумма парциальных давлений насыщенного пара компонентов становится равной атмосферному давле­нию - иными словами, точка кипения смеси воды и летучего вещества обычно ниже 100 °С (не следует забывать о том, что водные растворы нелетучих веществ всегда кипят выше, чем чистая вода). Согласно закону Дальтона, суммарное давление пара P равно сумме парциальных давлений паров перегоняемого вещества А и воды В: Р = р_А + р_B.

В процессе перегонки в холодильнике будут одновременно конденсиро­ваться пары воды и перегоняемого вещества. Относительное количество вещества, отгоняемого с водяным паром, можно найти по следующему уравнению:

где Q_А - масса вещества в дистилляте, Q_В- масса воды в дистилляте, М_А - молекулярная масса вещества; 18 - молекулярная масса воды; р_A - давление паров вещества при температуре перегонки; р_B - давление паров воды при температуре перегонки, которое определяют по специ­альным таблицам; р_A = 760 – р_B. Отсюда масса воды, необходимая для перегонки 1 г вещества:

Прибор для перегонки с водяным паром состоит из парообразователя, перегонной колбы, длинного эффективного холодильника и приемника (рис. 24). Парообразователь представляет собой металлический сосуд (его можно заменить обычной круглодонной колбой емкостью 1.5-2 л), имеющий предохранительную и водомерную трубки. Предохранительная трубка доходит почти до дна парообразователя и при резком повышении давления в парообразователе из-за сильного нагревания это повышение компенсируется поднятием воды по предохранительной трубке.

 

7. СОСТАВ ПАРА НАД КИПЯШЕЙ СМЕСЬЮ .

В таблице приводится ряд веществ, перегоняемых с водяным паром. Таблица 4.

Вещество	Температура кипения чистого вещества, °С	Температура кипения смеси вещества с водяным паром, °С	Содержание вещества в дистилляте, %
Анилин	184, 4	98, 5	23, 1
Бромбензол	152, 6	95, 5	61, 0
Нафталин	218, 2	99, 3	14, 4
Фенол		98, 6	20, 6
Нитробензол	210, 9	99, 3	15, 3

 

Рис. 24. Прибор для перегонки с паром: 1 - парообразователь, 2 - тройник с краном, 3 - перегонная колба, 4 - холодильник, 5 - алонж, 6 - приемник, 7 - предохранитель­ная трубка, 8 - показатель уровня жидкости в парообразователе, 9 - металлизирован­ная асбестовая сетка

Парообразователь соединен с перегонной колбой при помощи резино­вой трубки. В качестве перегонной можно применять колбу Вюрца или обычную круглодонную колбу. Трубка, по которой пар вводится в колбу, должна доходить почти до самого дна колбы.

Необходимо не допускать переброса перегоняемой жидкости в приемник. Для этого перегонная колба должна иметь длинное горло и располагаться наклонно (рис. 24), чтобы брызги не попадали в пароотводную трубку, соединенную с холодильником. Колбу наполняют жидкостью не более чем на 1/3 ее объема.

Между парообразователем и колбой помещают стеклянный трой­ник. Его боковой отросток снабжен краном или резиновой трубкой с за­жимом. Этот тройник выполняет роль водоотделителя (в начале пере­гонки конденсируется некоторое количество воды, которую необходимо слить) и, что важно, перед прекращением нагревания парообразова­теля кран или зажим тройника открывают, так как в противном случае жидкость из перегонной колбы 3 будет переброшена в паро­образователь 1.

Перегонку с водяным паром ведут следующим образом. Парообразо­ватель заполняют водой приблизительно на 2/3 его объема и нагревают до температуры кипения. Одновременно нагревают перегонную колбу. Все это время тройник открыт. Когда вода в парообразователе за­кипит, тройник закрывают и начинают перегонку. Образующиеся пары конденсируются в холодильнике и поступают в приемник в виде эмуль­сии. Если вещество осаждается в холодильнике в виде кристаллов, то на короткое время сливают из холодильника охлаждающую воду, и иду­щие из колбы пары расплавляют кристаллы. При этом нужно следить, чтобы не сконденсировавшийся в холодильнике пар не увлек с собой перегоняемое вещество. Впускание холодной воды в холодильник следует производить с осторожностью.

Перегонку ведут до тех пор, пока из холодильника не начнет вытекать чистая вода. В конце перегонки сначала открывают тройник, а затем гасят горелки. Дистиллят разделяют с помощью делительной воронки, водную фазу при необходимости экстрагируют подходящим растворителем, кото­рый затем упаривают.

Для перегонки с паром небольших количеств вещества (5-7 г) мож­но использовать упрощенный прибор, состоящий из набора для простой перегонки с насадкой Кляйзена. В эту насадку вставляют капельную во­ронку без обвода, в которую наливается вода (рис. 25). Затем проводят обычную перегонку, собирая смесь целевого продукта и воды, которую по мере расходования прибавляют в колбу.

 

Рис. 25. Прибор для перегонки с водяным паром небольших количеств вещества

 

Хроматография

Основные принципы

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: