Автоматическое экстрагирование из непрерывного

Потока

Экстрагирование жидкости жидкостью может быть автоматизировано, если эту операцию вести из непре­рывного потока. Для этой цели служат экстракторы спе­циальных конструкций.

Прибор (рис. 448) представляет собой полый стеклян­ный цилиндр, имеющий два боковых отвода б и 7 и ниж­нюю и верхнюю сливные трубки / и 2. Водный раствор, из которого требуется извлечь какое-либо вещество, по­ступает в цилиндр прибора через верхний боковой от­вод 6, а органический растворитель, применяемый для экстрагирования, — через нижний отвод 7. Стержень 4, вращающийся со скоростью 2500 об/мин, укреплен вдоль центральной оси цилиндра при помощи полиэтиленовых подшипников 3, размещенных в верхней и нижней части цилиндра. При вращении стержня в центральной части цилиндра образуются завихрения, вследствие чего жид­кости, протекающие навстречу друг другу, хорошо пе­ремешиваются. Расслаивание жидкостей происходит в верхней и нижней частях прибора в том месте, где вра­щающийся стержень входит в цилиндрические выступы 5 подшипников. Водный раствор вытекает из нижней слив­ной трубки /, а органический растворитель, содержащий экстрагированное вещество, — из верхней трубки 2 (плот­ность органического растворителя меньше плотности воды).

Другой прибор (рис. 449) представляет собой пипетку 5, снабженную U-образной сливной трубкой 7. Средняя часть левого колена этой трубки заключена в спираль­ную трубку 6, одним концом впаянную в грушевидное расширение пипетки. Другой конец спиральной трубки соединен с небольшим резервуаром /, в который входит трубка 3, служащая для поступления раствора в систему, и сопло от трубки 4, через которое в прибор поступает органический растворитель. Последний движется по спи­ральной трубке отдельными каплями вместе с потоком водного раствора. В это время происходит экстракция

 

вещества. Из грушевидного расширения пипетки водная фаза стекает вниз и удаляется по сливной трубке 7, а экстракт в органическом растворителе, имеющем плот­ность меньше, чем плотность воды, всплывает вверх и вытекает из прибора по U-образному отводу 2, впаян­ному выше расширенной части пипетки. Прибор начи­нает действовать автоматически при одновременном по­ступлении в него водного раствора и органического рас-

Рис. 448. Схема прибора проточного Рис. 449. Схема экстрак-

тора.проточного типа для непрерывного авто­матического экстрагиро­вания: / — резервуар; 2 — отвод; 3 — трубка для поступле­ния раствора в систему; 4 — трубка для поступления ор-анического растворителя; 5 — пипетка; € — спираль­ная трубка; 7 — сливпая трубка.

типа экстрактора для непрерывного автоматического экстрагирования:

/, 2 — сливиые трубки; 3 — полиэтилено­вые подшипники; 4 — стержень; 5 — ци­линдрические выступы подшипников: 6, 7 — боковые отводы.

творителя. Как водный раствор, так и органический растворитель могут подаваться в приборы са­мотеком из бутылей с нижним

тубусом, расположенных выше прибора. Скорость по­ступления жидкостей можно регулировать или метал­лическими зажимами, или при помощи вмонтированного в линию подачи стеклянного крана.

 

Экстрагирование расплавами твердых органических

веществ

Для извлечения некоторых неорганических комплек­сов из водных растворов В. И. Кузнецов предложил при­менять расплавы твердых органических веществ, имею­щих низкую температуру плавления. Практически при­годными оказались следующие вещества:

Температура плавления*, °С 50 50 50 70 80 122 133

Вещество

а-Нафтиламин...

Парафин....................

Церезин.....................

Стеариновая кислота

Нафталин...............

Бензойная кислота. Коричная кислота.

* Температуры плавления округлены.

Все указанные выше вещества в смеси даже с неболь­шим количеством амилацетата при нагревании на водя­ной бане образуют легкоподвижные жидкости, быстро затвердевающие при охлаждении в сплошную массу, при» стающую к стенкам сосуда.

Экстрагирование следует проводить только из горя­чих растворов, используя в качестве прибора большую пробирку диаметром 50 мм, длиной 300 мм. В эту пробир­ку наливают нагретый почти до кипения раствор, из которого нужно извлечь какое-либо вещество, и, обогре­вая пробирку на водяной бане, поддерживают температуру жидкости на заданном уровне. Жидкость следует нали­вать не более чем на одну треть высоты пробирки. К горя­чей жидкости добавляют расплавленное органическое вещество с таким расчетом, чтобы при перемешивании" жидкостей не происходило выброса их из пробирки. За­полненную пробирку можно закрыть пробкой и после этого встряхнуть несколько раз, переворачивая ее и взбалтывая. Затем пробирку охлаждают под водопровод­ным краном струей воды. Если при охлаждении повора­чивать пробирку вокруг ее оси, органическая масса с растворившимся в ней веществом затвердевает и откла­дывается около стенок. Жидкость, из которой извлечено нужное вещество, можно вылить из пробирки. Когда-

жидкость будет удалена, пробирку снова подогревают, расплавляют массу или переводят ее в другой сосуд или реэкстрагируют, если это необходимо.

Реэкстракцию проводят из расплавленной массы горя­чим растворителем.

Прием экстрагирования расплавами представляет прак­тический интерес. К этому же способу можно отнести экст­рагирование расплавленными жирами некоторых липои­дов с последующей реэкстракциеи их и регенерацией примененного жира.

Одно и то же количество твердого экстрагирующего вещества может быть использовано многократно, если проводить каждый раз реэкстракцию.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Моррисон Дж., Фрейзер Г., Экстракция в анали­тической химии, Госхимиздат, 1960.

О лабораторном приборе для экстрагирования твердых веществ см. Schaak W., Chem. Techn., 11, № 14, 87 (1959); РЖХим, 1960, № 12 (1), 285, реф. 47454.

Упрощенный экстрактор для сыпучих тел описан Wei п-s t e i n В., М i t с h е 1 1 М. J., Chemist Analyst, 48, № 1, 19 (1959); РЖХим, 1960, № 15, 163, реф. 61250.

Простой вращающийся экстрактор описали С 1 ar k e E. G. С, К а 1 а у с i S., Lab. Pract., 12, № 12, 1095 (1963); РЖХим, 1964, 15Д78.

Многоступенчатые лабораторные экстракционные установки для разделения редкоземельных элементов описали К о р п у-с о в Г. В., Крылов Ю. С, Ж и р о в Е. П., в сб. «Редко­земельные элементы», Изд. АН СССР, 1963, стр. 211; РЖХим, 1965, 7Д98.

Об аппаратуре для проведения быстрого экстрагирования жидкость —• жидкость см. KochL., Munzel H., Tho­rn а Н., Radiochim. Acta, 2, № 1, 33 (1963); РЖХим, 1965, 11Д75.

О высоковакуумном методе экстрагирования см. A n d e г-son С. A., Leeder D. A., Chem. a. Ind., № 11, 462 (1965); РЖХим, 1965, 20Д43.

Аппарат для непрерывного экстрагирования радиоизотопов описал М у р а н о в В. А., Зав. лаб., 31, На 5, 628 (1965); РЖХим, 1965, 23Д24.

Лабораторный экстрактор описали Провинтеев И. В., П л и н е р С. X., К о т л о в а Р. А., Зав. лаб., 32, № 1, 122 (1966); РЖХим, 1966, 14Д87.

Лабораторные методы и аппаратура для экстрагирования жидкость — жидкость описали Stage H., Gemmeker L., Chem. Ztg. Chem. Appar., 88, № 13, 517 (1964); РЖХим, 1966, 16Д68.

О простом приборе для разделения при экстрагировании рас­творителями легче воды см. Steele Т. W., Analyst, 85, № 1007, 153 (I960); РЖХим, 1961, № 5, 184 (80), реф. 5Е54.

О приборе для экстрагирования в лабораторных условиях см. КоровинС. С, Р е з н и к А. М., Васильева М. И., Зав. лаб., 25, № 12, 1538 (1959).

О макро- и микроэкстракторах для жидкостей см. Lab. Sci., 7, № 2, 53 (1959); РЖХим, I960, № 5, 199, реф. 17696.

О лабораторном аппарате для экстрагирования жидкостей см. К е m p VV. P., P о n t i n g К. W., Cliem. a. Ind., № 46, 1504 (1957); РЖХим, 1958, Ня 15, 124, реф. 50163.

Описание установки для экстрагирования под вакуумом см. Harry H., SchonkerC. J., M u 1 1 е n P. М., Anal. Chem., 29, № 5, 826 (1957).

О конструкциях аппаратов для автоматического экстрагиро­вания см. П у г а ч е в и ч П. П., ЖФХ, 31, № 3, 722 (1957).

Аппарат для непрерывного экстрагирования описан O'Keef-f a J. С. О., Lab. Pract., 7, № 2, 97 (1958); РЖХим, 1958, № 16, 144, реф. 53641.

О непрерывнодействующем приборе для экстрагирования эфи­ром см. Jensen К. J., В е п е В. W., Analyst, 82, № 970, 67 (1957); РЖХим, 1957, № 16, 237, реф. 54857.

О лабораторном противоточном экстракционном аппарате не­прерывного действия см. Степанов Ф. И., В у л ь ф-с о н Н. С, М и к о в а И. А., Зав. лаб., 16, № 19, 1131 (1950).

О приборах для непрерывной экстракции жидкостей см. С о-р о к и н О. И., Зав. лаб., 27, № 1, 117 (1961).

Автоматический аппарат для многократного экстрагирования описан Gomez H. F., Rev. Sci. apl., 12, № 1, 43 (1958); РЖХим, 1958, № 22, 144, реф. 73881.

Новые установки для непрерывного экстрагирования описаны

С i г га a n Z., Chem. prum., 9, № 12, 639 (1959); РЖХим, 1960, № 13, 160, реф. 51841.

О новом типе непрерывнодействующего экстрактора для жид­костей см. С h i а г 1 о В., В а 1 d i n i L., Farmaco Ed. pract., 11, № 9, 516 (1956); РЖХим, 1957, № 10, 274, реф. 34860.

Об аппаоате для непрерывной экстракции см. В urgeff H., пат. США 2777757, 15/1 1957; РЖХим, 1958, № 22, 145, реф. 73887п.

Об универсальном приборе для непрерывного экстрагирования см. Гринблат Е. И., Казаков В. Я., Зав. лаб., 28, № 5, 632 (1962); РЖХим, 1963, 1Д66.

О приборе для непрерывного извлечения веществ см. Гринблат Е. И., Казаков В. Я., Зав. лаб., 28, № 5, 634 (1962); РЖХим, 1963, реф. 1Д67.

О прогрессивном непрерывном экстрагировании см. Maes E., Fermentatis, № 6, 262 (1963); РЖХим, 1964, 24Д105.

О полностью автоматизированном трехфазном противоточном экстракторе см. М е 1 t z e r H. L., В uchler I., F r a n k Z. • Analyt. Chem., 37, № 6, 721 (1965); РЖХнм, 1965, 23Д78.

Об автоматическом приборе для противоточного распреде­ления см. А в г у л ь В. Г., Б а й к и н В. М., Хохлов А. С., Зав. лаб., 26, № 10, 1164 (1960).

О предупреждении потерь при экстрагировании в приборах Сокслета см. Levy L. W., Estrada R. E., Chemist. Analyst, 47, № 3, 74 (1958); РЖХим, 1959, № 7, 170, реф. 23215.

Об устройстве для экстрагирования жидкости в термостате см. Urba nski Т. S., Nukleonika, 7, 50 (1962); РЖХим, 1962, реф. 20Е31.

О жидкостных экстракторах н смесителе-отстойнике с продол­жительным временем перемешивания см. J а с s о n N., J en-kins I. L., Lab. Pract., 11, № 10, 765 (1962); РЖХим, 1963, реф. 9Д71.

Экстрагирование в контактном аппарате с вращающимися ди­сками см. К i n g P. J., Rhodes E., Manufact. Chem. a. Aero­sol News, 35, № 6, 51 (1964); РЖХим, 1965, 2Д85.

О лапке с роликами на зажимах для поддержания конденса­тора в экстракционном аппарате Сокслета см. М с Е i k e n J. E., Lab. Pract., 11, № 5, 382 (1962); РЖХим, 1962, реф. 22Е60.

Прибор для серийного экстрагирования органическим раство­рителем в делительной воронке см. П о д д у б н а я Л. В., Под-дуб н ы и Б. Н., Сборник научных трудов Ростовского мед. ин-та, кн. 10, 1959, стр. 187; РЖХим, 1960, № 11, 157, реф. 42565.

О методе экстракции с использованием закрепленной фазы, что предотвращает образование устойчивых эмульсий, см. Т е t-tamanti К., U s k e r t A., Acta chim. Acad. sci. Hung., 16, № 4, 379 (1958); РЖХим, 1959, № 14, 266, реф. 49798.

Обзор приборов для экстрагирования веществ из растворов см. Марков В. К., Коринфская М. Ф., Зав. лаб., 28, № Н, 1376 (1962).

О применении затвердевающих экстрагентов см. Корен-м а н И. М., Шеянова Ф. Р., Савельева М. И., Тру­ды по химии и хим. технол., вып. 1, 1959, стр. 66; РЖХим, 1960, № 17, 117, реф. 69083.

Об экстрагировании расплавами см. Кузнецов В. И., С е р-я к о в а И. В., ЖАХ, 14, № 2, 161 (1959).

О методе регистрации или регулирования числа циклов экст­рагирования в аппарате Сокслета см. D eh 1 sen А. В. J. Sci. Jnstr., 41, № 8, 522 (1964); РДХим, 1965, 4Д83.

Глава 14

ВЫПАРИВАНИЕ И УПАРИВАНИЕ

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ

В химических лабораториях при работе с различными растворами, как водными, так и неводными, нередко возникает необходимость в выпаривании.

Под выпариванием понимается операция удаления растворителя путем испарения с целью или повышения концентрации раствора или выделения вещества, содержа­щегося в нем.

Скорость испарения жидкости зависит от ряда фак­торов, из которых важнейшими являются температура, давление и площадь поверхности испарения (так называе­мое зеркало). Как правило, скорость испарения почти прямо пропорциональна поверхности испарения.

Скорость испарения увеличивается даже в том случае, если при комнатной температуре и нормальном давлении над испаряемой жидкостью продувать неподогретый воз-Дух.

Существенное влияние на процесс выпаривания, кро­ме индивидуальных свойств выпариваемой жидкости (тем­пература кипения и давление паров), оказывает толщина слоя жидкости. Более тонкие слои жидкости испаряются заметно скорее, чем более толстые.

В тех случаях, когда растворенное вещество разла­гается при нагревании, растворитель удаляют или под вакуумом, или применяя пленочное испа­рение. Как известно (см. гл. 12 «Дистилляция»), с увеличением разрежения температура кипения жид­кости понижается и для жидкостей, имеющих сравнитель­но невысокую температуру кипения, можно добиться та­ких условий, что жидкость будет кипеть даже при ком­натной температуре.

Сущность пленочного испарения заключается в том, что на стенке сосуда-испарителя образуют тем или иным способом тонкую пленку раствора, а это увеличивает поверхность испарения. Пленочное испарение можно проводить в сочетании с созданием вакуума при низкой температуре.

Скорость испарения зависит также от перемешивания раствора или его циркуляции. Испарение растворителя со спокойной поверхности раствора постепенно умень­шается, так как концентрация растворенного вещества у поверхности испарения будет увеличиваться, что может привести к образованию корочки, затрудняющей испаре­ние растворителя. Поэтому скорость испарения может быть увеличена, если выпариваемый раствор будет цир­кулировать или если образующуюся корочку все время разрушать, перемешивая выпариваемый раствор.

Следует помнить, что удаление растворителя из кон­центрированного раствора по указанным выше причинам всегда идет медленнее, чем из разбавленного, особенно в тех случаях, когда растворенное вещество может обра­зовывать кристаллогидраты или кристаллосольваты. Об удалении остатков растворителя см. гл. 16 «Высушива­ние».

Выпаривание можно проводить на открытом воздухе при обычном атмосферном давлении или в закрытых аппа­ратах с полной рекуперацией либо улавливанием испаряю­щегося растворителя. Такие аппараты допускают приме­нение вакуума.

ПРОВЕДЕНИЕ ВЫПАРИВАНИЯ

Для выпаривания применяют фарфоровые, стеклян­ные или эмалированные (рис. 450) чашки разных диамет­ров в зависимости от количества выпариваемого раствора. Для выпаривания необходимо налить раствор в чашку так, чтобы до краев ее оставалось не менее 2—3 см, если чашка большая; если же она небольших размеров, то жидкость должна занимать не больше ^а/з высоты чашки.

Для выпаривания очень малых количеств раствора при аналитических работах применяют фарфоровые или платиновые тигли.

Раствор в зависимости от температуры кипения нагре­вают на водяной или другой бане или же на голом огне.

 

 

Б41

К нагреванию голым огнем следует прибегать только в исключительных случаях.

Сравнительно небольшие количества легко разбрызги­вающихся или выделяющих газы веществ нагревают в особых, очень высоких, так называемых пальцевид­ных тиглях. Во время работы, пока разбрызгива-j ние или выделение газов еще не закончилось, такой ти­гель должен находиться в сильно наклоненном, почти| горизонтальном положении, при этом частицы вещества} не теряются, а задерживаются на стенках тигля.

Пальцевидный тигель
обычно изготовляют из пла-i!
тины, но в тех случаях, ког-^
да выпариваемое вещество}
или раствор не действуют]
на кварц, пальцевидный ти-|
гель можно изготовить из
Рис. 450. Эмалированная кварцевой трубки соответст-
•выпарительная чашка. вующего диаметра.

При выпаривании удоб­но пользоваться печью Финкенера (рис. 451). Она представляет собой же-| стяную квадратную коробку, открытую сверху и снизу,! с несколькими боковыми прорезями, в которые вставляют! металлические сетки. Увеличивая или уменьшая количе* ство сеток, можно регулировать температуру нагревания J

Обогреваемый предмет, например тигель или выпа­рительную чашку, ставят на фарфоровый треугольника положенный на верхнюю открытую часть печи. По су-1 ществу печь Финкенера является воздушной баней осо­бого устройства.

Нужно соблюдать особую осторожность при выпари­вании горючих растворителей (диэтиловый эфир, спирты Л ацетон, бензин и др.). При выпаривании эфира и другизЯ огнеопасных органических растворителей с низкой тем«пературой кипения водяную баню периодически наполя няют горячей водой, так как пользование горелкой нев допустимо.

При выпаривании обычно не заботятся об улавлива-| Нии паров растворителей, даже органических. Только! при работе с большими количествами последних улавли* вание их может быть целесообразным. Для этого можноч рекомендовать приспособление, изображенное на рис. 452.

№

Чашку для выпаривания следует брать без носики. На чашке укрепляют колпак таких размеров, чтобы чаш­ка плотно входила в него. В горло вставляют пробку, через которую пропущены две трубки: одна — для при­тока воздуха, другая — для соединения с холодильни­ком.

Холодильник соединяют с приемником (например, конической колбой), соединенным с вакуум-насосом. Про-

Рис. 451. Рис. 452. Схема прибора для выпаривания лету-

Печь чих растворителей:

Финкенера.; — электрическая плитка; 2 —баня; 3 — выпарительная

чашка; 4 — стеклянный колпак; 5 — холодильник; 6 — приемник.

тягивание воздуха или другого газа способствует более быстрому испарению растворителя.

В отдельных случаях для ускорения процесса упари­вания растворов рекомендуется на поверхность жидкости направлять струю сухого воздуха или какого-нибудь не­активного газа через трубку, устанавливаемую на таком уровне, чтобы происходило колебание поверхности жид­кости.

Если чашка имеет носик, то колпак помещают так, чтобы края чашки и колпака совпадали по возможности плотнее, а носик оставался свободным. Тогда в горло колпака не нужно вставлять трубку для притока воздуха, так как он будет поступать через носик.

Более удобно, однако, сделать асбестовое или дере­вянное кольцо, которое кладут на края чашки и уже на него ставят колпак. При этом асбестовое кольцо должно

быть предварительно покрыто раствором жидкого стекла, чтобы предотвратить попадание волокон асбеста в чашкуЯ При аналитических работах, когда нужно заботиться,¹ чтобы в выпарительную чашку не попали загрязнения из] воздуха, над чашкой укрепляют специальную предохра4 нительную воронку (рис. 453). Пары жидкости попадаю* в воронку и часть их выходит через ее отвод, часть же

Рис. 453. Предохранительная Рис. 454. Предохранительное J

воронка, применяемая при упа- устройство, применяемое при 1

ривании жидкостей. упаривании жидкостей:

/ — обруч, обтянутый фильтровальной бумагой; 2 — фарфоровая чашка с вы- I париваемым раствором; 3 — водяная S баня; 4 — штатив.

конденсируется на стенках, и образующаяся жидкость стекает в желобок, а из него по резиновой трубке — в! приемник для конденсата (стакан или колбу).

В качестве предохранительной воронки можно при-! менять химическую воронку большого диаметра (15 см) с коротко отрезанной трубкой. Воронку укрепляют не­много в наклонном положении за конец трубки в штати­ве. При этом сконденсированные пары воды стекают толь­ко с опущенного края воронки.

Для тех же целей применяют деревянный обруч! (рис. 454), обтянутый фильтровальной бумагой, который укрепляют над чашкой, на расстоянии около 25 см от нее. Такой обруч имеет то преимущество перед стеклян-

ными воронками, часовыми стеклами и т. п., что на нем не конденсируются пары жидкости и капли ее не могут падать обратно в выпарительную чашку.

Нередки случаи, когда при выпаривании вещество «ползет» по стенкам чашки и может даже выходить за края ее. Это происходит особенно часто при неравномер­ном обогревании раствора, когда верхняя часть чашки почти не нагревается. Поэтому рекомендуется погружать чашку в баню настолько, чтобы уровень налитого в дее раствора был не выше уровня жидкости в бане.

При аналитических работах для устранения «выпол­зания», а также толчков рекомендуется обогревать глав­ным образом верхнюю часть тигля или чашки, применяя

Р,/с 455. Змеевик для обогревания Рис. 456. Приспособле-
тиглей паром. ние для предотвращения

«ползучести» при выпа­ривании водных раство-• ров.

для этих целей спираль из медной или латунной трубки. Кольца этой спирали, в которую вставляют тигель или чашку, находятся на уровне жидкости или чуть выше его (рис. 455). Обогрев в таком случае проводят паром.

Для предотвращения «ползучести» при выпаривании водных растворов твердых веществ пользуются приспо­соблением из двух фарфоровых чашек, помещенных одна в другую, из которых внутренняя немного меньше внеш­ней и более плоская (рис. 456). Выпариваемый раствор наливают во внутреннюю чашку, а наружную подогре­вают. Так как при этом края внутренней чашки нагре­ваются быстрее, чем дно, то выпавшая корочка кристал­лов начинает просыхать сверху вниз и препятствует «ползучести» вещества.

Точно такое же явление наблюдается при нагревании выпарительной чашки на кольцевой газовой горелке.

