Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Основні правилатехніки безпеки в лабораторії органічної хімії





Синтетична органічна хімія вимагає великої уваги й обережності експериментатора. Більшість речовин, які використовують в органічній хімії, є або легкозаймистими або токсичними, або тими й іншими одночасно. З такими речовинами можна працювати безпечно лише при дотриман­ні запобіжних заходів. Тому наведемо основні правила роботи з деякими хіміч­ними речовинами і правила техніки безпеки при роботі в лабораторії органічного синтезу.

· У хімічній лабораторії в доступному місці повинні бути різні захисні засоби: вогнегасник, ковдра із вовни, ящик з піском, аптечка першої допомоги; студент зобов’язаний вміти ними користуватися.

· В лабораторії необхідно знаходитися в лабораторному халаті зі стійкого до загоряння матеріалу.

· Приймати їжу, пити і палити в лабораторії категорично забороняється!

· Кожний студент повинен працювати на закріпленому за ним робочому місці. Під час роботи не можна залишати працюючий прилад без нагляду.

· Не дозволяється нагрівати, змішувати та збовтувати реактиви поблизу від обличчя. Отвір посудини повинен завжди бути направленим від себе.

· Забороняється засмоктувати рідину в піпетку ротом, для цього користуються гумовою грушею або спеціальним дозатором.

· Будьте обережні з сильними кислотами або лугами, особливо при нагріванні. Забороняється нагрівати закупорені сосуди.

· Не можна додавати воду до концентрованих кислот або лугів! При змішуванні двох рідин необхідно дотримуватись правила: рідину з більшою густиною вливають у рідину з меншою густиною.

· Посуд з реактивами слід брати двома руками, причому однією за горловину, а другою підтримувати за дно.

· З речовинами, що виділяють шкідливі пари, з їдкими або токсичними матеріалами треба працювати тільки у витяжній шафі, надягаючи захисні рукавички. До таких речовин відносяться галогеніди фосфору, бром, усі хлорангідриди кислот, оцтовий ангідрид, нітратна кислота, концентрований розчин амоніаку, аміни.

· Під час роботи з леткими та вибухонебезпечними речовинами надягають захисні окуляри, операції проводять у витяжній шафі.

· При проведенні процесів у вакуумі обов’язково надягти захисні окуляри, користуватися захисними екранами.

· Шматочки натрію не можна залишати на робочому столі, викидати у раковину або у ящик для сміття. Залишки натрію одразу ж після розрізан­ня кладуть у посуд з гасом і закупорюють. Маленькі шматочки натрію (обрізки) на фільтрувальному папері або залишки натрію в реакторі після реакції знищують розчиненням у великій кількості метилового чи етилового спирту (обов’язково у відкритому посуді). При загорянні натрію місце горіння засипають сухим піском.

· Газові пальники не варто залишати запаленими без потреби, забороняється виконувати біля відкритого вогню інші операції, не пов’язані з нагріванням.

· Легкозаймисті речовини (ацетон, гексан, етер, спирт, бензен та ін.) не можна нагрівати на відкритому вогні. Для цього використовують водяну або масляну баню або електроплитку з закритою спіраллю.

· Забороняється збереження великих кількостей легкозаймистих розчин­ників і інших реактивів на робочих столах.

Література [1, c.546-547;2, с.5-13; 3, с.16-23 ]

Перша допомога при нещасних випадках

 

Про будь-який навіть незначний на перший погляд випадок негайно повідомити викладача!

· При попаданні хімічних реактивів на шкіру терміново і інтенсивно промити уражені місця під струменем води.

· При термічних опіках І ступеня (почервоніння, незначна припухлість) уражене місце протирають ваткою, змоченою етиловим спиртом. При опіках ІІ-ІІІ ступеня треба накласти спиртовий компрес або стерильну пов’язку.

· При хімічних опіках уражене місце треба промити великою кількістю води, а потім нейтралізувати реактив: якщо опік причинив реактив кислотної природи – 3%-м розчином соди (гідрокарбонату натрію), а якщо луг – 3%-м розчином борної або оцтової кислоти.

· При опіках бромом промивання водою неефективне: треба промити уражене місце етиловим спиртом або 10%-м розчином гідросульфіту натрію. Якщо бром не нейтралізувати, він залишає рани, що довго не загоюються.

· У випадку попадання парів брому до дихальних шляхів треба негайно вийти на свіже повітря і вдихати спиртово-амоніачний розчин.

· При порізах склом насамперед слід видалити з рани великі уламки скла і краї рани дезінфікувати 3%-м розчином йоду, а потім накласти стерильну пов’язку. При сильних кровотечах вище рани перетягнути джгутом, прикріпивши записку з точно вказаним часом накладення.

· У всіх випадках після надання першої допомоги потерпілого необхідно направити в медпункт або в поліклініку.

Література [1, c.547-548;2, с.12-13; 3, с.23-24 ]

 


Частина 1

Загальні принципи ТА методи роботи

З органічними речовинами

 

Синтез будь-якої органічної сполуки можна розділити на чотири етапи:

1. Попередній етап: ознайомлення з методикою синтезу, підготовка необхід­ної апаратури та реактивів, вивчення властивостей вихідних і кінцевих речовин, проведення розрахунків, вибір методів забезпечення необхідного температурного режиму та контролю за ступенем перетворення.

2. Головний етап: безпосереднє проведення синтезу, контроль за ступенем перетворення.

3. Найвідповідальніший етап: обробка реакційної суміші, відділення потріб­но­го продукту від розчинників, побічних речовин або неорганічних продуктів.

4. Фінальний етап: додаткове очищення (якщо потрібне) та ідентифікація отриманої речовини.

 

ПІДГОТОВКА ДО ПРАКТИЧНОЇ РОБОТИ

Планування експерименту

Планування хімічного експерименту починається з ґрунтовного, критичного читання методики синтезу, наступного її обговорення з викладачем. Потім випи­сують усі вихідні сполуки з їх необхід­ними кіль­костями та літературними кон­стантами для контролю ступеня їх чистоти. Вихідні сполуки тривалого збережен­ня варто очистити (перегонкою, кристалі­зацією або хроматографічно). Більшість розчинників перед використан­ням треба перегнати, деякі потребують додаткової хімічної обробки (наприклад, етери треба попередньо очистити від пероксидів). В разі потреби проводять перерахунок кількостей вихідних речовин у залежності від наявності цих речовин у лабораторії або від потреби в речовині, що має бути син­тезована. Обмірковують деталі реакційного приладу, способи перемішування і на­грівання. Кожна опера­ція при проведенні синтезу повинна бути спочатку обмір­кована і обговорена з викладачем, весь необхідний посуд і пристрої повинні бути знайдені і підготовлені для використання. Прилад для синтезу має бути зібраний і випробуваний, приготований хімічний посуд – чистий і сухий. Після виконання синтезу посуд повинен бути вимитий і висушений.

Більш докладно про підготовку експерименту див. [1, c.11-12; 3, с.24-26. ]

Приступати до практичної роботи можна тільки з дозволу викладача.

Кваліфіковане виконання хіміком-експериментатором практичних робіт не­можливе без знання техніки проведення основних операцій. Тому треба вивчити й освоїти ряд найчастіше застосовуваних в органічній хімії операцій. Їх правильне і акуратне виконання необхідне також для забезпечення безпечних умов праці.

Нагрівання

Однією з умов перебігу хімічних реакцій у заданому напрямі є суворе дотримання певного температурного режиму. Для перебігу будь-якої реакції необхідно, щоб відбулося зіткнення молекул з достатньою енергією активації. Один із чинників підвищення цієї енергії – нагрівання. Залежність швидкості реакції від температури описується рівнянням Арреніуса і правилом Вант-Гоффа, згідно з яким при підвищенні температури на 10 °С швидкість взаємодії речовин збільшується в 2–4 рази.

У хімічній лабораторії для нагрівання використовують різні пальники (газові або рідинні), електронагрівальні прилади та ін.

Пальники. Спиртовий пальник (рис. 1.1, а)— це резервуар з товстостінного скла, через шийку якого протягують нитяний гніт або ватяний тампон. Шийка закри­ва­ється металевим чи притертим скля­ним ковпачком. Для швидкого нагрівання до відносно високих температур (~500 °С) застосовуються газові пальники Бунзена і Теклу (рис. 1.1, б,в), які є закріпленою на металевій підставці металевою труб­кою, у нижній частині якої містяться отвори з пристроями для регулювання подачі повітря.

Увага! При поводженні з цими приладами треба дотримуватися правил техніки безпеки під час роботи з газом.

а) б)

Рис.1.1. Пальники: а – газовий Бунзена, б – газовий Теклу

Електронагрівальні прилади. Серед електронагрівальних прила­дів найпоши­ре­ніші: плитки, колбонагрівачі, сушильні шафи і бані. При використанні для нагріван­ня безпосередньо електричних плиток або пальників може відбу­ватися місцевий перегрів і часткове розкладання органічних речовин. Для збільшення рівномірності нагрівання понад 100 °С застосову­ють азбестові сітки, електроколбонагрівачі зі скловолокна з уплетеними електричними спіралями.

Нагрівальні бані. При роботі з вибухонебезпечними, легкозаймистими речовинами для запобігання місцевого перегрівання використовують різного роду нагрівальні бані. Теплопровідним середовищем у них служить: повітря, пісок, вода, органічні рідини, метали, розплави солей та ін. Вибираючи певний тип бані, врахо­вують властивості реакційної суміші і температурний режим, до­тримання якого необхідне протягом тривалого часу. Рівень речови­ни у посуді, що нагрівається, має бути нижчим або відповідати рівню теплоносія бані.

Увага! Слід пам'ятати: не можна зберігати вогненебезпечні речовини (етер, ацетон, бензен та ін.) поруч з місцями, де проводиться нагрі­вання.

Повітряні бані. Бані з жаростійкого скла з невеликою тепловою інерцією дозво­ляють не набагато збільшувати рівномірність нагрівання. Максимальна температура, що досяга­єть­ся при використанні повітряної бані з електричним обігрівом, складає 250 °С.

Піщані бані, обладнані електричними плитками або газовими пальниками, мають велику теплову інерцію і дозволяють підтримувати температуру до 400 °С. Посудину з речовинами і термометр занурюють на глибину 2–5 см у попередньо прожарений від орга­нічних домішок, а потім просіяний білий пісок.

Рідинні бані нагрівають газовими пальниками або електроплит­ками. Якщо в експерименті необхідно підтримувати температуру, що не перевищує 100 °С, використовують киплячі водяні бані (рис. 1.2). Ємкість з вогненебезпечною ре­човиною (діетиловий етер, етанол та ін.) поступово занурюють у поперед­ньо нагріту водяну баню, усунувши джерела нагрівання. Контролюють тем­пературу суміші і в разі потреби змінюютьостиглу воду на гарячу. Не можна використовувати водяні бані під час проведення експерименту з металічним калієм абонатрієм.

Масляні бані мають відносно ве­лику теплову інерцію і використовуються для нагрівання в інтервалі 100–250 °С. Температура, що мак­симально досягається, залежить від виду теплоносія (гліцерол – до 200 °C, парафін – до 220 °С, силіконове масло – до 300 °С).

Варто звертати увагу на те, що при потраплянні води нагріті мінеральні масла піняться і розбризкуються, тому на нижній кінець зворотного холодильника надягають манжету з фільтрувального паперу.

Для тривалого підтримування температури в заданому інтервалі використовують термостати.

Увага! Місцевий перегрів рідин вище їхньої температури кипіння може призвести до вибуху. Щоб цього уникнути, у холодну рідину занурюють запаяні з одного боку довгі скляні капіляри відкритим кінцем униз або поміщають дрібні шматоч­ки випаленого неглазурованого фарфору, цегли, так звані «кип'ятиль­ники». Нагрі­ваючись, вони виділяють дрібні бульбашки повітря, що забезпечують перемішу­вання. «Кип'ятильники» використовуються одноразово, тому що при охолодженні рідина заповнює їхні пори. У вакуумі кипіння регулюється барботуванням повітря або інертного газу через капіляр.

Більш докладно див. [1, c.11-15; 2, с.30-32. ]

Охолодження

При проведенні багатьох хімічних експериментів необхідне охолодження. Ця операція використовується для прискорення кристалізації, збільшення ви­ходу речовин з маточного розчину, розділення продуктів з різною розчинністю тощо. В екзотермічних реакціях виділення значної кількості тепла може призвести до перегріву реакційної суміші, а отже, стати причиною низького виходу кінцевого продукту. У цих випадках потрібне зниження темпе­ратури. Кількість тепла, що відводиться, і необхідна температура визначають вибір охолоджувального засобу.

