какие газы можно сушить серной кислотой

Сушка газов

Для сушки газы обычно пропускают через слой твердого осушителя или через концентрированную серную кислоту. Сушка газов серной кислотой требует особой осторожности: конструкция склянки должна исключать возможность переброса жидкости при движении газа в обратную сторону; в этом случае наиболее удобны склянки Тищенко для жидкостей (см. рис, 55), а применение обычных склянок Вудьфа и Дрекселя требует установки предохранительных сосудов (рис. 87). Следует иметь в виду, что если слой серной кислоты, через который пробулькивают пузырьки осушаемого газа, мал, а скорость подачи газа значительна, последний не успевает полностью осушиться. Чтобы повысить эффективность промывных склянок, их заполняют какой-либо насадкой, например стеклянными бусами, а серную кислоту наливают в таком количестве, чтобы она не покрывала насадку полностью.

Расход газа должен быть не больше такого значения, при котором еще удается считать отдельные пузырьки.

Твердые поглотители рекомендуется помещать в специальные колонки и U-образные трубки, а также склянки Тищенко для твердых тел. В отводные трубки склянок обязательно вводят по куску ваты для задержки мельчайших частиц осушителя.

Для осушки газов следует использовать поглотители в виде небольших гранул. Порошкообразные осушители создают очень большое сопротивление току газа, а крупные куски малоэффективны.

Хорошие результаты при осушке газов могут быть достигнуты лишь при использовании батареи из нескольких поглотительных склянок. Первые склянки заполняют дешевыми поглотителями, последние — наиболее эффективными, поглощающими последние следы влаги.

Отлично зарекомендовали себя в работе колонки для осушки газов с помощью гранулированных адсорбентов (например, цеолитов или селикагеля), позволяющие периодически регенерировать поглотитель (рис. 88). На внутреннюю трубку из термостойкого стекла, заполненную осушителем, наматывается ки-хромовая проволока из расчета для цеолитов на температуру около 300°С и для силикагеля на 200°С. При необходимости регенерации адсорбента в колонку подается слабый ток газа и включается обогрев. Через несколько часов колонка готова для дальнейшей работы. Применение вакуума ускоряет регенерацию. Батареи таких колонок устанавливаются стационарно в удобном месте и исправно служат в течение нескольких лет, не требуя ухода.

Освобождение газов от остатков органических растворителей и прочих летучих примесей может быть осуществлено с помощью соответствующих поглотителей. Так, жирные и ароматические углеводороды, эфиры и спирты хорошо поглощаются парафином, силикагелем. Летучие основания эффективно улавливаются концентрированной серной кислотой, летучие кислоты — едкими щелочами.

При необходимости сушки больших количеств влажных газов твердые поглотители неудобны, поскольку их приходится часто заменять.

Этого недостатка лишен способ сушки газов путем вымораживания. Применение охлаждающих смесей на основе твердого диоксида углерода обеспечивает быстрое и достаточно полное удаление воды и паров органических растворителей. При наличии в лаборатории достаточных количеств сухого льда этот способ сушки является, безусловно, самым предпочтительным. Он дает наилучшие результаты для защиты масляных вакуум-насосов от влаги и органических растворителей, поскольку охлаждаемые ловушки обладают минимальным сопротивлением.

Предложено много конструкций холодильных ловушек. Наиболее удачна ловушка, изображенная на рис. 18. По мере накопления в колбе конденсата его можно удалять, не прерывая процесса.

При сушке жидкостей и газов успех во многом определяется правильным выбором осушителя, который должен:

1) быть химически инертным по отношению к осушаемому растворителю, а при высушивании растворов— и к растворенному соединению;

2) обеспечивать быстрое и достаточно полное удаление влаги;

3) поглощать значительное количество воды по отношению к своей массе;

4) быть доступным и дешевым веществом. Ниже приводится краткое описание некоторых распространенных осушающих средств. Более подробные сведения, а также конкретные рецепты следует искать в специальных руководствах.

Синтетические цеолиты (молекулярные сита). В качестве осушителей цеолиты обладают уникальным комплексом полезных свойств и практически лишены недостатков.

В лабораториях, располагающих достаточным количеством молекулярных сит и муфельной печью для их обжига, проблема выбора осушителя значительно упрощается: за редким исключением цеолиты предпочтительнее любых других осушителей.

Синтетические цеолиты сорбируют лишь те соединения, молекулы которых способны проникнуть 4 поры кристаллической решетки. Для сушки газов и органических растворителей наиболее широко используют молекулярные сита а марон КА и NaA (диаметр нор, соответственно, 30 и 40 мм), выпускаемые в виде гранул цилиндрической и сферической формы. Цеолиты КА адсорбируют воду, аммиак и не задерживают молекулы больших размеров, поэтому могут быть иснользованы для сушки растворителей с небольшой молекулярной массой (метиловый, этиловый и изопропиловый спирты, ацетон, ацетонитрил). Для растворителей с более крупными молекулами пригодны молекулярные сита марки NaA.

