2.4 Очищення рідких органічних сполук
Основним методом очищення органічних рідин є перегонка, що є процесом поділу рідкої суміші на складові компоненти шляхом нагрівання рідини до кипіння і конденсації парів у вигляді дистиляту в холодильнику.
У тих випадках, коли речовина, що переганяється, досить стійка до нагрівання і практично не розкладається при температурі кипіння, для очищення користуються простою перегонкою при атмосферному тиску. Зазвичай цей спосіб перегонки доцільно застосовувати для рідин з Tкіп. від 40 до 150 0 C, т.к. вище 150 0 C багато речовин помітно розкладаються, рідини з Кип. нижче 40 0 C переганяються зі значними втратами.
Найпростіший прилад для простої перегонки складається з перегінної колби (найчастіше колби Вюрца), низхідного холодильника Лібіха, аллонжона та приймача. Колбу Вюрца підбирають такої величини, щоб рідина, що переганяється, заповнювала її не більше ніж на 2/3 об'єму. Монтаж установки для перегонки провадиться на двох лабораторних штативах. Рівень, на якому знаходиться перегінна колба, повинен бути таким, щоб у будь-який момент перегонки ви могли вільно видалити нагрівальний прилад. Можна скористатися підйомними столиками для встановлення нагрівального приладу (наприклад, дуже зручно для лазні або колбонагрівача).
Окремі деталі установки з'єднуються один з одним за допомогою шліфів, які рекомендується змащувати спеціальним мастилом. У верхній тубус колби вводять термометр, ртутна кулька якого повинна знаходитися приблизно на 0,5 см нижче отвору труби відведення. У цьому випадку кулька термометра добре омивається парами рідини, що переганяється.
Якщо рідина, що переганяється, кипить при температурі нижче 120-130 0 C, то застосовують проточне водяне охолодження. Подача води в холодильник здійснюєтьсязнизу вгору. При перегонці рідин, що киплять вище цієї температури, рекомендується використовувати як охолодний компонент неміцну воду (тобто воду, яка залишилася в холодильнику після припинення її подачі) або застосовувати повітряний холодильник.
Щоб рідина кипіла рівномірно, в колбу поміщають «кипелки» - шматочки обпаленого фарфору. Їх поміщають у холодну рідину. Якщо ви забули помістити кип'ятки і вже нагріли рідину, вам слід знову охолодити її. Якщо ви кинете кип'ятки в розігріту рідину, може статися різке закипання і викид рідини з колби.
Таким чином, після того, як прилад зібраний, перевірений і заповнений рідиною, що переганяється, починають нагрівання. Інтенсивність нагріву визначає швидкість перегонки : оптимальною вважається швидкість надходження рідини в приймач1-2 краплі в секунду. Першу порцію (1-2 мл), так званий передгін, слід відкинути. При перегонці чистої речовини температура кипіння протягом всього процесу залишається постійною, і лише до кінця перегонки вона зростає на 1-2 0 C. Помітне підвищення температури в процесі перегонки свідчить про те, що суміш переганяється речовин.
Закінчення перегонки: нагрівання слід припинити у разі підвищення температури перегонки вище за необхідну або, якщо в перегінній колбі залишилося менше, ніж 2-3 мл рідини.Категорично забороняється переганяти насухо. Після охолодження всієї установки до кімнатної температури можна починати демонтаж.
Дробна (фракційна) перегонка
Даний вид перегонки служить виділення в чистому вигляді компонентів суміші рідин, які мають різними температурами кипіння. Суміш важче розділяється перегонкою, чим ближче температура кипіння окремих її компонентів. Для збільшенняефективності поділу суміші користуються дефлегматорами. Сутність їх дії полягає в тому, що внаслідок охолодження зовнішнім повітрям частина парів суміші, що переганяється, конденсується. Пари, що зконденсувалися, звані флегмою, стікають назад в колбу, збагачуючись висококиплячим компонентом, а пари, які летять далі, збагачені низькокиплячим компонентом. Пристрій дефлегматорів забезпечує хороший контакт між рідиною (флегмою), що стікає вниз, і парою, що піднімається вгору. Розміри дефлегматорів вибирають з урахуванням властивостей рідин, що утворюють суміш. Наприклад, для речовин, що киплять нижче 150 0 C, беруть більш довгий дефлегматор; для речовин, що киплять вище за цю температуру, - більш короткою.