Найпростішим дешевим і теплоємним агентом служить вода. Реакційну посудину охолоджують під струменем проточної води або періодично занурюючи в холодну воду. Циркулююча холодна вода використовується для охолодження і конденсації парів у обо­лонці холодильників. При підвищенні температури парів понад 150 °С не рекомендується застосовувати холодильники з водяним охолод­женням, тому що внаслідок різкого перепаду температур можливе розтріскування скла. Для зниження температури реакційного середовища до 0 °С використо­вується покришений лід. Суміш, що складається з льоду і невеликої кількості води, має ефективнішу охолоджувальну здат­ність, тому що досягається більший контакт зі стінками колби або пробірки.

Використання спеціальних сумішей (табл. 1.1), якими за­повнюють охолоджувальні бані, дозволяє досягти темпе­ра­тур, близьких до 0 °С і нижче. Значного зниження тем­пе­ра­тури (нижче -70 °С) досягають додаванням твердого карбон (IV) ок­сиду, так званого «сухого льоду», до окремих роз­чин­ників: ацетону (-78 °С), етеру (-77 °С), абсо­лютного метанолу (-72 °С). Холодоємність цих сумішей невелика, тому холодо­агент – карбону (IV) оксид – беруть у надлишку. Змішування компонентів про­водять у посудині Дьюара (рис. 1.3), дотри­му­ю­чись особливої обережності.

Увага! При контакті холодоагенту з розчинником відбувається сильне спінення.

Таблиця 1.1

Деякі охолоджувальні суміші

Компоненти суміші Масове співвідношення Мінімальна температура, °С
Н2О, СаСl2.2О 1:2,5 -12,4
Н2О, NH4Cl, NH4NO3 1:1:1 -25,0
Лід(сніг), NaСl(техн.) 1:1,2 -40,3
Лід(сніг), СаСl2.2О 1:1,4 -55,0

Більш докладно див. [1, c.15-17; 2, с.32-33; 3, с.32-33 ]

 

Перемішування

Для перемішування малих і середніх об’ємів гомогенних реакційних сумішей рекомендується використовувати магнітні мішалки з відповідним розміром магнітиків. При великих завантаженнях і неоднорідних розчинах, що містять багато зваженої твердої речовини, або для перемішування реакційних сумішей у круглодонних колбах застосовують механічні мішалки з затвором (рис.1.4). Механічні мішалки виготовляють із скляної палички діаметром 4–10 мм і надають руху за допомогою електричного мотора і лабораторного трансформатора.

Більш докладно див. [1, c.26-36; 2, с.29-30 ]

Збирання приладів

У методиці синтезу звичайно приводиться детальний опис приладу, що використовується. Якщо в методиці не вказано, розмір реакційних колб вибирають таким чином, щоб вони були максимально заповнені на дві третини (робота при нормальному тиску) або на половину об’єму (при роботі у вакуумі). При реакціях, що супроводжуються сильним спінюванням і виділенням газу, об’єм заповнення повинен бути зменшений.

Не використовуйте колби з тріщинами або подряпинами!

Перед завантаженням реагентів у прилад варто перевірити насамперед нор­мальну роботу механічних і магнітних мішалок, краплинних лійок і надійність з'єд­нання шліфів. Шліфи при збиранні приладу промащуються спеціальним зма­щенням. Якщо реакція йде у водному розчині, то шліфи змащують ланоліном або ва­зеліном, а якщо у неводному, то використовують змащення на основі гліцеролу

та крохмалю. При правильному з'єднанні і змащенні шліфи повинні бути прозорими.

Більш докладно див. [1, c.566-574; 2, с.22-27; 3, с.289-307 ]

Багато органічних реакцій (наприклад, реакція Гріньяра, синтез на основі малонового естеру та ін.) проводять у повній відсутності слідів води. Для цього використовують сухі реагенти й абсолютні розчинники. Зворотний холодильник і краплинну лійку захищають від доступу вологи хлоркальцієвими трубками. Хлоркальцієві трубки заповнюють прожареним гранульованим хлористим кальцієм, поміщеним між двома ватними кульками, що повинні пропускати повітря.

При проведенні синтезу прилад не повинний бути цілком герметизований!

1.2 Виділення ТА очистка отриманих сполук

Мета синтетичного експерименту – виділення продукту з максимально високим виходом і високим ступенем чистоти. Препаративні органічні реакції рідко приводять до повного перетворення вихідних сполук у кінцевий продукт. Отже, суміш, що отримана в результаті реакції, яка протікає навіть з гарним виходом (70–80 %), може бути досить складною. Вона складається з розчинника, який використовується в реакції, основного і побічного продуктів, вихідних речовин, які не прореагували, а також полімерів, смол і, можливо, неорганічних речовин, що утворились в результаті реакції.

У більшості випадків для виділення кінцевого продукту потрібні операції, що включають послідовне застосування різних методів. Методи, що використовуються при обробці реакційних сумішей, залежать від властивостей отриманих сполук. Насамперед, варто звернути увагу на наступні властивості синтезованих сполук:

· леткість (наприклад, при відгонці розчинника);

· полярність (наприклад, при екстракції з водної фази);

· стійкість стосовно води, кислот і основ;

· термостійкість (важливо при перегонці);

· відношення до світла і кисню повітря (важливо при сушінні та зберіганні).

Варто запам'ятати: помилки при обробці реакційної суміші часто приводять до значного зниження виходу синтезованих продуктів!

Загальними методами обробки реакційних сумішей є:

а) обробка реакційних сумішей органічними розчинниками, водою або водними розчинами кислот і лугів з наступною екстракцією;

б) відгонка розчинників і очищення залишку перегонкою, кристалізацією або хроматографічно;

в) безпосереднє виділення перегонкою (рідкі продукти) або перекристалізацією (тверді продукти).

Виділення нестабільних у водному середовищі речовин проводять відповідно до пунктів б) і в).

Більш докладно див. [ 1, c.60-98; 2, с.40-60; 4, с.17-33; 5, с.35-79].

Екстракція

Екстракцію проводять з водної (нейтральної, кислої або основної) фази розчинником, що не змішується з водою (наприклад, дихлорометан, диетиловий етер, бензен, етилацетат, хлороформ та ін.). У випадку полярних продуктів (наприклад, спирти, карбонові кислоти, аміни) водну фазу перед екстракцією насичують хлористим натрієм, щоб зменшити розчинність органічної речовини в воді і таким чином підвищити вихід органічного продукту.

Екстракцію можна проводити дискретно в ділильній лійці або безупин­но, користуючись насадкою-екстрактором Сокслета або Тілепане (рис. 1.6). Процес екстракції в ділильній лійці полягає в змішанні органічного розчину з водою (або розведеними кислотами і лугами), струшуванні лійки, щоб цілком перемішати обидва шари, відстоюванні суміші до повного поділу шарів і відділенні нижнього шару. Ділильну лійку заповнюють не більше ніж на дві третини її об’єму, попередньо перевіривши кран лійки на герметичність!

 

   
а б в

Рис. 1.6. Ділильні лійки (а), апарати Сокслета (б), насадка Тілепане (в).

 

Після заповнення ділильну лійку закривають пробкою і, дотримуючи пробку однією рукою і закритий кран іншою, перевертають лійку пробкою вниз і плавними круговими рухами обертають її протягом декількох секунд, щоб утворився вир (але не трясуть її). При переверненій нагору лійці обережно відкривають кран, щоб забрати тиск (тиск може значно зрости при використанні летких розчинників, наприклад, етеру). Потім кран закривають, обертають лійку більш енергійно і знову в переверненому положенні (краном нагору) відкривають кран. Ця процедура повторюється до припинення збільшення тиску.

Після цього ділильну лійку струшують ще раз, але не занадто енергійно, щоб не утворилася емульсія, яку звичайно важко зруйнувати. Потім лійку затискають лапкою або поміщають у кільце і дають постояти, щоб відбувся розподіл двох фаз і між ними утворилася чітка грань. Нижній шар може бути водним або органічним, у залежності від їх густини, у випадку сумніву варто відокремити небагато рідини і переконатися, змішується вона з водою чи ні). Процес екстракції звичайно повторюють три рази, поєднуючи порції екстракту. До завершення роботи необхідно зберігати обидва розділених шари.

Видалення кислоти з органічної фази проводять струшуванням з насиченим водним розчином бікарбонату натрію (так відокремлюють карбонові кислоти або сульфокислоти від нейтральних продуктів). Видалення основ проводять струшуванням з 1М розчином соляної кислоти (це неприпустимо у випадку речовин, нестійких у кислому середовищі). Після цього об’єднані органічні фази (витяжки) промивають насиченим розчином хлористого натрію і висушують.

Безперервну екстракцію твердої речовини проводять в апараті Сокслета (рис. 1.6, б), або Тілепане (рис.1.6, в). Розчинник в колбі (1) частково випаро­вуєть­ся при кипінні; конденсат стікає на речовину, що підлягає екстракції і знаходиться в екстракційній гільзі (3), проходить крізь нього і стікає назад у колбу. При цьому концентрація необхідної речовини у розчиннику підвищується. Насадка Тілепане діє за принципом проточного екстрактора: гарячий концентрат безперервно стікає в колбу. Екстрактор Сокслета відрізняється наявністю бокової сифонної трубки (2), через яку екстракт зливається в колбу періодично: лише тоді, коли рівень рідини в насадці підніметься до верхнього коліна сифона. Речовина, що екстрагується таким чином, повинна бути важчою ніж розчинник.

Більш докладно див. [1, c.85-90; 2, с.46-49; 5, с.54-57; 6, с.86-91 ]

 

Висушування

По закінченні водної екстракції органічний шар містить деяку кількість води як у вигляді невеликих крапель, так і в розчиненому стані. Воду можна видалити додаванням невеликої кількості неорганічного осушувача, який потім відфільтровують.

Як осушувачі використовують неорганічні безводні солі, що здатні утворювати з водою кристалогідрати. Сульфат натрію (осушувач середньої сили) застосовується для висушування речовин, чутливих до кислот і лугів. Перевагу віддають безводному сульфатові магнію, тому що він дешевий, ефективний і нейтральний стосовно більшості функціональних груп і має гарну здатність висушувати. Для сушки ацетону та амінів досить часто використовують поташ – карбонат калію.

Для швидкого (15–30 хвилин) висушування сильно зволожених ефірних розчинів особливо ефективний хлорид кальцію, але його не рекомендують використовувати для висушування органічних кислот, спиртів, фенолів, амінів, амідів, альдегідів, кетонів і естерів, тому що він містить домішки, що мають лужний характер.

Процедура висушування полягає в наступному: органічний розчин поміща­ють у суху конічну колбу і додають приблизно 1 моль осушувача на 10 моль роз­чину. Суміш залишають на 15–30 хвилин (для повного висушування на 10 го­дин), час від часу помішуючи або струшуючи колбу, а потім фільтрують через паперо­вий складчастий фільтр або через суху лійку Бюхнера чи Шотта під ваку­у­мом.

Висушування твердих речовин проводять у простому або вакуумному екси­каторі (рис.1.7, а) з використанням в якості осушувачів хлориду кальцію, концентрованої сульфатної кислоти або пентаоксиду фосфору. Для цієї мети тверду речовину насипають у скляну або фарфорову чашку тонким шаром (при висушуванні у вакуумі накривають годинним склом) і поміщають у ексикатор, що містить на дні осушувач. Ексикатор, поміщений у захисний кожух або обмотаний рушником, вакуумують за допомогою водоструминного насоса до тиску 10–12 мм рт. ст.. Між водоструминним насосом та ексикатором обов’язково повинна бути встановлена запобіжна склянка (див. рис.1.12, 7). Перед заповненням ексикатора повітрям спочатку перекривають його кран, потім відкривають кран на повітря на манометрі і від'єднують водоструминний насос. Далі закривають кран ексикатора шматочком фільтрувального паперу (він запобігає розпиленню речовини й осушу­вача) і обережно його відкривають. Термостабільні сполуки сушать у вакуумному сушильному приладі (пістолет Фішера) (рис.1.7, б).

     
а б в
Рис.1.7. а – вакуумний ексикатор; б – пістолет Фішера (1 – внутрішня пробірка; 2 – зворотний холодильник; 3 – колба з рідиною; 4 – колба з осушувачем; 5 – речо­вина, що висушується; в – прилад для азеотропної сушки з насадкою Дина-Старка

Для висушування рідин, особливо органічних розчинників, що утворюють з водою азеотропні суміші, використовують азеотропну сушку, яку проводять у приладі з насадкою Дина-Старка (рис.1.7, в). Так, бензен утворює з водою азеотропну суміш складу 91:9 і т. кип. 69,2 оС, що на 11оС нижче ніж температура кипіння більш леткого компоненту – бензену. При охолодженні ця суміш розді­ляється на два шари – водний (знизу) і бензеновий (зверху). При накопиченні достатньої кількості води нижній шар зливають і продовжують кип’ятіння до досягнення стану, при якому кількість водної фази залишатиметься постійною на протязі 10–20 хвилин. Таким чином можна розділяти суміші з водою тільки таких речовин, що мають меншу густину ніж вода (бензен, толуен, ксилен). Для від­ді­лення води від сумішей з більш важкими хлороформом і тетрахлорметаном існу­ють спеціальні пристрої, які тут не наводяться. За допомогою приладу з насадкою Дина-Старка можна також спостерігати за протіканням реакцій, в яких виді­ляєть­ся вода. Наприклад, при проведенні естерифікації, постійно видаляючи воду з зони реакції, можна зміщувати рівновагу хімічної реакції в потрібному напрямку.

Докладніше див. [1, c.52-59; 2, с.34-37; 5, с.45-49; 6, с.46-51 ].

Видалення розчинника

 

Розчинники видаляють або простою відгонкою, або найчастіше відгонкою на роторному випарнику. Роторний випарник (рис.1.8) – це пристрій для швидкого видалення розчинників при відгонці у вакуумі. При роботі на роторному випарнику дотримуються наступної послідовності операцій:

1) Розчин для випарювання поміщають у круглодонну колбу відповідного розміру, заповнену не більш ніж наполовину, і приєднують її до приладу, закріпивши хомутиком або гумкою.

2) Підключають воду до холодильника, включають водоструминний насос і мотор, що забезпечує обертання колби.

3) Тільки після встановлення вакууму під колбу поміщають баню з теплою (не гарячою!) водою або етиленгліколем і встановлюють необхідну температуру нагріву. Для розрахунку температури кипіння в залежності від тиску користуються номограмою, наведеною в розділі 1.2.7.

При обертанні на внутрішній поверхні колби завжди залишається плівка рідини, а зовнішня поверхня підігрівається банею. Це підвищує швидкість відгонки розчинника та виключає місцевий перегрів і спінювання рідини в колбі. Підключення роторного випарника до водоструминного насоса створює вакуум, що дозволяє легко видаляти "леткі" розчинники з температурою кипіння до 100оС при температурі бані 50–60оС. При необхідності, водоструминний насос може бути замінений на вакуумний (при роботі з вакуумним насосом використовувати захисні окуляри!)

Докладніше див. [1, c.52-59; 4, с.45-47, 5, с.49-50 ]

 

 

Рис.1.8. Роторний вакуум-випарник: 1 – баня; 2 – колба з розчином; 3 – електро­мо­тор з приводом; 4 – водяний зворотній холодильник; 5 – колба-приймач дисти­ляту; 6 – відвід до вакуум-насоса; 7 – вхід і вихід води; 8 – кран для врівно­важення тиску, або (в спеціальних конструкціях) для подачі упарюваної рідини.

Кристалізація

 

Перекристалізація – один з найважливіших методів очи­щення твердих речовин як у лабораторних, так і в промислових умовах. Він ґрунтується на різній розчин­нос­ті речовин залежно від температури. Забруднену речовину при нагріванні розчи­ня­ють у відповідному розчиннику й одержують насичений розчин. Гаря­чий роз­чин фільтрують, звільняючи від нерозчинних домішок (якщо вони присутні), потім фільтрат охолоджу­ють. При охолодженні насиченого розчину роз­чинність речовини зменшується і певна частина розчиненої речовини випадає у вигляді осаду, що містить менше домі­шок, ніж вихідна речовина. Далі відділяють кристали від маточного розчину фільтруванням і сушать їх. Метод застосовується для речовин, в яких розчинність істотно зростає з підвищенням температури. Для того щоб досягти високого ступеня чистоти, може знадобитися кількаразова перекристалізація.

Для успішної кристалізації надзвичайно важливим є правильний вибір розчинника, у якому речовина, що очищається, легко розчиняється при нагріванні і практично не розчиняється на холоду й у якому добре розчинні домішки. На практиці розчинник підбирають шляхом серії пробних кристалізацій. Загальна закономірність " подібне розчиняється в подібному ", тобто полярні сполуки більш розчинні в полярних розчинниках, ніж у неполярних, і навпаки.

Необхідно пам’ятати, що більшість розчинників, особливо тетрахлорометан, бензен і хлороформ, є токсичними і працювати з ними потрібно акуратно.