Перед повторным использованием цеолиты прокаливают при 320 °С в течение 8—10 ч, предварительно удалив остатки растворителя путем испарения в сушильном шкафу или промывки горячей водой.

Молекулярные сита относятся к быстродействующим осушителям, однако осушка растворителей простым выдерживанием над гранулами без перемешивания требует довольно длительного времени из-за небольшой скорости диффузии. Отличные результаты дает пропускание растворителя через колонку с цеолитами длиной не менее 50 см.

По эффективности цеолиты превосходят большинство осушающих средств. С их помощью удается понизить остаточную влажность растворителей до тысячных и даже десятитысячных долей процента. Молекулярные сита КА и NaA поглощают не менее 15°С, (масс.) воды.

Источник

Высушивание

Под высушиванием (осушением) обычно понимают удаление воды или остатков растворителя из жидкого, твердого или газообразного вещества.

Высушивание можно проводить физическими методами, обычно используемыми для разделения и очистки веществ (испарение, вымораживание, экстракция, азеотропная перегонка, дистилляция, сублимация и др.), а также с помощью осушающих реагентов.

При выборе способа осушения следует учитывать агрегатное состояние вещества, его химические свойства, содержание воды или другого вещества, которое надо удалить при сушке, и требуемую степень осушения.

Осушающие вещества

Химические осушающие реагенты можно разделить по способам связывания ими воды на три основные группы.

1. Вещества, образующие с водой гидраты. Это безводные соли (СаСl2, К2СО3) или низшие гидраты, переходящие при контакте с водой в устойчивые высшие гидраты (Mg(ClO4)2-2Н2O).

2. Вещества, поглощающие воду в результате химической реакции, например некоторые металлы (Na, Са) и оксиды (Р4O10, СаО).

3. Вещества, поглощающие воду за счет физической адсорбции, например активный оксид алюминия, силикагель, цеолиты.

Вещества, образующие гидраты

Хлорид кальция СаСl2 наиболее часто используется как наполнитель осушающих трубок и колонок при сушке газов, как поглотительный реагент в эксикаторах и для непосредственного осушения многих органических жидкостей.

Ангидрон применяется для поглощения паров воды в элементном анализе органических веществ при определении содержания водорода, а также для определения абсолютной влажности воздуха. По эффективности высушивания ангидрон не уступает оксиду фосфора (V), выгодно отличаясь от последнего тем, что применяется в виде зерен, не спекается при поглощении паров воды и не образует в колонке каналов.

Перхлорат магния поступает в продажу также и в виде тригидрата Mg(ClO4)2-3H2O, который по осушающему действию сопоставим с конц. H2SO4.

При использовании перхлоратов следует иметь в виду, что сильные минеральные кислоты и кислотные оксиды разлагают их с выделением свободной хлорной кислоты, способной взрываться при взаимодействии с осушаемым газом. Поэтому нельзя последовательно соединять поглотительный сосуд с Mg(СlO4)2 и промыватель с конц. H2SO4.

Карбонат калия безводный (плавленый поташ) К2СО3 применяют для осушения жидкостей и растворов веществ в органических растворителях, когда можно не опасаться щелочности реагента (осушение органических оснований, спиртов и т. д.), В лабораторных условиях осушитель готовят непродолжительным нагреванием товарного карбоната калия на металлической сковороде.

Сульфат кальция безводный Ca2SO4 по осушающей эффективности сходен с конц. H2SO4. Применяют для осушения газов и жидкостей, а также для наполнения эксикаторов.

Гидроксиды натрия и калия NaOH и КОН применяют для наполнения поглотительных трубок, колонок (при осушении газов) и эксикаторов, а также для непосредственного осушения некоторых органических жидкостей. Плавленый NaOH для осушения газов столь же эффективен, как и гранулированный СаСl2. Эффективность плавленого КОН во много раз больше эффективности NaOH.

Гидроксиды щелочных металлов часто используются для одновременного поглощения Н2O и СO2.

Вещества, связывающие воду в результате химической реакции

С галогенами (за исключением фтора) оксид фосфора не реагирует. С сухими HF, НСl и HBr образует оксигалогениды и метафосфорную кислоту:

Оксиды кальция и бария СаО и ВаО рекомендуются исключительно для осушения низших спиртов, в которых образующиеся гидроксиды кальция и бария нерастворимы.

Вещества, связывающие воду в результате адсорбции

Преимущество сорбентов заключается в том, что они доступны, большей частью химически инертны по отношению к осушающему газу, не создают значительного сопротивления току газа (при использовании их в зерненом виде) и легко регенерируются нагреванием в токе сухого воздуха.

По осушающей активности цеолиты намного превосходят алюмогель и силикагель. Цеолиты некоторых марок интенсивно поглощают пары воды даже при 100°С, а аммиак при 250-300°С, когда силикагель полностью теряет активность. Так, например, цеолит марки КА адсорбирует при обычной температуре преимущественно молекулы воды. При 70°С 1 см3 таблетированного цеолита КА удерживает 62-85 мг Н2O.

Высушивание твердых веществ

Процесс высушивания твердых веществ большей частью основан на испарении влаги, которое может быть проведено при комнатной температуре или при нагревании. Влага испаряется в том случае, когда давление паров воды над поверхностью твердого осушаемого вещества превышает парциальное давление паров воды в окружающей газовой фазе. Давление паров воды в осушаемом веществе резко возрастает с увеличением температуры. Поэтому высушивание стараются осуществлять при повышенной температуре. Снизить парциальное давление паров воды в газовой фазе можно применением вакуума или осушением с помощью веществ, эффективно поглощающих влагу из газовой фазы.

Многие твердые негигроскопичные вещества можно высушивать на открытом воздухе при обычной температуре. Влага с поверхности вещества будет испаряться до тех пор, пока не установится равновесие между давлением водяных паров в испытуемом веществе и в воздухе. Для ускорения процесса, если это допустимо, высушивание проводят при движении воздуха или перемешивании материала. Толщина слоя высушиваемого материала не должна превышать 1-2 см. В результате высушивания на воздухе получают воздушно-сухой продукт с весьма неравномерным содержанием остаточной влаги. Часто высушивание на воздухе предваряет высушивание другими методами. Высушивание твердых веществ на воздухе лучше всего проводить на фильтрокерамических пластинках; при высушивании на фильтровальной бумаге продукт загрязняется ее волокнами.

Осушаемое на воздухе вещество целесообразно покрывать фильтровальной бумагой, чтобы защитить его от пыли и механических загрязнений. Кроме того, надо учитывать фотохимическое действие освещения на продукт. Так, многие бромиды при высушивании на воздухе желтеют под действием света.

Твердые вещества, устойчивые термически, могут быть высушены в сушильных шкафах. В сушильных шкафах нельзя удалять летучие вещества, например остатки летучих органических растворителей, так как смесь паров растворителя с воздухом может взорваться при контакте с проволочной спиралью нагревателя, и нельзя высушивать низкоплавкие вещества.

При высушивании мелкокристаллических веществ на их поверхности может образоваться плотная корка, значительно снижающая скорость осушения. В этих случаях осушаемое вещество в процессе сушки следует многократно перемешивать. Вещества, легко разлагающиеся или изменяющиеся при нагревании до 100°С, следует сушить в вакуум-сушильных шкафах.

В последнее время в лабораторной практике стали применять сушильные установки, в которых в качестве источника тепла используют инфракрасные лампы. Инфракрасные лучи с длиной волны 1000-3000 нм обладают достаточной проникающей способностью и не вызывают химических изменений в осушаемом веществе. Сушка происходит при более низкой температуре и быстрее, чем при обычном нагревании веществ. Приборы для высушивания материалов инфракрасным облучением выпускаются серийно. Потребляемая мощность лампы 500 Вт. Время высушивания навески в 3 г от 5 до 10 мин. Вначале включают лампу, и в центр освещенного круга помещают резервуар термометра. Регулируя высоту рефлектора, создают требуемую температуру для осушения вещества. После этого в центр освещенного круга помещают сосуд с осушаемым веществом на установленное время.

Высушивание твердых веществ воздухом, осушаемым химическими реагентами, в лабораторных условиях осуществляется в эксикаторах. Осушающий реагент подбирают в зависимости от химических свойств высушиваемого вещества. Чаще всего на дно эксикатора помещают безводный CaCl2, Mg(ClO4)2, Р4О10, плавленый КОН, силикагель, цеолиты. Для удаления остатков углеводородных растворителей в качестве заполнителя для эксикатора применяют парафиновые стружки или полоски фильтровальной бумаги, пропитанные расплавленным парафином.

В эксикаторе водяные пары перемещаются вследствие диффузии или конвекционных токов и поэтому высушивание происходит медленнее, чем в токе воздуха. Для ускорения процесса при комнатной температуре используют вакуум-эксикаторы. Вакуум создается обычно водоструйным насосом. В тех случаях, когда малые количества вещества необходимо осушить в вакууме при повышенной температуре, применяют прибор, называемый «осушительным пистолетом» (рис. 127). В реторту 4 помещают поглотитель влаги (Р4О10, СаСl2, адсорбенты). В колбу 3 наливают до половины объема жидкость с определенной температурой кипения и вносят несколько «кипятильных камешков». В сосуд 1 в фарфоровой лодочке 5 вносят высушиваемое вещество. Кран реторты соединяют с вакуум-насосом. Жидкость в колбе 3 нагревают до кипения. Горячие пары омывают сосуд 1, конденсируются в холодильнике и вновь стекают в колбу 3. Через некоторое время в сосуде 1 устанавливается температура, равная температуре паров применяемой жидкости.

