Простая перегонка, определение температуры кипения вещества

Простейший прибор для перегонки состоит из перегонной колбы (колба Вюрца) или круглодонной колбы с насадкой Вюрца, холодильника, алонжа и приемника (рис. 4). Термометр, показывающий температуру кипения перегоняемой жидкости, размещают так, чтобы шарик ртути находился чуть ниже боковой трубки и полностью омывался парами. При температуре кипения перегоняемой жидкости выше 160°С пользуются воздушным холодильником.

Чтобы перегоняемая жидкость не перегревалась и её слои равномерно перемешивались, перед началом перегонки в колбу для равномерного кипения помещают несколько «кипятильников» или «кипелок» - кусочков пористого материала (пористой глины, кирпича, пемзы и т.д.). Для той же цели применяют заплавленные с одного конца капилляры, которые вставляют в колбу открытым концом вниз. «Кипелки» являются источником мелких пузырьков воздуха, способствующих спокойному равномерному кипению. «Кипелки» вносят в колбу до начала нагревания, иначе жидкость может выбросить.

Рис. 4. Прибор для перегонки жидкостей и разгонки их смесей

Перегонную колбу нагревают так, чтобы перегонка проходила постепенно. Только в этом случае по показанию термометра можно судить о температуре кипения отгоняемой фракции. Скорость перегонки выбирают обычно такую, чтобы в секунду стекало не больше 1-2 капель дистиллята. При слишком интенсивной перегонке в колбе создается повышенное давление, и измеряемая температура не соответствует температуре кипения данной фракции при атмосферном давлении. При перегонке чистого вещества температура кипения в течение всего процесса остается постоянной, и только к концу перегонки, когда пары несколько перегреваются, она возрастает на 1-2°С. Перегонку останавливают до того, как в колбе не останется жидкости, т.е. нельзя перегонять «досуха», это приводит к сильному перегреву и возможному взрыву остатка.

! Перегонку в вакууме обязательно проводят в защитных очках или маске!

Этот вид перегонки применяется тогда, когда для снижения опасности разложения перегоняемого вещества необходимо понизить температуру кипения. Для приблизительной оценки температуры кипения вещества в вакууме руководствуются следующим эмпирическим правилом: при уменьшении внешнего давления вдвое температура кипения вещества понижается на 15-20⁰С.

Прибор для перегонки в вакууме (рис. 5) отличается от прибора при атмосферном давлении тем, что в качестве перегонной колбы используется круглодонная колба с насадкой Кляйзена или колба Кляйзена, снабженная капилляром с очень маленьким внутренним диаметром. Через этот капилляр в вакуумированную систему тонкой струйкой поступает, пробулькивая через жидкость в перегонной колбе воздух, и таким образом, капилляр выполняет ту же роль, что и кипелки при простой перегонке.

Если собирается прибор на шлифах, все они должны быть предварительно смазаны вакуумной смазкой. Перегоняемое вещество помещают в колбу Кляйзена, соединяют систему с форвакуумным насосом (оптимальное остаточное давление 1-2 мм. рт. ст.). По достижении вакуума начинают нагревание колбы. В ходе перегонки следят за температурой. Фракцию кипящего вещества с постоянной температурой кипения или колеблющейся в пределах 2-3°С собирают в первую колбу (все колбы предварительно взвешивают!), когда же температура кипения вещества начнёт повышаться без изменения остаточного давления в приборе, то поворачивают паук с приёмниками так, чтобы последующая фракция попадала во вторую колбу.

После установления температуры кипения паук вновь поворачивают, подводя его под третью колбу, и собирают кипящее вещество.

Отмечают в рабочем журнале температуры кипения собранных фракций с указанием остаточного давления, которое может меняться в ходе перегонки.

По окончании перегонки (не отгонять досуха!) сначала удаляют источник нагрева, колбе дают охладиться и лишь после этого медленно соединяют прибор с атмосферой. Заполнение воздухом горячего прибора может привести к возгоранию остатка в перегонной колбе.

Этот способ перегонки имеет большое значение для выделения и очистки органических веществ. В случае веществ, нерастворимых в воде, давление паров смеси равно сумме давлений паров каждого из составляющих ее веществ. Так, смесь двух веществ будет кипеть при температуре, при которой сумма давлений паров обоих веществ равна внешнему давлению, а это, очевидно, должно наступить при температуре более низкой, чем температура каждого из них в отдельности. Этим путем возможно перегонять без разложения такие вещества, которые разлагаются при температуре своего кипения.

Перегонку с водяным паром производят в приборе (рис. 6), состоящем из парообразователя (паровика), снабженного опущенной почти до самого дна предохранительной трубкой, перегонной круглодонной колбы, длинного холодильника и приемника. Трубка, по которой пар входит в колбу, должна доходить почти до самого дна колбы. Во избежание переброса перегоняемой жидкости в приемник следует пользоваться колбами с длинным горлом и колбу располагать несколько наклонно, чтобы летящие вверх брызги не попадали в пароотводящую трубку; последняя должна лишь немного выступать из пробки. Колбу наполняют жидкостью не более чем на одну треть.

Между паровиком и перегонной колбой помещают стеклянный тройник; на его боковой отросток надевают короткую резиновую трубку с винтовым зажимом; перед началом работы эту трубку оставляют открытой. Паровик подогревают сильной горелкой и одновременно через асбестовую сетку начинают подогревать перегонную колбу. Это делается для того, чтобы избежать значительного увеличения объема жидкости за счет конденсации водяных паров; подогревание колбы продолжают во все время перегонки.

Когда вода в паровике закипит и из бокового отростка пойдёт пар, закрывают зажимом резиновую трубку, надетую на тройник, и начинают перегонку. Перегоняемое вещество в виде маслянистых мутных капель поступает в перегонную колбу. Перегонку завершают после того, как капли воды становятся совершенно прозрачными. По окончании перегонки открывают зажим и лишь после этого гасят горелки; тем самым устраняется опасность втягивания жидкости из колбы в паровичок.

Рис. 6. Прибор для перегонки с водяным паром

Очистка органических веществ путем перегонки с паром часто дает лучшие результаты, чем обычная перегонка. Особенно она эффективна в тех случаях, когда очистке подлежит продукт, сильно загрязненный смолистыми веществами.

Экстракция (извлечение) так же, как и кристаллизация, основана на использовании различия в растворимости выделяемого вещества и сопутствующих ему примесей. Выделяемое вещество можно экстрагировать, т.е. извлекать как из смеси твердых веществ, так и из растворов.

Для экстракции легко растворимого продукта из смеси твердых веществ можно применить простое промывание смеси растворителем на фильтре. В случае малорастворимого продукта такой прием потребовал бы слишком большого расхода растворителя и значительной затраты времени. Поэтому в таких случаях пользуются специальными приборами - экстракторами.

Один из наиболее часто используемых экстракторов приведен на рис. 7; он состоит из трех частей: колбы А, экстрактора Б и обратного холодильника В. Экстрагируемую смесь помещают в гильзу из фильтровальной бумаги. Такую гильзу получают, свертывая полоску бумаги в трубку и загибая края внутрь трубки. На образовавшееся дно гильзы

вкладывают в экстрактор, в колбу А наливают растворитель (обычно эфир) и соединяют части аппарата, обращая особое внимание на плотность всех соединений. Пропуская через холодильник воду, нагревают колбу на водяной бане. Пары растворителя конденсируются в холодильнике, растворитель стекает в экстрактор, наполняет его до определенного уровня и затем по сифонной трубке вместе с извлеченным веществом переливается в колбу Б. Жидкость в колбе поддерживают все время в состоянии кипения так, чтобы за час происходило 6-8 сливаний.

Для извлечения органических веществ находящихся в водном растворе, пользуются делительной воронкой (рис. 8), в которой встряхивают раствор с органическим растворителем, не смешивающимся с водой, и после отстаивания отделяют разделившиеся слои. При этом сначала сливают нижний слой через кран, а затем выливают оставшийся верхний слой через верхнее отверстие воронки.