 

Таблиця 1.2

Розчинники, які застосовуються для перекристалізації

Властивості Клас сполук Розчинники
Гідрофобні Вуглеводні, галогенопохідні вуглеводнів, етери Вуглеводні, етер, галогенопохідні вуглеводнів
  Аміни, естери, нітросполуки Естери
  Нітрили, кетони, альдегіди Спирти, діоксан, оцтова кислота
  Феноли, аміни, спирти, карбо­нові кислоти, сульфокислоти Спирти, вода
Гідрофільні Солі Вода

Готування насиченого розчину. Після підбору розчинника твердий продукт, що очищається, перш за все зважують, а потім поміщають у конічну колбу зі шліфом потрібного об’єму. Додають мінімальну кількість розчинника, щоб покрити їм тверду речовину. Приєднують до колби зворотний холодильник і нагрівають суміш на водяній бані або електроплитці до кипіння. Нагрівають протягом декількох хвилин і при цьому частина твердої речовини розчиняється. Потім через зворотний холодильник піпеткою додають розчинник невеликими порціями до повного розчинення твердої речовини. Після кожного додавання розчинника дають можливість вмістові в колбі кипіти протягом декількох хвилин для розчинення твердої речовини. Пам’ятайте, що необхідно використовувати мінімальний об’єм розчинника.

Якщо в розчині присутні нерозчинні домішки, потрібно провести фільтрування гарячого розчину. Інтенсивно зафарбовані розчини, що містять домішки смоли, знебарвлюють деревним вугіллям. Для цього розчин трохи охолоджують, додають порошкоподібне деревне вугілля (1-3% від маси органічної твердої речовини), доводять розчин до кипіння і кип'ятять зі зворотним холодильником протягом 10–20 хвилин. Деревне вугілля видаляють гарячим фільтруванням.

Кристалізацію проводять двома способами:

· після гарячого фільтрування насичений розчин повільно охолоджують до кімнатної температури, а потім поміщають у холодильник (Занадто сильне і швидке охолодження часто не приводить до кристалізації);

· у насичений розчин при кімнатній температурі додають по краплях другий розчинник, у якому речовина погано розчиняється, доти, поки не з'явиться слабка опалесценція, а потім ще додають одну або дві краплі першого розчинника, щоб усунути помутніння (утворення двох фаз не повинне відбуватися).

У деяких випадках кристали при охолодженні розчину не утворюються, навіть якщо розчин перенасичений. Це може відбуватися через відсутність центрів, що ініціюють утворення кристалів. Для прискорення процесу кристалізації застосовують кілька способів:

· додають "затравочний" кристал тієї ж самої речовини (для цієї мети корисно залишати невелику кількість неочищеної речовини),

· потирають скляною паличкою з гострими краями по внутрішній стороні колби на рівні рідини, що приводить до утворення нерівностей на скляній поверхні, що служать центрами росту кристалів,

· розчин переохолоджують (до -70 оС) і повільно нагрівають до кімнатної температури з одночасним потиранням скляною паличкою.

Температура для найкращого утворення зародків кристалів лежить на ~100 оС, а для найкращого росту кристалів на ~50 оС нижче температури плавлення сполуки, що кристалізується.

Варто звернути увагу на те, щоб температура кипіння розчинника була нижче температури плавлення речовини, яку необхідно перекристалізувати, як мінімум на 30 оC. При порушенні такого інтервалу температур речовина, як правило, виділяється у вигляді масла.

Після проведення кристалізації кристали відфільтровують, сушать і зважують. Низький вихід речовини, що очищується, вказує на те, що розчинник, що був використаний, не був ідеальним або його було взято занадто багато. У таких випадках з фільтрату (маточного розчину) можна додатково виділити кристали після видалення надлишку розчинника на роторному випарнику й охолодженні розчину, що залишився. Як правило, ці наступні порції речовини менш чисті, ніж виділені раніше.

 

Фільтрування

 

Після завершення кристалізації кристали відокремлюють від маточного розчину простим чи вакуумним фільтруванням (рис. 1.8).

Для простого фільтрування використовують лійку зі складчастим фільтром.

Для вакуумного фільтрування звичайно використовують два типи фільтрувальних лійок:

· зі скляною пористою пластинкою різного ступеня пористості [від 1 (грубозер­нисті) до 5 (дрібнозернисті), пористість 3 є найпоширенішою] (рис. 1.9, а),

· лійки типу Бюхнера (рис. 1.9, б, для великих кількостей речовин) і Хирша (рис. 1.9, в), для малих кількостей речовин), із вкладеними в них кружками фільтрувального паперу.

Обидва типи лійок мають широкий набір можливих розмірів.

 

((__lxGc__=window.__lxGc__||{'s':{},'b':0})['s']['_228467']=__lxGc__['s']['_228467']||{'b':{}})['b']['_699615']={'i':__lxGc__.b++};







ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

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

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...





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


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.