В качестве теплоносителя обычно применяют негорючие жидкости: хлороформ (tкип = 61 °С), трихлорэтилен (tкип = 86 °С), воду (tкип = 100 °С), тетрахлорэтилен (tкип = 120 °С), трихлорэтан (tкип = 146 °С).

Твердое вещество (осадок) можно обезвоживать экстракцией растворителем, который смешивается с водой, но в котором осадок не растворяется или очень плохо растворяется. Например, для быстрого высушивания осадков применяют ацетон, метиловый или этиловый спирт, эфир. Высушивание влажных кристаллических осадков может быть выполнено одним из следующих приемов.

1. Высушиваемое вещество помещают в коническую колбу с пришлифованной стеклянной пробкой, куда прибавляют соответствующий растворитель в таком количестве, чтобы над осадком был слой растворителя в несколько сантиметров. Колбу закрывают и энергично встряхивают около 1 мин, после чего дают отстояться 15-20 мин. Затем осторожно сливают растворитель и заменяют его свежей порцией. Растворитель меняют 3-4 раза, после чего осадок переносят на воронку с пористым дном (воронка Бюхнера), отфильтровывают при разрежении и, если осушаемое вещество негигроскопично, высыпают на керамическую пористую плитку, покрывают листом фильтровальной бумаги и оставляют на воздухе (или под тягой) до полного испарения растворителя. Гигроскопические вещества досушивают в вакуум-эксикаторе или в вакуум-сушильном шкафу.

2. Высушиваемое вещество помещают на воронку с пористым стеклянным дном и понемногу поливают высушивающей жидкостью (растворителем). Затем воронку присоединяют к установке для отсасывания и отфильтровывают растворитель. Отключив установку от источника вакуума, осадок на фильтре разрыхляют стеклянной палочкой или фарфоровым шпателем, вновь приливают растворитель, дают осадку постоять под слоем растворителя 10-15 мин, после чего вновь подключают установку к источнику вакуума. Фильтруют до тех пор, пока не перестанет чувствоваться запах растворителя. Когда это достигнуто, отключают вакуум, а обезвоженный осадок помещают в банку.

Высушивание жидкостей и растворов

Жидкости, содержащие относительно большие количества воды, высушивают в два этапа: сначала физическими методами, а затем доосушивают с помощью химических осушающих реагентов и адсорбентов.

Если осушаемое вещество очень плохо растворяет воду, но образует с ней двойные или тройные азеотропные смеси, то его можно осушить, отогнав небольшую часть его вместе с водой. До тех пор, пока отгоняется бинарная смесь, дистиллят остается мутным.

В сочетании с азеотропной отгонкой осушение можно проводить методом экстракции. К осушаемой жидкости прибавляют такое количество не смешивающегося с водой органического растворителя, чтобы отделился водный слой, после чего остаток воды из раствора органического растворителя удаляют азеотропной перегонкой.

Осушение органических жидкостей чаще всего проводят при их непосредственном контакте с осушающим реагентом. Осушитель, образующий с водой концентрированные растворы (СаСl2, К2СО3, КОН), прибавляют к осушаемому веществу частями, а образующийся раствор осушающего реагента в воде отделяют в делительной воронке. По окончании высушивания жидкость отделяют от твердого осушающего реагента фильтрацией.

В случае водных растворов термически нестойких веществ применяют лиофильную сушку. Принцип проведения лиофильной сушки весьма прост. Водный раствор полностью замораживают в тонком слое и выдерживают в вакууме 1,33-266 Па (0,01-2 мм рт. ст.). При этом давлении вода быстро испаряется (возгоняется) и замороженный раствор постепенно охлаждается. Удаляемые водяные пары улавливают в охлаждаемых ловушках или при помощи адсорбентов. Лиофильная сушка не сопровождается вспениванием, приводит к образованию мелкокристаллического продукта повышенной растворимости, предохраняет продукт от окислительного действия кислорода воздуха и сохраняет биологическую активность осушаемых веществ.

Осушение газов

Для осушения газов конц. H2SO4 используют сосуды для жидких промывателей (рис. 129). При этом необходимо обеспечить хороший контакт газа с осушающим реагентом и следить за тем, чтобы капельки реагента не уносились током газа. Это достигается подбором высоты осушающего слоя и скорости газа. Сосуды для жидких промывателей можно включать по два последовательно.

На рис. 130 изображена поглотительная колонка с самоорошением для очистки газа. Газ проходит в трубку 1. Дополнительный поток газа поступает в трубку 2. Увлекая в тройнике капельки жидкости, газ гонит их цепочкой по трубке 4 вверх. Выходя из узкого отверстия над насадкой 3, пузырьки газа лопаются и разбрызгивают жидкость по насадке. Стекающая жидкость отделяется от газа в приемнике и снова возвращается в цикл. Трубку 4, в которой поднимается цепочка пузырьков, делают узкой, так как в противном случае цепочка будет рваться.

Для высушивания газов (паров) наибольшее значение имеют адсорбенты (оксид алюминия, силикагель, цеолиты). Безводный силикагель, содержащий немного хлорида кобальта, окрашен в синий цвет, а при насыщении влагой становится розовым. Таким образом, по внешнему виду сорбента, находящегося в осушительной колонке, можно судить о его пригодности для дальнейшего высушивания.

Высокой степени высушивания газов можно достигнуть вымораживанием, т. е. охлаждением их до низкой температуры. При вымораживании газ пропускают через трубку, погруженную почти до дна сосуда, который помещен в охлаждающую баню.

Источник

Сушка газов, жидкостей и твердых веществ

Сушкой называется процесс освобождения вещества в лю­бом агрегатном состоянии от любой примеси жидкости. Чаще всего под сушкой понимают освобождение от влаги или органи­ческих растворителей.

Многие реакции в органической химии проводятся при отсут­ствии влаги, в таких случаях следует высушивать исходные веще­ства, применять абсолютированные растворители и предохранять реакционную среду от попадания влаги из воздуха. Осушитель должен действовать быстро, не растворяться в органических жид­костях, не взаимодействовать с высушиваемым веществом.

Высушивание газов. Большинство газов, получаемых в ла­боратории, а также многие сжатые газы из баллонов могут быть осушены концентрированной серной кислотой или твердыми осушителями, такими, как хлористый кальций, натронная из­весть, фосфорный ангидрид. Серной кислотой можно осушить воздух и следующие наиболее часто применяемые газы: кисло­род, водород, азот, диоксид и оксид углерода, хлор, хлороводо-род, сернистый газ. Для высушивания газ пропускают через промывные склянки Дрекселя (рис. 20), Тищенко или Алифано-ва, в которые на треть вместимости напита концентрированная серная кислота. Обычно промывная склянка соединена с источ­ником газа и прибором посредством двух пустых предохрани­тельных склянок, роль которых выполняют склянки Дрекселя или Тищенко. Высушивание газов твердыми осушителями про­водят в осушительных колонках, а для защиты газа от влаги воздуха прибор закрывают хлоркальциевой трубкой.

Рис. 20. Склянка Дрекселя

Высушивание органических жидкостей. Высушива-ние жидких органических соедине­ний или растворов их в органических раство­рителях производится обычно твердыми не­органическими осушителями. Выбор осуши­теля определяется рядом условий, причем хо­роший осушитель должен удовлетворять сле­дующим основным требованиям:

— не должен химически взаимодействовать с высушиваемым органическим соединением;

не должен каталитически способствовать самоокислению,
полимеризации и конденсации высушиваемых органических соединений;

не должен заметно растворяться в органической жидкости;

должен высушивать быстро и эффективно;

должен быть доступным веществом.

При высушивании жидких органических соединений или растворов их в органических растворителях всегда следует брать небольшое количество осушителя, чтобы избежать потерь от ад­сорбции вещества осушителем. Лучше всего встряхивать жид­кость с осушителем до тех пор, пока не прекратится его действие. Если объем воды, удаляемой из жидкости, велик и вследствие этого выделяется небольшой слой водного раствора осушителя (например, с хлористым кальцием, гидроксидом натрия, или дру­гими осушителями), то следует этот водный раствор отделить, а жидкость обрабатывать дальше новой порцией осушителя при встряхивании. Даже в том случае, когда после такой обработки осушителем жидкость будет казаться сухой, следует отфильтро­вать ее и оставить на ночь с новой порцией осушителя.

Перед перегонкой высушенную жидкость обычно отфильт­ровывают от осушителя через складчатый фильтр. Это особенно необходимо в тех случаях, когда применялись осушители, дей­ствие которых основано на способности к образованию гидра­тов (безводные сернокислый натрий, сернокислый магний, хло­ристый кальций); при повышенных температурах давление пара над солью становится заметным, и если соль не была отфильт­рована, то большая часть воды, если не вся вода, может снова оказаться в полученном при перегонке дистилляте.

Некоторые осушители (металлический натрий, оксиды кальция, бария, фосфора (V)) при взаимодействии с водой дают в качестве продуктов реакции вполне устойчивые гидраты, а потому фильтрование высушенной ими жидкости не является обязательным.

Высушивание твердых веществ. Легколетучие примеси мо­гут быть удалены из негигроскопичных твердых веществ высу­шиванием на фильтровальной бумаге, термически устойчивые вещества могут быть высушены в сушильных шкафах. Для суш­ки твердых веществ часто применяют обыкновенные и вакуум-эксикаторы. Последние в крышке имеют отверстие, в которое на резиновой пробке вставляют трубку с краном. Это дает возмож­ность соединить эксикатор с водоструйным насосом, между ко­торыми помещают манометр и предохранительную склянку.

Под вакуумом эксикаторы могут взрываться, поэтому перед включением насоса их необходимо обернуть полотенцем. При открывании вакуум-эксикатора, чтобы избежать распыления высушенного вещества воздухом, следует очень осторожно и медленно поворачивать кран. Только после того как давление будет уравнено, можно открывать притертую крышку вакуум-эксикатора.

Осушающий агент подбирают в зависимости от химических свой-ств высушиваемого вещества. Чаще всего в качестве осу­шителей для эксикаторов применяют хлорид кальция, натрон­ную известь, гидроксид натрия, гидроксид калия, фосфорный ангидрид, концентрированную серную кислоту. При этом нужно помнить, что серную кислоту нельзя применять для высушива­ния в вакууме, ее используют только в обыкновенных эксикато­рах для поглощения влаги, остатков спирта, эфира, ацетона, анилина, пиридина. Для адсорбции углеводородов, особенно гексана, лигроина, бензола и его гомологов, в качестве заполни­теля для эксикатора применяют парафин; для удаления веществ кислого характера применяют гидроксид натрия или гидроксид калия. Вода и спирты хорошо поглощаются фосфорным ангид­ридом, натронной известью.

Основные осушители

Приводим описание обычно употреб­ляемых осушителей с указанием их осушительной способности и случаев их применения.

В процессе приготовления безводного хлорида кальция (выпаривание насыщенного раствора и последующее прокали­вание) обычно, хотя и в незначительной степени, происходит гидролиз соли. Вследствие этого осушитель всегда может со­держать небольшое количество гидроксида кальция или основ­ной соли кальция. Поэтому нельзя применять хлорид кальция для высушивания кислот или кислых жидкостей.

Хлорид кальция образует соединения со спиртами, фенола­ми, аминами, аминокислотами, амидами и нитрилами кислот, кетонами, некоторыми альдегидами и сложными эфирами, и потому его нельзя употреблять для высушивания таких веществ.

Безводный сульфат магния (МgSО₄). Он является очень хо­рошим нейтральным осушителем. Высушивает быстро, химиче­ски инертен, а потому может применяться для высушивания наибольшего числа соединений, включая и те, для которых не­применим хлорид кальция.

Можно получить безводный сульфат магния и более быст­ро, но с меньшей осушительной способностью, нагревая в чашке на голом пламени горелки тонкий слой кристаллической соли. Вещество при этом частично плавится и обильно, выделяет пары воды.

Твердый остаток (кусочки и порошок) растирают в ступке в порошок и хранят в плотно закрытой банке. Если при прокали­вании размешивать кристаллическую соль стеклянной папочкой, то сразу получают только сухой порошок.

Безводный карбонат калия часто применяется для высалива­ния растворенных в воде спиртов, гликолей, кетонов, простых 1фиров и аминов. Во многих случаях безводный карбонат калия можно заменять безводным сульфатом магния.

Гидроксид натрия (NаОН) и гидроксид калия (КОН). Их применяют главным образом для высушивания аминов (для этой цели можно также применять оксид кальция, оксид бария и натронную известь). Иногда лучше применять гидроксид калия, чем гидроксид натрия. Большую часть воды можно сначала удалить встряхиванием с концентрированным раствором гидро-ксида калия. Гидроксид натрия и гидроксид калия реагируют в присутствии воды со многими органическими соединениями (кислотами, фенолами, сложными эфирами, амидами) и раство­ряются в некоторых органических жидкостях, поэтому находят лишь весьма ограниченное применение в качестве осушителей.

Оксид кальция (СаО). Его применяют обычно для высуши-вания спиртов, обладающих низкой молекулярной массой. Дей­ствие оксида кальция может быть усилено предварительным на­греванием его до 700-900 °С. Оксид кальция и образующийся гидроксид кальция нерастворимы в высушиваемой жидкости, устойчивы к нагреванию и практически нелетучи, поэтому нет надобности отделять осушитель перед перегонкой. Оксид каль­ция (из-за его сильной щелочности) нельзя применять для вы­сушивания кислых соединений и сложных эфиров; последние претерпевали бы омыление. Спирты, высушенные перегонкой над натронной известью или оксидом кальция, все же не вполне сухи; последние следы влаги из них можно удалить перегонкой над металлическим кальцием, амальгамой магния или алюми­ния, или обработкой небольшим количеством натрия и высоко­кипящим сложным эфиром.

Оксид алюминия (А1₂О₃), приготовленный из гидроксида алюминия, может адсорбировать воду до 15-20% своей массы. Активность использованного оксида алюминия может быть вос-

становлена нагреванием при 175 °С в течение 7-8 ч и заметно не снижается при повторном употреблении. Применяется как осу­шитель в эксикаторах.

Оксид фосфора (V) (Р₂О₅). Исключительно эффективный и быстродействующий осушитель. Однако оксид фосфора доро­гой препарат и к тому же неудобный в обращении; при употреб­лении его поверхность быстро покрывается густым сиропом. Поэтому необходимо предварительно высушивать жидкость безводным сульфатом магния или другим подобным осушите­лем. Оксид фосфора следует употреблять только в тех случаях, когда требуется исключительно высокая степень высушивания. Его применяют, например, для высушивания углеводородов, простых эфиров, алкил- и арилгалргенидов и нитрилов, но не используют для осушки спиртов, кислот, аминов и кетонов. Ок­сид фосфора применяют иногда как осушитель в эксикаторах.

Металлический натрий (Nа). Применяется для высушива­ния парафиновых, циклопарафиновых, этиленовых и арома­тических углеводородов, а также простых эфиров. Предвари­тельно большую часть воды из жидкости или раствора удаляют безводным хлоридом кальция или сульфатом магния. Примене­ние натрия наиболее эффективно в виде тонкой проволоки, ко­торую выдавливают прямо в жидкость специальным прессом; таким путем создается большая поверхность для соприкоснове­ния с жидкостью. Нельзя применять натрий для высушивания таких соединений, с которыми он реагирует и которым может быть вредна образующаяся щелочь или когда высушиваемое соединение может восстанавливаться водородом, выделяющим­ся при обезвоживании. Следовательно, нельзя применять натрий для высушивания спиртов, кислот, сложных эфиров. органиче­ских галогенидов, альдегидов, кетонов и некоторых аминов.

При работе с натрием следует соблюдать особую осторож­ность.

Концентрированная серная кислота (Н₂SО₄). Применяется, например, для высушивания брома, с которым она не смешива­ется. Для высушивания брома, бромистого этила и некоторых других галоидных алкилов их встряхивают в делительной во­ронке с небольшими количествами концентрированной кислоты до тех пор, пока не прекратится ее действие.

Концентрированная серная кислота широко используется в качестве осушителя в эксикаторах.

Фильтрование

В лабораторной практике для механического разделения твердых и жидких компонентов какой-либо смеси обычно поль­зуются фильтрованием. Однако в простейшем случае можно использовать сливание жидкости с отстоявшегося осадка, т.е. декантацию. Рекомендуется использовать оба приема: сначала отделить жидкость и промыть несколько раз осадок декантаци­ей, а затем уже применить фильтрование.

Промывание с применением декантации заключается в том, что осадок заливают водой или специально приготовленной промывной жидкостью, взбалтывают с помощью стеклянной палочки и дают отстояться. Затем жидкость осторожно, во из­бежание разбрызгивания, сливают с осадка по стеклянной па­лочке на фильтр в воронке, при этом осадок должен оставаться в сосуде. Промывку осадка повторяют несколько раз. Путем де­кантации удается более полно отмыть осадок от маточного рас­твора; при фильтровании же сделать это удается не всегда, в си­лу того что осадок легко слеживается. Промывание нужно про­водить возможно малым количеством жидкости, так как абсо­лютно нерастворимых веществ нет, и каждый раз при промыва­нии свежей порцией жидкости часть осадка, хотя и незначи­тельная, переходит в раствор. При промывании осадка наливать жидкость на фильтр следует в таком количестве, чтобы она пол­ностью покрывала осадок и не доходила до краев фильтра на 3-5 мм; кроме того, выливать новую порцию жидкости на фильтр нужно после того, как предыдущая будет полностью от­фильтрована.

На эффективность фильтрования влияют следующие факторы: вязкость (чем выше вязкость раствора, тем труднее фильт­рование); температура (чем выше температура раствора, тем легче
фильтрование); давление (чем выше давление, тем быстрее фильтрование жидкости); размер частиц твердого вещества (чем больше размер частиц вещества по сравнению с размером пор фильтра, тем легче фильтрование).

Из фильтрующих средств в лаборатории чаще всего приме­няют фильтровальную бумагу, ткани, пористое стекло, асбест и т.п. Фильтрование при обычном давлении. Этот способ фильт­рования является наиболее простым и часто применяемым. Фильтрованием при обычном давлении называется процесс, в котором жидкость проходит через фильтрующий материал только под давлением столба фильтруемой жидкости.

В обычную стеклянную воронку вкла­дывают простые или складчатые фильтры из фильтровальной бумаги. Для изготов­ления простого фильтра квадратный кусок фильтровальной бумаги складывают вчет­веро, свободный угол полученного квадрата обрезают ножницами по пунктирной линии. Отделив один слой бумаги, рас­правляют готовый фильтр, который принимает вид конуса.

Фильтрование значительно ускоряется при пользовании складчатым фильтром (рис. 22), так как фильтрующая поверхность его больше, чем у простого фильтра. Однако складчатый фильтр используют лишь в том случае, когда остающийся на фильтре осадок не нужен или его немного.

Рис. 22. Фильтрование на складчатом фильт­ре (горячее фильтро­вание)

Фильтр следует подбирать таким образом, чтобы размер его соизмерялся с объемом осадка, при этом край фильтра в воронке должен быть всегда ниже края воронки на 3-5 мм. Фильтр должен плотно прилегать к стенкам воронки, причем при вкладывании необходимо следить, чтобы не прорвалась его верхушка. Перед фильтрованием фильтр нужно смочить в воронке чистым растворителем. Уровень фильтруемой жидкости в воронке должен быть ниже края бумаги.

Условием быстрого фильтрования является наличие жидкости в трубке ворон­ки. Для этого при смачивании наливают в воронку растворитель выше края фильтра, а затем немного приподнимают фильтр и быстро опускают, при этом образуется столб жидкости в трубке.

В тех случаях, когда жидкость имеет большую вязкость, а также в случае перекристаллизации фильтрование проводят при нагревании. Обычно для этой цели применяют воронки для го­рячего фильтрования. Для фильтрования веществ с низкой тем­пературой плавления (например, уксусная кислота, бензол) применяют специальные воронки с охлаждением. В присутствии сильных щелочей и кислот, ангидридов, окислителей и других веществ, разрушающих фильтровальную бумагу, осадки фильтруют через пористые стеклянные фильтры.

Фильтрование под вакуумом. Сущность фильтрования под вакуумом заключается в том, что в приемнике создают пони­женное давление, вследствие чего жидкость фильтруется под давлением атмосферного воздуха. Это ускоряет процесс фильт­рования. Прибор для отсасывания состоит из фарфоровой во­ронки Бюхнера, колбы Бюнзена, предохранительной склянки и водоструйного насоса (рис. 23).

Размер воронки Бюхнера должен соответствовать количест­ву отфильтровываемого вещества— кристаллы должны полно­стью покрывать поверхность фильтра, однако слишком толстый их слой затрудняет отсасывание и промывание. Между колбой Бюнзена и вакуум-насосом помещают предохранительную склянку, так как при падении давления в водопроводной сети вода из насоса при отсутствии предохранительной склянки по­падает в колбу Бюнзена. Предохранительную склянку соединя­ют с водоструйным насосом с помощью толстостенной резино­вой трубки, стенки которой не сжимаются при наличии в трубке разрежения.

В химической лаборатории чаще всего применяются водо­струйные вакуум-насосы, которые работают по принципу увле­чения частиц газа струей жидкости. Они бывают стеклянные и металлические. Их прикрепляют к водопроводному крану с по­мощью насадки.

На верхний конец насоса надевают толстостенную резино­вую трубку или прорезиненный шланг длиной 10 см, который закрепляют мягкой железной проволокой, чтобы не просачива­лась вода. Другой конец трубки или шланга соединяют с насад­кой крана и также стягивают проволокой. Затем проверяют на­сос. Для этого открывают водопроводный кран, а отверстие бо­кового отростка насоса закрывают пальцем. Если палец присасывается, значит, насос для работы годен. На боковой отросток водоструйного насоса надевают толстостенную резиновую трубку, которую соединяют с предохранительной склянкой.

При фильтровании необходимо следить, чтобы на поверхности осадка не образовалось трещин, так как это ведет к неравномерному, неполному отсасыванию и к загрязнению осадка в результате испарений растворителя. Кроме того, нужно следить, чтобы в колбе не собиралось слишком много фильтрата, иначе он будет втягиваться в насос. При фильтровании огнеопасных жидкостей необходимо соблюдать соответствующие меры предосторожности. Чтобы удалить остатки маточного раствора, кристаллы промывают на фильтре небольшими порциями растворителя. Для этого осадок на фильтре пропитывают растворителем, а затем включают насос.

Промытые кристаллы на фильтре отжимают плоской частью стеклянной пробки до тех пор, пока не перестанет капать маточный раствор. Затем воронку вместе с пробкой вынимают из колбы и вытряхивают фильтр вместе с осадком на фильтровальную бумагу. Очистив бумажный кружок и стенки воронки лопаточкой от приставших кристаллов, отжимают полученный продукт в фильтровальной бумаге и высушивают на воздухе или другими способами.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Источник