В редких случаях, когда нагревание до относительно высокой температуры может привести к разложению ве­ществ, выпаривание проводят под уменьшенным давле­нием. Для этой цели применяют особый аппарат (рис. 457).

 

35-117

Он представляет собой сосуд 1, вставленный в масля­ную или водяную баню 4. В горло сосуда на пробке встав­лена насадка 2 с пароотводной трубкой (подобно колбе Вюрца). В насадку вставляют капельную или делитель­ную воронку 3 с длинным концом, доходящим почти до дна сосуда. Аппарат собирают так же, как и установку для вакуум-перегонки (см. стр. 4у6). Раствор, подлежа­щий упариванию, наливают в ап-, парат через делительную или ка­пельную воронку.

Рис. 457. Аппарат для выпаривания под ва­куумом: ; _ сосуд; 2 — насадка с пароотводной трубкой; 3 — капельная или де­лительная воронка; 4 — масляная или водяная баня.

Для ускорения кипения при вы-1 паривании растворов, содержащих! объемистые осадки, и нагревания! аморфных масс или кашицы из мел-1 ких кристаллов для получения бо-1 лее крупных рекомендуется приме-1 нять приспособление, изображенное! на рис. 458. Оно состоит из широ-1 кой воронки, имеющей ножки высо-1 той до 5 мм, и насадки цилиндри-1 ческой формы с 4—5 отверстиями.] Это приспособление ставят на дно! соответствующих по размеру стака-i на или выпарительной чашки, пД возможности покрывая почти все дно. Приспособление должно бытьл целиком погружено в жидкость.-При нагревании сосуда пузырьки пара и воздуха поднимаются вверх по воронке и своим током увлекают] через отверстия насадки частицы осадка. Циркуляция осадка вверх и вниз по воронке препятствует образовав нию толчков и разбрызгиванию жидкости.

При выпаривании для устранения опасности перегрева! жидкости применяют прибор, изображенный на рис. 4591 Аппарат состоит из U-образной трубки 1, 2 (рис. 459, а)\ помещаемой в водяную или другую баню 3. Концы труб| ки соединены с пароотделителем 4, снабженным патруб! ком 5 для отвода паров в холодильник (нисходящий! или в воздух. Жидкость непрерывно испаряется из коле на 2. Благодаря непрерывному движению жидкости кипе! ние происходит лишь на поверхности последней, чем устраняется вспенивание.

Чтобы избежать обратного тока жидкости, можно нагревать лишь часть 2 (рис. 459, б) или же обернуть ко­лено 1 изолирующим материалом, или сконструировать колено 2 из двух трубок (рис. 459, б), увеличив этим по­верхность испарения. Чем длиннее U-образная трубка и чем глубже она помещена в баню, тем интенсивнее идет выпаривание.

Аппарат заполняют раствором, подлежащим выпари­ванию, через патрубок 5, для этого в пароотделителе нуж­но создать небольшой вакуум.

£\

В

\J

У

А 6

Piic. 458. Приспо- Рис. 459. Прибор Панкрата для выпари-
собление Шиффа: вания:

/ — насадка с от- а -г- схема прибора; б — U-образная трубка с

верстиямн; 2 — во- коленом из двух трубок; в —U-образиая трубка

ронка; 3 — ножки. с коленом, помещенным в водяную баню;

/, 2 — U-образная трубка; 3 — баня; 4 — пароот-

делитель; 5 — патрубок.

Аппарат можно применять для работы как под обыкно­венным давлением, так и под уменьшенным.

Небольшие модели такого аппарата очень удобны при всякого рода микроопределениях так как после отгонки растворителя оставшееся в U-образной трубке /, 2 ве­щество может быть взвешено вмесге с прибором. Опреде­лив заранее массу прибора, по разности можно опреде­лить массу вещества.

Небольшие количества жидкости (около 50 мл) удоб' но выпаривать при помощи специальной выпарительной чашки с рубашкой, диаметром около 70 мм (рис. 460). Нагревание в этих чашках можно проводить при помощи паров таких веществ, как нафталин, бензохинон или сера, или же высокококипящими жидкостями. Выпарительную чашку укрепляют в горле колбы емкостью около 250 мл,

 

35*

содержащей теплоноситель и нагреваемой на электро­плитке или на какой-либо бане. Рубашка выпарительной чашки имеет отвод, в котором можно укрепить или обрат­ный холодильник, или просто стеклянную трубку (воз-j душный холодильник).

Иногда выпаривание проводят в сушильном шкафу. 1 Для этого выпарительную чашку со взятым раствором (обычно в небольшом количестве) помещают в сушиль­ный шкаф, в котором поддерживают соответствующую тем­пературу.

В сушильном шкафу можно выпаривать преимуществ венно водные растворы или подсушивать влажные осад4 ки, содержащие большое количество воды. Органические огнеопасные жидкости выпаривать в сушильном шкафу не рекомендуется. Эфирные, бензольные, ацетоновые раса творы выпаривать в сушильных шкафах, даже электри­ческих, совершенно недопустимо, так как при этом воз­можен взрыв.

Пары некоторых органических веществ образуют с \ воздухом взрывоопасные смеси, взрывающиеся от искры! и в некоторых случаях даже при небольшом повышении! температуры. Для каждого такого органического раство-Я рителя существует свой верхний и нижний предел взры-воопасных концентраций в воздухе. В таблицах, приво* димых в специальных справочниках, указываются мини* мальные концентрации паров органических веществ в воздухе, ниже которых смесь их с воздухом не является взрывоопасной, и максимальные, выше которых смесь ихд с воздухом также не взрывоопасна.

Пример. Объем сушильного шкафа равен 0,02 ж³, и в нем сушат вещество, содержащее ацетон. Минимальная взрывоопасная кон-| центрация паров ацетона равна 60,5 г/ж³ воздуха, максимальная 218 г/ж³. Чтобы образовалась взрывоопасная смесь в этом случае^ количество паров ацетона в объеме шкафа должно быть: для нижнегод предела 60,50,02= 1,21 г; для верхнего предела 218-0,02 =И = 4,36 г. Если воздух, находящийся внутри шкафа, будет содержать ацетона меньше 1,21 г или больше 4,36 г, то опасность взрыва уменй» шается, но не исключается.

Для выделения малых количеств растворенных ве­ществ из больших объемов растворов в летучих раствоЯ рителях с полной рекуперацией их рекомендован при­бор, изображенный на рис. 461.

Делительную или капельную воронку 5 укрепляют; в аллонже 4 на резиновой или корковой пробке. Конец*

воронки должен не доходить до узкой части аллонжа _на 15—2 см. Аллонж 4 имеет отводную согнутую под углом трубку для соединения с холодильником 6. Узкую трубку аллонжа на пробке вставляют в широкую пробир­ку 3, опущенную в баню 1. На дно этой пробирки помещен колокол" Гернеца 7 для создания равномерного кипения жидкости и предупреждения выбросов. Колокол Гернеца можно заменить так называемой кипятильной палочкой.

Ч5

Рис. 460. Прибор для выпаривания неболь­ших количеств жид­костей.

Рис. 461. Прибор для выпари­вания:

1 — баня; 2 —нагревательный эле­мент: 3 — пробирка; 4 — аллонж; 5 — делительная или капельная воронка; 6 — холодильник; 7 — ко. локол Гернеца; JS ~ прнемннк.

Выпаривание органических огнеопасных жидкостей следует проводить «беспламенным» спосо­бом, используя для этого закрытые электроплитки. Водяную или иную баню, применяемую для нагревания широкой пробирки, предварительно нагревают на элек­троплитке или же нагревательный элемент, если позво­ляют обстоятельства, помещают в баню под пробирку, как показано на рис. 461.

В качестве приемника можно использовать илидвух-горлые колбы, или склянку Вульфа, или другой аналогич­ный прибор, оборудовав его так, как показано на рис. 461.

Много трудностей вызывает упаривание растворов термочувствительных веществ, т. е. таких, которые мо-

Рис. 462. Схема вертикального пленочного испарителя.