Для экстракции пользуются легколетучими растворителями, последующее удаление которых путем отгонки не представляет затруднений (диэтиловый эфир, петролейный эфир, дихлорметан, бензол, хлороформ); чаще всего применяют диэтиловый эфир. В делительную воронку, плотно закрывающуюся пробкой, наливают жидкость, которую надо экстрагировать, прибавляют нужное количество эфира, закрывают пробкой и перевертывают воронку, после чего на короткое время приоткрывают кран, чтобы устранить избыточное давление, создающееся вследствие испарения эфира. Затем вращательным движением встряхивают содержимое воронки и снова приоткрывают кран. Встряхивание повторяют несколько раз, после чего дают жидкости отстояться до полного

разделения слоев; отделение их проводят, как было указано выше, и повторяют экстракцию новой порцией растворителя еще один-два раза.

Растворимость большинства органических веществ в воде значительно понижается в присутствии неорганических солей. Поэтому насыщение раствора поваренной солью или сернокислым аммонием существенно облегчает экстракцию и в то же время уменьшает потери эфира, так как растворимость последнего также снижается (растворимость эфира в чистой воде составляет 7,5%).

Иногда при встряхивании органического растворителя с водными растворами некоторых веществ образуются стойкие эмульсии, крайне затрудняющие или даже делающими невозможным разделение слоев. В таких случаях встряхивание нужно вести очень осторожно, избегая резких движений или даже ограничиваясь покачиванием делительной воронки в горизонтальном положении. Насыщение водного раствора поваренной солью, и прибавление нескольких капель спирта обычно уменьшает стойкость эмульсии.

В тех случаях, когда вещество значительно лучше растворяется в воде, чем в органическом растворителе, экстракция в делительной воронке не дает хороших результатов, и тогда применяют непрерывно действующие экстракторы для жидкостей.

Высушивание жидкостей. Перед тем как отгонять растворитель из экстракта и подвергать дальнейшей очистке извлеченное вещество, необходимо освободить раствор от содержащейся в нем влаги. Заметные количества влаги содержат эфирные вытяжки, так как эфир способен растворять до 2% воды.

В качестве высушивающих средств чаще всего применяют хлористый кальций, металлический натрий, едкое кали, карбонат калия, и безводные сульфаты магния и натрия.

Хлористый кальций применяются для высушивания углеводородов, галоидопроизводных углеводородов, простых эфиров и многих других органических соединений. Нельзя применять его для высушивания спиртов и аминов, с которыми он образует солеобразные соединения.

Металлический натрий является хорошим высушивающим средством для углеводородов и простых эфиров. Ни в коем случае нельзя применять натрий для высушивания галоидопроизводных, так как последние реагируют с натрием; в некоторых случаях (хлороформ) реакция при нимает характер взрыва.

Твердое едкое кали, и едкий натр применяют для высушивания аминов и других азотистых органических оснований.

Карбонат калия используют для высушивания спиртов, кетонов и легко окисляющихся органических оснований, которые не рекомендуется сушить едким кали.

Сульфаты натрия и магния, обезвоженные прокаливанием, применяют для высушивания органических кислот, фенолов и сложных эфиров.

Для обезвоживания этилового спирта, очень трудно отдающего воду, пользуются безводным медным купоросом и окисью кальция (негашеной известью).

Из перечисленных водоотнимающих средств наиболее энергично связывает воду металлический натрий, хлористый кальций, едкое кали, едкий натр и углекислый калий. Сернокислый натрий и магний действуют значительно слабее. Действие всех высушивающих средств значительно ослабевает с повышением температуры; поэтому перед отгонкой растворителя или перегонкой жидкости нужно обязательно отделить жидкость от высушивающего вещества путем фильтрования или осторожной декантации.

Так как на поверхности твердого высушивающего вещества всегда задерживается некоторое количество высушиваемой жидкости, то во избежание излишних потерь вещества не следует прибавлять слишком много осушителя.

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: