Высушивание твердых веществ в органической лаборатории в большинстве случаев является конечной операцией очистки. При переработке многих природных веществ высушивание является начальной операцией.
Высушивание на воздухе. Проще всего производится высушивание влажных веществ на воздухе. Само собой разумеется, что для ускорения процесса, если это допустимо, высушивание ведется по возможности при движении воздуха. В лаборатории движение воздуха почти всегда бывает под тягой, задвижку которой следует открыть до получения максимального эффекта. Слой высушиваемого вещества толщиной меньше пальца наносят на фильтровальную бумагу, а если возможно — на проволочную сетку. Когда таким образом приходится высушивать много материала, пользуются для этой цели деревянной рамой, оплетенной проволочной сеткой, подобно производственным сушильным сеткам.
Часто предварительное высушивание на воздухе нужно рекомендовать как переход к высушиванию другими методами.
Высушивание при комнатной температуре с помощью высушивающих средств. Для высушивания чувствительных к температуре или низкоплавких веществ их помещают вместе с высушивающими средствами, абсорбирующими влагу, в закрытые сосуды, называемые эксикаторами.
В продаже очень много эксикаторов различной формы. Для обычных температур и нормальных загрузок мы рекомендуем два типа: примерно до 50 г стеклянный эксикатор Шайблера (рис. 45) с боковым тубусом для отсасывания и для больших количеств обыкновенный колокол с тубусом (см. рис. 46). Колокол пригоден для высушивания больших количеств вещества, так как он при больших размерах лучше выдерживает вакуум.
Эксикаторы Шайблера с краном-тубусом на крышке совершенно непрактичны. Никогда нельзя взять крышку без опасности поломки крана. Напротив, эксикатор с боковым тубусом при переносе (в весовую комнату) можно спокойно взять в одну руку, оставляя вторую свободной для открывания двери. Не имеет значения, вставлен ли кран на резиновой пробке или на шлифе; важно только, чтобы эксикатор сохранял вакуум по меньшей мере 24 часа, что далеко не всегда удается. Тщательно изготовленные эксикаторы сохраняют вакуум месяцами. Однако для определенных работ очень практичны эксикаторы Шайблера, имеющие боковой тубус и тубус на крышке, который при отсутствии надобности закрывается пробкой (см. рис. 42). Против формы эксикаторов Шайблера часто приводится довод, что в них высушиваемое вещество помешается над высушивающим средством и что следовало бы предпочесть обратное расположение, так как водяной пар легче воздуха. В органической лаборатории редко имеют дело с одним водяным паром. Обычно наряду с ним освобождаются от более тяжелых паров органических веществ, с которыми еще чаще приходится иметь дело в отдельности. Поэтому вышеприведенный довод отпадает. Целесообразная и простая форма эксикатора, предложенная Шайблером, по-видимому, не требует дальнейших усовершенствований, если не обращать внимания на приведенное возражение.
То обстоятельство, что эксикаторы, годами находящиеся в употреблении, внезапно лопаются при разрежении, едва ли является устранимым. Поэтому, как было упомянуто выше, мы избегаем применения слишком больших эксикаторов и рекомендуем более прочные, имеющие форму колокола. При желании эвакуированный эксикатор накрывают плотной тканью. Вновь приобретенные эксикаторы, конечно, испытывают, соблюдая меры предосторожности. Для веществ, чувствительных к свету, выбирают темное или черное стекло.
Обычная эксикаторная подставка из фарфора с тремя-четырьмя отверстиями для аналитических тиглей едва ли нуждается в изменении для небольших моделей. Более крупные подставки практичнее делать ситообразными, так как они никогда не применяются для аналитических целей. Под фарфоровую подставку кладется круглая сетка из железной или медной проволоки.
Вспомогательные приспособления на кранах против распыления вещества при внезапном падении вакуума совершенно излишни.
Перед патрубком, между фарфоровой подставкой и стенкой, вставляют кусок картона. При открывании отверстие крана закладывают куском фильтровальной бумаги, которая удерживается наружным давлением воздуха. Как только листок упадет, эксикатор наполнен воздухом.
Концентрированная серная кислота может просто наливаться на дно эксикатора. Для защиты от брызг при переноске имеются специальные подставки. Появление следов кислоты в атмосфере происходит лишь в том случае, когда присутствие паров органических веществ ведет к образованию сернистого ангидрида. Однако заполнять заново эксикатор всегда неудобно.
Зерненый хлористый кальций является одним из наиболее распространенных и самых практичных высушивающих средств. Его преимуществами являются: дешевизна, химическая индифферентность, легкость нового наполнения и, в противоположность серной кислоте, удобство обращения с ним как с твердым веществом. Продолжительность высушивания несколько больше, чем с серной кислотой. Степень высушивания меньше.
Едкое кали в зернах и более дешевое техническое едкое кали в кусках как высушивающее средство часто превосходят хлористый кальций, обладая полезным свойством связывать одновременно кислые пары и углекислый газ.
Фосфорный ангидрид высушивает еще интенсивнее, но он дорог и склонен к распылению. Его приходится перемешивать, так как на поверхности образуется корка метафосфорной кислоты.
Если дело касается удаления воды, то применение других высушивающих средств совершенно излишне (Д.Н. Прянишников рекомендует в качестве универсального наполнителя для эксикаторов безводную окись алюминия). Серная кислота связывает, кроме того, эфир и спирт, в ограниченном количестве также уксусный эфир и ацетон. Едкое кали связывает также спирты. Негашеная известь связывает только воду, но не связывает спирт, что в некоторых случаях может быть важным, например, когда желают сохранить кристаллизационный спирт.
В подавляющем большинстве случаев высушивание можно ускорить отсасыванием. Понятно, что вакуум около 1 мм, создаваемый масляным насосом, значительно эффективнее водоструйного вакуума в 10—20 мм, которым едва ли можно довольствоваться в настоящее время. При этом продолжительность высушивания сокращается на 1/3. X.П. Горе предлагает следующий интересный прием: в качестве высушивающего средства эксикатор содержит серную кислоту; чашку приблизительно с 25 мл эфира помещают внутрь, производят выкачивание, причем воздух значительно вытесняется парами эфира. Кран закрывают до полного испарения эфира. Пары и остаток эфира связываются серной кислотой, и давление может упасть до 1 мм.
В зависимости от примененного растворителя, осаждающих веществ или последней промывной жидкости могут быть целесообразны добавочные абсорбционные средства.
Предполагая, что эксикатор наполнен хлористым кальцием, добавляют едкое кали для кислых паров; фосфорный ангидрид или серную кислоту для летучих оснований; парафин для углеводородов, как, например, для бензола, толуола, лигроина, кроме того, для эфира и хлороформа. Фильтровальную бумагу пропитывают расплавленным парафином и после охлаждения разрезают на полосы. Для этой же цели также рекомендуется оливковое масло.
Высушивание веществ в фильтровальной бумаге происходит быстрее всего при завертывании в конвертообразную форму. Если нужно сушить вещества, которые были собраны на фильтре, то часто является самым практичным, особенно при небольших количествах, полностью поместить фильтр или фильтровальную воронку в эксикатор. Кроме того, пригодны цилиндрические и круглые кристаллизационные чашки. Применение часовых стекол не рекомендуется.
Совершенно ошибочно пытаться ускорить высушивание, оставляя на продолжительное время эксикатор с действующим водоструйным насосом.
Этим достигается только поглощение высушивающим средством водяного пара из насоса. О времени, необходимом для высушивания веществ, нельзя сказать ничего обобщающего. Можно установить только путем весового контроля, достигнута ли возможная при данных условиях степень высушивания. Само собой разумеется, при этом ни в коем случае нельзя быть уверенным, что высушивание не может быть продолжено при более благоприятных условиях, прежде всего при повышении температуры.
Наивысшая степень высушивания всегда может быть достигнута при помощи высокого вакуума. Но в органических лабораториях это редко имеет практическое значение.
Высушивание при повышенной температуре. Для высушивания при повышенной температуре употребляют в первую очередь общеизвестные сушильные шкафы. Там, где это допустимо, устраивают паровой сушильный шкаф, внутренняя температура которого устанавливается постоянной.
В производстве применяются точно отрегулированные сушильные аппараты с вращающимися барабанами. Лаборатория едва ли в состоянии применять такую аппаратуру.
Из многочисленных типов обыкновенных сушильных шкафов обычно используются только немногие. Почти всегда можно пользоваться широко распространенным стенным сушильным шкафом, нагреваемым газом, с одним тубусом для термометра и вторым на случай необходимости для регулятора. Само собой разумеется, высушиваемое вещество помещают не прямо на нагреваемое дно, а на расположенную на половине или на одной трети высоты промежуточную ситообразную полку, на уровне которой устанавливают шарик термометра или терморегулятор.
В продаже существуют ящики с двойными стенками и обратным холодильником для нагревания водяным паром или парами более высококипящих жидкостей. Типы сушильных шкафов, нагреваемые и регулируемые электричеством, выгодны для часто повторяющихся операций высушивания в узких температурных границах.
Сушильные аппараты, нагреваемые электричеством и одновременно эвакуируемые, очень эффективны. При тщательно закрытой дверце и правильно функционирующей работе вентиляционных отверстий высушивание в сушильном шкафу автоматически идет в медленном токе горячего воздуха. Делались многочисленные предложения о создании в обычном сушильном шкафу повышенной циркуляции для отвода паров. Как вспомогательные средства могут применяться водоструйные насосы или воздуходувки. Галенкамп предложил остроумную, но несколько сложную конструкцию, в которой водяные пары сами вызывают засасывание наружного воздуха.
Разумеется, нужно защищать высушиваемое вещество от загрязнения частицами, осыпающимися с внутренней поверхности шкафа, которая со временем более или менее разрушается. Впрочем, материал, из которого сделан сушильный шкаф, играет второстепенную роль. Наиболее прочными являются медные модели, а самой лучшей футеровкой для них — шамот или асбест.
В сушильных шкафах, обогреваемых газом, применяют не бунзеновские горелки, а нагревательные змеевики или спирали, вследствие несравненно лучшего распределения тепла и для сбережения от разрушения дна сушильного шкафа.
Высушивание при повышенной температуре с высушивающими средствами. Для больших количеств материала лучше всего подходят имеющиеся в продаже вакуумные сушильные шкафы, которые загружаются подходящим высушивающим средством в открытых чашках. Для меньших количеств служат так называемые патроны для высушивания. Они могут вставляться в шкафы для нагревания, имеющие в боковой стенке соответствующее отверстие, или в цилиндрические сосуды с двойными стенками с нагревательным приспособлением и обратным холодильником, в которых соответствующая жидкость нагревается до кипения. Очень изящной и целесообразной является конструкция, изготовленная целиком из стекла. При этом высушивающее средство всегда остается при комнатной температуре [см. примечание 31].
Для внесения веществ в сушильное пространство применяют жестяные корытца, в которые помещают лодочки, бюксы и т.д.
В некоторых случаях можно быстро и эффективно высушивать сырые порошки, нагревая их с толуолом, ксилолом, хлороформом и подобными растворителями, пары которых при кипении увлекают влагу. За обезвоживанием удобно следить, применяя водоотделитель, изображенный на рис. 47. Следует обращать внимание на возможность экстрагирования указанными растворителями. Этот метод является одним из наиболее употребительных для определения количества воды в аптекарских товарах или других технических материалах. Число предложенных аппаратов чрезвычайно велико. Е. Тилепапе и А. Фульде предложили для отгонки воды применять перхлорэтилен, преимущества которого заключаются в большом удельном весе и весьма удобной температуре кипения –119°. Определение проводится в аппарате, который предложил Лундин.
Части животных организмов, например, мозг, высушивают путем растирания со жженым гипсом, который связывает воду клеточной жидкости. Через несколько дней высохшая смесь легко экстрагируется. Измельченную смесь мускулов наносят тонким слоем на мелкую сетку из никелевой проволоки и высушивают в вакууме над серной кислотой, прежде чем может начаться гниение.
Высушивание в токе горячего воздуха не нуждается в особом описании. Необходимая аппаратура может быть собрана лабораторными средствами. Здесь также можно прибегать к эвакуированию. Этот метод использовал Прегль в микроэксикаторе для аналитических целей, он также может использоваться и для препаративных целей при работе с небольшими количествами вещества. По мнению автора, все излюбленные прежде эксикаторы с нагреванием имеют более или менее ошибочную конструкцию. Ясно, что нельзя ничего возразить против вспомогательных плиток или электронагревателей, опускаемых в жидкость. В любое время можно самому изготовить из проволоки с высоким сопротивлением подходящие приспособления. Конечно, стеклянный толстостенный эксикатор не выдерживает слишком высокого нагревания. При высушивании в вакууме для смазывания крышки крана нужно применять хорошо герметизирующие средства. Теперь, при высоко развитой технике стекольного производства, возможно приготовление непосредственно нагреваемых эксикаторов.
|
На правах рекламы |
|
Здесь могла бы быть Ваша реклама |
|
Copyright © 2005-2012 Xenoid v2.0
Использование материалов сайта возможно при условии указания активной ссылки
Химия: решение задач