гут изменяться при нагревании, иногда даже небольшом. Для выпаривания растворов таких веществ применяют специальные аппараты, в том числе так называемые пленочные испарители. Они бывают или горизонтальные, или вертикальные (рис. 462). Для того

Рис. 463. Схема горизонтального пленочного испарителя.

Рис. 464. Схема прибора для выпаривания с цирку­ляцией:

/ — кран для стока упаренного раствора; 2 — обогревающая спираль; 3 — циклон; 4 — место для термометра; 5— холо­дильник; б — приемники.

чтобы избежать распада растворенного вещества, упари­вание лучше всего проводить с применением вакуума.

Горизонтальные пленочные испарители (рис. 463) бы­вают постоянно вращающиеся, причем скорость вращения Должна быть небольшой (несколько оборотов в минуту).

Для упаривания небольших объемов (500 мл) жид­кости при постоянной циркуляции применяют прибор, изображенный на рис. 464. Упариваемую жидкость нагре­вают горячей водой или паром, пропускаемым через спираль. Нагреваемую часть соединяют с коническим сосудом-циклоном 3, что вызывает постоянную цирку­ляцию жидкости. Это препятствует образованию корочки, мешающей испарению жидкости. Упаренную жидкость

избежать применения громоздких выпарительных ча­шек и других подобных приспособлений, собирают прибор, состоящий из кварцевого, стеклянного, фарфорового или металлического стакана, капельной воронки и горелки или электроплитки (рис. 466). Жидкость, подлежащую выпариванию, наливают в капельную воронку при помощи химической воронки. Ко­нец капельной воронки опускают внутрь стакана до по-

ловины его высоты. Включают обогрев и, когда дно ста­кана нагреется, открывают кран капельной воронки так, чтобы жидкость вытекала со скоростью 3—4 капли в се­кунду. Температуру обогрева можно регулировать или толщиной абсестового слоя, подложенного под стакан, или при помощи реостата (для электрообогрева), или ве­личиной пламени газовой либо другой горелки. Иногда требуется путем упаривания раствора повысить его концентрацию. Для облегчения работы можно зара­нее подсчитать, до какого объема нужно упарить жид­кость.

спускают через кран /. Если объем жидкости уменьшите! настолько, что циркуляция прекратится, то в циклой добавляют новую порцию упариваемой жидкости. Парь! растворителя конденсируются в холодильнике, и обра| зовавшаяся жидкость поступает в приемник.

Этот прибор особенно удобен для упаривания раствв ров термочувствительных веществ, так как упаривание можно проводить под вакуумом.

Выпаривание жидкостей можно проводить, пользуясь

инфракрасной лампой мощностью 250 вт. Для этой цеД

пригоден прибор, показанный на рис. 465. В небольшой

кристаллизатор 1 диаметром около 15 см и высотой 7,5 <ж

помещают стеклянную крышку 2, имеющую подводящум

трубку 3, через которую вдувают очищенный профиль!

трованный воздух или, если это необходимо, инертный

газ. Такую стеклянную крышку можно сделать из дру|

гого кристаллизатора, но меньшего диаметра (14 смП

Стеклянную крышку помещают на стеклянной подставке^

Пары испаряющейся жидкости удаляются через про!

странство между кристаллизатором и крышкой. При ра|

боте с таким испарителем исключается возможность за|

грязнения остатка после выпаривания и, кроме того»

сам процесс выпаривания ускоряется. Жидкость в кри!

сталлизатор нужно наливать в таком количестве, чтобы

между уровнем жидкости и крышкой оставалось про^

странство для выхода паров жидкости.

Для упаривания фильтратов и промывных вод следует пользоваться стаканами, но не коническими колбами.;! Жидкость, налитая в стакан, должна занимать не более ²/з— ³/_t его объема. Упаривать наиболее удобно на песоч| ной бане. Упариваемый раствор следует иногда перемеши* вать стеклянной палочкой. Если этого не делать, може! произойти внезапное вскипание и выброс жидкости. Та! кое вскипание особенно часто происходит, если упарив вают в конических колбах.

При упаривании не следует допускать сильного кипе­
ния жидкости, так как это также связано с опасностыв
потери ее в результате разбрызгивания. Слабое кипение
допустимо, но и оно нежелательно.. I

Некоторое затруднение может вызвать выпаривание больших объемов жидкостей с целью выделения раствор ренных в ней твердых веществ, например выпарива^^И очень разбавленных водных солевых растворов. Чтобьд

Рис. 465. Прибор для выпари­вания жидкостей при помощи

инфракрасной лампы:

/ — кристаллизатор; 2 — крышка;

3 — газоподводящая трубка; 4 —

инфракрасная лампа.

Рис. 466. Схема прибора для выпаривания больших коли­честв жидкости:

/ — химическая вороика; 2 — ка­пельная воронка; 3 — стакан; 4 — электроплитка; 5 — штатив; б — кольцо для крепления воронки.

Пример. Имеется 5%-ный раствор NaCl. До какого объема нуж­но упарить 1 л его, чтобы получить 25% -ный раствор? 1яи"Дот"ость 5%-ног° раствора NaCl равна 1,0345 г/см3 (npJ 18.4 С). Следовательно, в 1 л его (т. е. в 1034,5 г) содержится-

1034,5 5
---- 100---- = 51,72 г NaCl

ШЛ

Это же количество соли должно остаться после упаривание в 25%-ном растворе.

Вычислим массу 1 л 25%-ного раствора:
100 — 25 100-51,72

х-51.72 ^ИЛИ * = —15—= 206,68 г «207 г

Если плотность 25%-ного раствора NaCl 1,1897 г/см³, то объем нужного нам раствора будет равен:

207 1,1897^=175жл

Таким образом, 1 л 5%-ного раствора NaCl должен быть упарен до объема 175 мл, т. е. должно быть выпарено:

1000 — 175 = 825 мл воды

Общие формулы для этих расчетов имеют следующий
вид: ^т

1. Количество соли (/() в растворе (в г):

где V — объем исходного раствора;

d — плотность исходного раствора;

k — концентрация исходного раствора, %.

2. Масса (Р) раствора после упаривания:

_р^ К 100 V dk ⁼ Р ⁼ Р

где р — концентрация раствора после упаривания.

3. Объем (1/J раствора после упаривания:

V ₌ -^{f v dk 1} d ~ pdi

где й_г — плотность раствора после упаривания.

4. Объем жидкости (V₂), подлежащий испарению:

V₂ = V-V\

Плотности растворов могут быть найдены в~справоч-
никах. - ^г

Повышение концентрации растворенного вещества может быть постигнуто ие только испарением растворителя. Для этой же цели используют прием вымораживания. Этот прием* представляет особый интерес для концентрирования летучих и термически не­стойких веществ, которые разрушаются даже при сравнительно невысокой температуре. Как известно, растворы замерзают при температуре более низкой, чем температура замерзания раствори­теля. Однако кристаллизация растворителя начинается до того, как замерзнет весь раствор. Поэтому, охлаждая раствор до темпе­ратуры, немного не доходящей до температуры, при которой замер­зает весь раствор, можно добиться того, что растворитель начнет кристаллизоваться. Раствор (около 1 л), подлежащий концентри­рованию, наливают в стеклянную или пластмассовую склянку и помешают в камеру для охлаждения или в криостат. Процесс вымо­раживания длится несколько часов, и в результате его в централь­ной части сосуда образуется сконцентрированный раствор, окру­женный как бы оболочкой из замерзшего растворителя. Выморажи­ваемый раствор необходимо время от времени встряхивать, чтобы предотвратить переохлаждение. Более удобно склянку с раствором соединить с устройством для встряхивания или перемешивания.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Об упрощенном вращающемся испарителе см. Stegemenn H., Chem. Ztg.,81,№4, 110(1957); РЖХим, 1958, № 15, 124, реф. 50162.

Простой вращающийся испаритель, изготовляемый из стандарт­ных стеклянных и полиэтиленовых деталей, описан Brady W., Thomson J. В., Lab. Pract., 8, № 12, 415 (1959); РЖХим, 1960, № 15, 163, реф. 61249.

О простом вращающемся пленочном испарителе см. А г п е t t E. M., Chem. Educ, 37, № 5, 247 (1960); РЖХим, 1961, № 1, 160 (60), реф. 1Е81.

О горизонтальном пленочном испарителе см. Anal. Chem., 22, 1462 (1950).

О вертикальном пленочном испарителе см. Bartholo­mew W. H., Anal. Chem., 21, 517 (1949).

О применении центробежно-пленочных аппаратов см. К а ф а-р о в В. В., Ш а т р о С. И., Хим. пром., № 8, 17 (1955); Оре­хов А. П., Химия алкалоидов, Изд. АН СССР, 1955; Вишнев­ский Н. Е., Глуханов Н. П., Ковалев И. С, Ап­паратура высокого давления с экранированным электродвигателем, М. — Л., 1956; Б а р а ш к о в С. Г., Медиц. пром. СССР, № 11, 34 (1958); Chem. Eng., № 7, 278 (1955).

О лабораторном пленочном испарителе для быстрого концен­трирования разбавленных растворов см. В u s h M. Т., Analyt. Biochem., 1, № 3, 274 (1960).

О пленочном испарителе см. Lab. Pract., 15, № 7, 101 (1963); РЖХим, 1964, ЗД46.

* Он применим в тех случаях, когда растворитель и раствори­мые вещества не образуют смешанных кристаллов (твердых раство­ров).

Испаритель для упаривания растворов иа водяной бане с pt-' гулируемой температурой см. D u b о f f G. S., Chemist Analyst 49, № 3, 83 (1960); РЖХим, 1961, № 11, 167, реф. 11Е51.

О выпарном аппарате с водяным обогревом для упаривания растворов после экстракции см. Evans E. G., Lab. Pract., 10, № 6, 403 (1961); РЖХим, 1962, реф. 2Е88.

Об испарителе для полного удаления растворителя см. С о 1 e-i га а п М. Н., Lab. Pract., 11, № 7, 543 (1962); РЖХим, 1963, реф. 4Д56.

Вибрирующий испаритель описан Момсеэ Цутому, J.1 Pharmac. Soc. Japan, 83, № 6, 653 (1963); РЖХим, 1964, 6Д72.

Вакуум-испарительный прибор для быстрого упаривания жид-, костей описали Силонова Г. В., Лисовская Н. П., Л и в а н ц о в а Н. Б., Вопросы мед. химии, 10, № 4, 434 (1964); РЖХим, 1965, 15Д27.

Вращающийся вакуумный испаритель описал С а г 1-s t о n R. О., Chem. Educ, 39, № 5, 256 (1962); РЖХим, 1965, 4А69.

О ротационном вакуумном испарителе в исследовательской! лаборатории см. GenserF., Richter H., Glas- u. lnstr.-Techn., 7, № 11, 620, 622 (1963); РЖХим, 1964, 12Д57.

Вращающийся выпарной аппарат описал N ё m е с I., Chem. listy, 57, № Ю, 1074 (1963); РЖХим, 1964, 12Д56.

О концентрировании при помощи замораживания и оттаивания см. G i Ь о г A., Sci., 133, № 3447, 193 (1961).

О вымораживании как безопасном методе концентрирования* разбавленных растворов см. Shapiro J., Sci., № 3470, 2063 (1961); РЖХим, 1962, реф. 14Е75.

О концентрировании замораживанием водных разбавленных, растворов см. Kobayashi Shigeru, LeeG. F., Analyt. Chem., 36, № 11, 2197 (1964); РЖХим, 1965, 7ГЗ.

О концентрировании разбавленных растворов методом вымора-живания см. Smith G. H., T a s k е г М. P., Anal. Chim. Acta, 33, № 5, 559 (1965); РЖХим, 1966, 10Г2.

О волюмометрической колбе для выпаривания см. Т a u s- | sky H. H., Analyt. Biochim., 6, 283 (1963); РЖХим, 1964, 8Д34. Об удобном и безопасном методе отгоики органических раство­рителей см. Kamphausen H. A., Chem. Educ, 39, № 4, 208 (1962); РЖХим, 1964, 19А60.

О фотометрическом контроле процесса упаривания см. С м и р-н о в А. В., Зав. лаб., 30, № 10, 1261 (1964); РЖХим, 1965, 9Д9Я О регулировании скорости испарения применением поплавко­вых тел см. F a g g i a n i S., S с h i p p a G., Calore, 35, № 8, 342 (1964); РЖХим, 1965, 7Д96.

Глава 15 КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ

При охлаждении горячего насыщенного раствора из него выделяется растворенное вещество, и чем ниже температура, до которой охлаждают раствор, тем большее количество кристаллов выпадает в осадок.

Жидкость, которую после этого можно отделить от осадка фильтрованием (так называемый маточный рас­твор), будет все же насыщенным при данной температуре раствором, из которого можно дополнительно выделить некоторое количество растворенного вещества или при более сильном охлаждении, или путем упаривания, т. е. удаляя некоторую часть растворителя.

Если в растворе находится не одно, а несколько раз­личных веществ, то они могут быть разделены так назы­ваемой дробной кристаллизацией. Воз­можность такого разделения объясняется неодинаковой растворимостью веществ при различных температурах. При некоторой определенной температуре раствор будет насыщенным в отношении одного и ненасыщенным в от­ношении другого вещества. Естественно, что в то время как первое вещество станет при охлаждении выпадать в осадок, второе еще будет полностью находиться в рас­творе.

Указанные соображения положены в основу метода очистки кристаллических веществ путем кристаллиза­ции.

ПРОВЕДЕНИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ Чтобы перекристаллизовать какое-либо вещество, его растворяют в подходящем растворителе, нагретом до ки­пения, стараясь получить концентрированный или даже

насыщенный при данной температуре раствор. Если рас­твор содержит какие-либо механические примеси или муть, его отфильтровывают через воронку для горячего филь­трования (см. выше), причем приемником может служить кристаллизатор, фарфоровая чашка, коническая колба или стакан. Если же полученный раствор совершенно прозрачен и не содержит механических примесей, филь­трование излишне и даже вредно, так как оно неизбежно связано с потерей некоторого количества кристаллизуе­мого вещества.

При перекристаллизации стараются получить вещест­во в кристаллах некоторого среднего размера (не очень крупных и не очень мелких). Крупные кристаллы обычно содержат включения маточного раствора с находящимися в нем примесями, в результате чего перекристаллизован­ное вещество оказывается загрязненным. Наоборот, очень мелкие кристаллы, будучи свободными от этих включений, образуют густую кашицу; между отдельными кристаллами последней очень прочно удерживается маточный раствор, ■отмыть который полностью без большой потери вещества не удается. Кроме того, установить кристаллическую структуру очень мелких кристаллов затруднительно (да­же под микроскопом), а это лишает исследователя воз­можности использовать один из важных критериев чисто­ты вещества -— его кристаллическую структуру и одно­родность образованных кристаллов. В общем можно ре­комендовать получать кристаллы таких размеров, чтобы структура их была ясно видна при увеличении в 50— 100 раз. Величина отдельных кристаллов, выделяющихся при перекристаллизации, зависит от скорости охлажде­ния раствора. Если раствор охлаждается медленно, то образующиеся кристаллы постепенно растут и могут до­стигнуть иногда очень больших размеров и, наоборот, при быстром охлаждении образуются мелкие кристаллы. Для быстрого охлаждения раствора при кристаллиза­ции кристаллизатор (или другой приемник) помещают в холодную воду, снег или лед. Если при быстром охлажде­нии кристаллы все же не выделяются, образование их можно вызвать, потерев стеклянной палочкой изнутри о стенку сосуда или же внеся самое незначительное коли­чество вещества в охлажденный раствор. В последнем случае бывает достаточно кристаллика величиной с пы­линку.

Если при кристаллизации образовались очень мелкие кристаллы, их снова растворяют при нагревании и сосуд, в котором проводилось растворение, сразу же обертывают полотенцем, накрывают часовым стеклом (выпуклой сто­роной наружу) в оставляют стоять в полном покое.

Выпавшее при кристаллизации вещество отделяют от маточного раствора путем фильтрования под вакуумом; тщательно отжимают на воронке плоской стороной стек­лянной пробки и промывают небольшим количеством чи­стого холодного растворителя. Маточный раствор упари­вают до половины и снова выделяют новую порцию ве­щества, как это было описано выше.

Отфильтрованные кристаллы высыпают на фильтро­вальную бумагу, равномерно распределяют по ней, сверху згкрывают другим листом фильтровальной бумаги и су­шат на воздухе. Если вещество не теряет кристаллиза­ционной воды (перекристаллизация из воды), то его можно сушить в эксикаторе. Вещества, расплывающиеся на воздухе, быстро отжимают на пористой глиняной тарелке и перекладывают в банку с притертой пробкой.

Когда перекристаллизацию ведут не из воды, а из какого-нибудь органического растворителя, например спирта или бензола, необходимо принимать меры, чтобы при нагревании и фильтровании раствора не возник пожар. Трудной задачей при кристаллизации является опре­деление нужного объема растворителя. Как уже указы­валось, желательно получить наиболее концентрирован­ный горячий раствор. Если растворимость кристаллизуе­мого вещества при различных температурах известна, задача упрощается, так как потребное количество раство­рителя можно подсчитать. Если же, что является более частым случаем, растворимость вещества неизвестна, по­ступают следующим образом.

К колбе соответствующего размера подбирают пробку, в которую вставляют стеклянную трубку длиной не менее 75 см. Эта трубка служит холодильником.

Взвесив кристаллизуемое вещество, высыпают при­мерно половину его в колбу с холодильной трубкой. Оп­ределенное количество (по объему) растворителя прили­вают небольшими порциями в колбу и после прибавления каждой порции содержимое колбы нагревают до кипения (как опиасано ниже). Так поступают до тех пор, пока все находящееся в колбе вещество не перейдет при нагрева­нии в раствор. При этом не нужно забывать, что кристал^

лизуемое вещество может содержать примеси, не раство­римые в данном растворителе. Поэтому, когда основная масса вещества растворится, оценивают на глаз, какая часть его осталась нерастворенной. Зная объем взятого растворителя, добавляют в колбу количество его, пропор­циональное остающемуся нерастворенному осадку. Если последний при этом не перейдет в раствор, можно считать его посторонней примесью, которая должна быть отделе­на при последующем фильтровании. Если же при прибав­лении растворителя весь осадок перейдет в раствор, не­большими порциями добавляют в колбу оставшееся ве­щество до тех пор, пока при нагревании не будет оставать­ся небольшой нерастворяющийся остаток. Этот остаток растворяют при нагревании, добавляя снова соответст­вующее количество растворителя. Можно считать, что приготовленный таким путем горячий раствор насыщен­ный. Тогда взвешивают оставшееся вещество, измеряют объем оставшегося растворителя и по разности масс и объемов находят количество растворителя, требующееся для растворения всего взятого вещества. Всыпают остав­шееся количество последнего в колбу, прибавляют соот­ветствующее количество растяорителя и растворяют при кипячении.

Нужно обратить внимание на способ нагревания кол­бы при растворении. Закрыв колбу пробкой с холодиль­ной трубкой, нагревают колбу на водяной или другой ба­не (в зависимости от температуры кипения растворителя), горелку гасят до начала кипения растворителя. Нагре­вание продолжают еще в течение нескольких минут, после чего смотрят (как указано выше), достаточно ли взято растворителя. Так поступают при каждом новом нагрева­нии. Когда в колбу введено все количество вещества и взят нужный объем растворителя, горячий раствор в случае необходимости быстро фильтруют через воронку для го­рячего фильтрования (горелка погашена) в кристаллиза­тор или стакан.

При охлаждении раствора и выпадении кристаллов их отфильтровывают, отжимают или сушат.

Для более тщательной очистки перекристаллизацию приходится проводить несколько раз. Следует заметить, что с каждой новой перекристаллизацией количество ве­щества будет уменьшаться, так как потери при кристал­лизации неизбежны, как бы тщательно она ни велась. •560

Когда перекристаллизацию ведут из какого-либо ор­ганического растворителя, то упаривание раствора про­водят, как указано на стр. 541.

После фильтрования горячего раствора фильтр следует промыть небольшим количеством чистого нагретого рас­творителя. Таким образом удается уменьшить потери кристаллизуемого вещества.

ОХЛАЖДЕНИЕ

Иногда в лаборатории приходится вести охлаждение до температур ниже О °С. Для этих целей пользуются так называемыми охлаждающими смесями.

Имеется немало различных рецептов изготовления та­ких смесей. Наиболее распространенными и легко до­ступными являются следующие охлаждающие смеси.

1. Смешивают 3 части снега или толченого льда с
1 частью поваренной соли. Эта охлаждающая смесь мо­
жет дать температуру —21 °С. Когда нужна более высокая
температура, можно изменять соотношение соли и льда.
Иногда сосуд с раствором обкладывают льдом или снегом,
посыпав их солью.

Ниже приводятся температуры, которые можно полу­чить, изменяя соотношение соли и льда:

Сод чжание соли, %... 6 8 10 12 14 16

Температура смеси, °С..—3,5 —4,9 —6,1 —7,5 —9,0 —10,5
Содержание соли, %... 18 20 22 26 28

Температура смеси, °С..—12,1 —13,1 —15,7 —18,6 —19,3

2. Смешивают 1,5 ч. хлористого кальция (СаС1₂-6Н₂0) с 1 частью снега. Эта смесь может дать температуру до —55 °С.

3. Смешивают концентрированную серную кислоту со снегом.

4. Смешивают твердую углекислоту (сухой лед) и диэтиловый эфир; температура смеси может достигать —78 °С. Вместо эфира можно применять ацетон или даже денатурат.

5. Смешивают 1 часть азотнокислого аммония с 1 частью снега. Достигаемое охлаждение до —20 °С.

Для достижения очень низких температур иногда применяют сжиженные газы, из которых раньше широко применялся жидкий воздух и жидкий кислород. Однако

36-Ц7

в настоящее время для этих целей разрешается пользо­ваться только проверенным жидким азотом, не содержащим примесей. Это вызвано тем, что жидкий воздух и жидкий кислород могут пропитывать пористые материалы (уголь, сажу, вату, шерсть, опилки и т. д.), а также замороженные масла, керосин, бензин и др. горючие жидкости, образуя с ними взрывоопасные вещества.

По этой же причине запрещено применять жидкий воздух и жидкий кислород для охлаждения ловушек на вакуумных системах с паромасляными насосами.

металла. Последние особенно удобны для перевозки и хранения жидких газов (рис. 468).

К металлическим сосудам Дьюара предъявляют очень высокие требования: они должны иметь хорошую тепло­изоляцию, быть механически прочными, простыми в поль­зовании и удобными как для заполнения, так и опорожне­ния сосуда.

Эти сосуды состоят из двух концентрически располо­женных один в другом шаров (рис. 469). Пространство между шарами эвакуировано и заполнено адсорбентом,

 

Рис. 467. Стеклянные сосуды Дьюара.

Жидкие газы, в том числе и жидкий азот, хранят и перевозят в так называемых сосудах Дьюара.

Они представляют собой двухстенные сосуды, стек­лянные или металлические, у которых пространство между стенками эвакуировано. Для защиты от теплоизлучения внутренние стенки сосудов посеребрены или покрыть! медью, чтобы зеркальная поверхность отражала лучи| Иногда в продольном направлении, если только это воз! можно, в зеркале оставляют свободную щель, через ко! торую Можно видеть внутренность сосуда.

