колб. Нагревание осуществляют с помощью нагревательной бани или горелки (для высококипящих соединений). Перед перегонкой для обеспечения равномерного кипения в жидкость помещают запаянные с одного конца стеклянные капилляры или несколько кусочков пористого фарфора. Следует обращать внимание на то, чтобы шарик термометра полностью омывался парами, т. е. находиться несколько ниже отводной трубки насадки.
Рисунок 18. 1 — Прибор для перегонки: А — круглодонная колба с веществом; Б — насадка Вюрца; В — термометр; Г — прямой холодильник; Д — аллонж; Е — приемник.
2 — Насадка
Количество жидкости в перегонной колбе не должно превышать половины общего объема колбы. При перегонке в вакууме используют аналогичные приборы — только вместо круглодонной колбы с насадкой предпочтительнее использовать колбу Клайзена или Фаворского (см. рис. 3).
Это обусловлено тем, что при нагревании смазка шлифа между колбой и насадкой становится жидкой, течет — через шлифы начинает проникать воздух, и давление в приборе растет (а кипение вещества, соответственно, прекращается). Это является одной из причин удобства использования колб для перегонки, в которых отсутствует шлифованный переход между колбой и холодильником (рис. 19).
Рисунок 19. Колбы Клайзена и Фаворского для перегонки в вакууме.
Прибор для вакуумной перегонки представляет собой колбу Фаворского или Клайзена. В нижний шлиф колбы обычно вставляется капилляр — тонкая стеклянная трубка, с одного конца оттянутая практически до толщины волоса, с другого — имеющая оливку для одевания резинового шланга или кран (капилляр оттягивают на стеклодувной горелке, т. к. обычные лабораторные горелки неэффективны, непосредственно перед перегонкой). Колба для перегонки либо уже имеет холодильник, либо холодильник присоединяют к ней. На выходе холодильника одевается аллонж с изогнутым наконечником и насадка-"паук", обеспечивающая отбор в приемники кипящих при разных температурах фракций без снятия вакуума. Такая насадка обеспечивает отбор 4 фракций, причем это число можно увеличить, используя вместо одного из приемников такую же насадку. Более простой вариант — использование аллонжа типа "паук", позволяющего собрать 3 фракции (рис. 20).
Рисунок 20. А — прибор для перегонки: 1 — Колба Клайзена с холодильником; 2 капилляр; 3 — термометр; 4 — аллонж; 5 — "паук"; 6 — приемные колбы.
Б — аллонж "паук".
При вакуумной перегонке категорически запрещается использовать в качестве приемников плоскодонные колбы! Рекомендуемый объем колбы для вакуумной перегонки — вдвое больше объема перегоняемой жидкости.
ВНИМАНИЕ! Для измерения давления при вакуумной перегонке обычно используют ртутные манометры. Эти приборы изготовлены из стекла, и при неправильном обращении могут быть легко разбиты, что приведет к разливу ртути.
При вакуумной перегонке необходимо соблюдать следующие правила:
• Перед перегонкой обязательно одевают защитные очки или маску;
• Вначале полностью собирают прибор, присоединяют манометр, вакуумные шланги и шланги для воды. Затем включают насос, закрывают кран, соединяющий манометр с атмосферой, и через некоторое время открывают кран U-образной трубки со ртутью. Через 1–2 минуты манометр должен показать давление, приблизительно соответствующее давлению насыщенного пара воды при температуре водопровода (10–26 мм рт. ст.);
• Скорость перегонки поддерживают на уровне 1–2 капель дистиллята в секунду;
• По окончании перегонки манометре сначала следует закрыть кран U-образной трубки со ртутью, затем прекратить нагревание, дать прибору остыть и снять вакуум;
• Снятие вакуума производят либо открыванием крана, соединяющего манометр с атмосферой, либо путем отключения от прибора вакуумного шланга, либо аккуратным извлечением термометра. Ни в коем случае не отключайте для этого водоструйный насос! Неизбежное а последнем случае засасывание воды в прибор приведет к попаданию ее в приемники с веществом, в манометр (откуда ее непросто извлечь) и, при попадании в недостаточно остывшую перегонную колбу, к ее взрыву.
Все операции, связанные с вакуумированием прибора, проведением перегонки и снятием вакуума разрешается проводить только после осмотра прибора преподавателем и под его наблюдением.
4.4. Перегонка с водяным паром
Перегонка с водяным паром — один из распространенных методов выделения и очистки органических веществ. Этот метод широко используется не только в лабораторной практике, но и в промышленности. Перегонка с паром применяется к веществам, которые практически не смешиваются и не взаимодействуют с водой.
Перегонку с паром используют:
• Для выделения из смесей и очистки веществ, которые кипят при очень высокой температуре или вообще не перегоняются без разложения.
• Для очистки веществ, загрязненных большим количеством смолистых нелетучих примесей.
• Для отделения нелетучих с паром твердых веществ от высококипящих растворителей (характерный пример — как нитробензол с температурой кипения 210 °C, который нереально удалить упариванием, однако можно легко отогнать с водяным паром при 99 °C).
• Для выделения мало растворимых в воде веществ, имеющих при температуре около 100 °C заметное давление пара.
Перегонка с паром основана на тех же физико-химических принципах, что и простая перегонка. С повышением температуры давление паров воды и не смешивающегося с нею вещества возрастают практически независимо одно от другого. Кипение начинается, когда сумма парциальных давлений насыщенного пара компонентов будет равна атмосферному давлению — иными словами, точка кипения смеси воды и летучего вещества обычно ниже 100 °C (не следует забывать о том, что водные растворы нелетучих веществ всегда кипят выше, чем чистая вода). Согласно закону Дальтона, суммарное давление пара Р является суммой парциальных давлений паров перегоняемого вещества А и воды В: Р = Ра + Рb.
В процессе перегонки в холодильнике будут одновременно конденсироваться пары воды и перегоняемого вещества. Относительное количество вещества, отгоняемого с водяным паром, можно найти по следующему уравнению:
Qa/Qb = PaMa/18∙Pb
где Qa — масса вещества в дистилляте, Qb - масса воды в дистилляте, Ма — молекулярная масса вещества; 18 — молекулярная масса воды; Ра - давление паров вещества при температуре перегонки; Pb — давление паров воды при температуре перегонки. Последнюю величину определяют по специальным таблицам. Ра = 760 — Pb. Отсюда масса воды, необходимая для перегонки 1 г вещества:
Qb = PbMb/Ma(760 — Pb)
Перегонку с водяным паром проводят в приборе, состоящем из парообразователя, перегонной колбы, холодильника и приемника (рис. 21). Парообразователь представляет собой металлический сосуд (его можно заменить обычной круглодонной колбой емкостью 1,5–2 л), имеющий предохранительную и водомерную трубки. Предохранительная трубка доходит почти до дна парообразователя и предохраняет систему от резкого повышения давления, вызванного сильным нагреванием — это повышение компенсируется поднятием воды по предохранительной трубке.
Рисунок 21.