Сосуды Дьюара бывают двух форм (рис. 467) цилиндри­ческие, на деревянной подставке, емкостью от 250 до 3700 см³, внутренним диаметром от 40 до 120 мм и высоЗ той от 240 до 415 мм; шарообразные, в защитном прово! лочном или металлическом кожухе, емкостью от 500 да 5000 см³, высотой от 225 до 400 мм, наружным диаметром от 120 до 245 мм и высоким узким горлом диаметром о| 20 до 50 мм. Сосуды Дьюара выполняют из стекла ил4

Рис. 468. Металлические сосуды Рис. 469,. Устройство ме-

Дьюара. таллического сосуда

Дьюара.

поглощающим газы, которые с течением времени могут просачиваться через металлические стенки. Давление в эвакуированном пространстве должно быть менее 10~* мм рт. ст. Оба шара имеют узкие длинные горла, соединенные между собой в верхней части так, что вну­тренний шар может свободно качаться во внешнем. Для того чтобы предотвратить переход тепла, горло должно быть изготовлено из материала с очень низкой теплопро­водностью. Кроме того, внутреннюю поверхность малого шара покрывают серебряным зеркалом.

Двухстенный сосуд имеет защитную оболочку из оцин­кованной жести, иногда его покрывают с алюминиевой бронзой для улучшения отражения тепловых лучей. Горло сосуда Дьюара неплотно закрывают колпаком, не препятствующим улетучиванию испаряющегося газа. Как

правило, сосуд, заполненный жидким газом, нельзя плот­но закрывать твердой, непроницаемой для газов пробкой. ■ Наполненный газом сосуд чувствителен к механическим! воздействием, это необходимо учитывать при его пере-| возке. У поврежденного сосуда скорость испарения жид-] ких газов всегда повышена.

О зависимости количества испаряющегося из сосудов жидкого кислорода от объема сосудов при перевозке] можно судить по следующим данным:

2,7

15 25

Емкость, л.........................

65 0,23

50 0,3

30 45 0,53 0,4

25 0,8

Испарение из спокойно стоящего сосуда в 1 ч

в г..........................................

в %.........................................

Отсюда следует, что для перевозки и хранения жидких] газов целесообразно применять сосуды большой емкости.

Для хранения и перевозки жид­ких неона и водорода, имеющих ма-j лую теплоту испарения, нужны осо-| бые приспособления для изоляции! и охлаждения. На рис. 470 пока-1 зана конструкция сосуда, охлаж-1 даемого испаряющимися жидкими! газами, образующими защитный слой! в дополнительном вакуумирован-1 ном пространстве. Сосуд с полезном емкостью 2,7 л в результате испаре-1 ния теряет в 1 ч: N₂ — 0,3, Ne —| 0,4, Н, — 0,6, Не— 1,0%.

Рис. 470. Схема прин­ципиального устрой­ства металлического сосуда Дьюара для перевозки водорода и неона.

Наполнение стеклянных сосудов Дьюара жидкими газами связано q опасностью взрыва. Для предотвра-J щения несчастных случаев при; взрыве необходимо пользоваться за-1 щитными очками или защитной щир*] мой из плексигласа. Особую octo-J рожность нужно проявлять при за-j полнении сосуда Дьюара в первый раз. Совершенно недопустимо, что] бы капли жидкого газа оставалиса на верхнем крае сосуда, так как спаи стекла особенна чувствительны к разнице температур. Вначале в сосуд наливают незначительное количество жидкого газа и

ждут когда движение жидкости на дне сосуда прекратит­ся. Затем легкими кругообразными движениями сосуда Дьюара добиваются того, чтобы вся внутренняя стен­ка сосуда постепенно охладилась до низкой температу­ры. Только после этого осторожно проводят дальнейшее наполнение. Более безопасным методом является пере-давливание жидких газов нагнетанием воздуха при по­мощи резиновой груши.

Чтобы предотвратить взрыв при перемешивании сосу­да Дьюара с холодильной смесью из С0₂ и органической жидкости, который возможен вследствие замерзания по­следней на стенках и дне сосуда, рекомендуется предва­рительно до псмещения холодильнсй смеси, сбрызгивать внутреннюю поверхность сосуда силиконовым аэрозолем.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

О кристаллизации см. Берлин А. Я., Техника лабора­торных работ в органической химии, Госхимиздат, 1952; Ф и-

3 е р Л., Л и н с т е д Р., Современные методы эксперимента в
органической химии, Госхимиздат, 1960.

О лабораторном рекристаллизаторе для очистки неорганиче­ских веществ см. Soderholm L. G., Design News, 16, № 12,

4 (1961); РЖХим, 1S62, реф. 5Е109.

О физико-химических основах кристаллизации см. L a g e г L., Sb. praci anorg. chem., № 4, 1 (1960); РЖХим, 1962, реф. 9Б453.

О кристаллизации из растворов см. Mj 1 J., Sb. praci anorg. chem., № 4, 21 (1960); РЖХим, 1S62, реф. 9Б455.

О ползучести кристаллизующихся солей, К о 1 а г о w N., Monatschr. Chem., 93, № 4, 851 (1962); РЖХим, 1964, 2Б237.

О приборе для перекристаллизации солей в отсутствие кисло­рода воздуха см. 3 а в о д н о в С. С, Гидрохим. материалы, 35, 200 (1963); РЖХим, 1964, 5Д13.

О непрерывной кристаллизации в колонках см. S с h i l d k-necht H., Ma as K-, Warme, 69, № 4, 121 (1963); РЖХим, 1964, 6Д71.

О расчетах, связанных с перекристаллизацией, см. Гинз­бург В. Д., Труды Вологод. молочн. ин-та, вып. 48, 241 (1963); РЖХим, 1965. 13АЭ77.

Хладоагенты для низкотемпературных бань описал R о п-d e a u R. Е., J. Chem. und Eng. Data, 11, № 1, 124 (1966); РЖХим, 1966, 16Д29.

Об аппаратуре для кристаллизации и фильтрования в инерт­ной атмосфере см. К о w а 1 а С, Chem. a. Ind., № 25, 1029 (1966); РЖХим, 1966, 24Д32.

Об усовершенствованных стеклянных сосудах Дьюара для низкотемпературных исследований см. Nat. Bur. Standards Techn. News Bull., 42, № 6, 69 (19032); РЖХим, 1963, реф. 4Д21.

Об усовершенствовании сосудов Дьюара для низкотемператур­ных исследований см. Lorant M., Chem. Rundschau, 16, № 6, 167 (1963); РЖХим, 1964, 2Д41.

 

Глава 16

ВЫСУШИВАНИЕ

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ

Содержание воды в веществах во многих случаях оказывается нежелательным, так как она может задер­живать течение некоторых реакций или же вызывать ряд побочных реакций, мешающих основной.

Определяя содержание воды в веществе, можно полу­чить ценные данные для его характеристики (например, судить о степени чистоты вещества, если оно дает с водой характерное кристаллизационное соединение). Поэтому в лабораториях часто приходится имгть дело с операция­ми, назначением которых является удаление воды из того или иного вещества.

Процесс удаления остатков воды — обезвоживание (а также остатков органических растворителей) называют высушиванием (в широком смысле слова).

По состоянию вещества следует различать высуши­вание: а) газов, б) жидкостей (главным образом органи­ческих) и в) твердых тел.

В одних случаях вода образует с веществом механиче­скую смесь, и значительную часть ее можно удалить ме­ханическим путем, например отжимом. В других случаях она образует с веществом химическое соединение, входя в него во вполне определенном количестве; примером может служить кристаллизационная вода. Такая вода иногда бывает связана с веществом очень непрочно, и удаление ее не вызывает особых трудностей; иногда же удаление ее