Перегін з водяною парою
Відгін з водяною парою застосовується для виділення мало розчинних у воді речовин, що мають близько 100 0 C помітний тиск пари. У цьому випадку тиск пари води і тиск пари речовини, що не змішується з нею, зростають з підвищенням температури практично незалежно одне від одного, і перегонка починається, коли сума тисків парів досягає атмосферного тиску. Таким чином, подібна суміш переганяється при постійній і дещо низькій температурі, ніж чиста вода, і в холодильнику одночасно конденсуються пари води та досліджуваної речовини. Співвідношення їх вагових кількостей у відгоні дорівнює відношенню творів тисків їхньої пари на відповідні молекулярні маси:
Отже, відгін з водяною парою будь-якої речовини, що не змішується з водою, відбувається тим легше і швидше, чим вищий тиск його пари при температурі перегонки і чим більша молекулярна маса даної речовини. При цьому кількість речовини у вихідній суміші не має значення.
Перегон у вакуумі
Деякі речовинипри нагріванні до температури кипіння при нормальному тиску розкладаються. Тому очищення таких речовин застосовують перегонку при зниженому тиску (у вакуумі), т.к. зі зниженням тиску знижується температура кипіння речовини, і можливість термічного розкладання зменшується. Зниження тиску в приладі створюється зазвичай за допомогою водоструминного або масляного вакуум-насоса. Прилад для перегонки у вакуумі складається з перегінної колби (колби Кляйзена або Фаворського) з термометром та капіляром, холодильника, алонжу спеціальної форми та приймачів.
В одне горло колби вставляють скляну трубку з відтягнутим на кінці капіляром, що доходить до дна. Пухирці повітря або інертного газу, що проходять через капіляр, перемішують рідину, перешкоджаючи перекиду і перегріву її. Всередину трубки вставляють тонкий дріт і затискають гвинтовим затискачем. Тоді при включенні насоса через прилад просмоктуватимуться дрібні бульбашки повітря.
У друге горло колби вставляють термометр, кулька якого повинна бути на 0,5 см нижче від бічного відводу. Для охолодження пар рідини використовують водяні холодильники. Як приймачі служать маленькі крулодонні колби або товстостінні пробірки, з'єднані з холодильником за допомогою спеціального аллонжу - «павука». Під час перегонки, повертаючи «павук», можна відібрати в приймачі окремі фракції, що відрізняються температурами кипіння. Усі частини приладу з'єднують між собою гумовими пробками або скляними шліфами. Пробірки і шліфи перед збиранням повинні бути змащені гліцерином або вазеліном і повинні дуже щільно прилягати до скла, інакше при роботі насоса не буде створюватися вакуум в системі.
Між приладом та насосом необхідно ставити запобіжну склянку, щоб перешкоджати можливостіперекидання води з насоса до приладу. Можна також ставити пастку, що охолоджується рідким азотом або сумішшю ацетону з твердим діоксидом вуглецю.
Перед початком перегонки потрібно перевірити порожній пристрій на герметичність. Для цього на відведення павука надягають гумовий шланг від насоса і включають насос. Потім перекривають поворотом триходового крана повідомлення приладу з атмосферою, закривають затискачем гумову трубку, приєднану до трубки з капіляром. Після цього відкривають кран у манометра і перевіряють залишковий тиск в системі, що встановився. Вимикання вакууму проводитися у зворотному порядку проти включенням. При цьому спочатку закривають кран біля манометра. Потім відкривають затискач на капілярній трубці. Поступово відкривають триходовий кран для впуску повітря в систему і нарешті вимикають насос. Якщо пристрій не дає необхідного розрідження, тобто. десь відбувається підсмоктування повітря в систему, необхідно ще раз перевірити всі складові окремо. Для цього ще раз трохи змащують пробки та шліфи та щільніше з'єднують кожну частину. Включаючи насос, перевіряють цей вузол приладу і так частинами весь прилад. Не можна робити будь-які виправлення в установці за наявності вакууму в системі!
Після перевірки приладу на герметичність колбу наповнюють рідиною, що переганяється. Для цього можна тимчасово замінити термометр на хімічну вирву. Рекомендується заповнювати трохи більше 2/3 обсягу колби. Потім включають насос і триходового крана перекривають повідомлення приладу з атмосферою. Закривають затискач на капілярній трубці так, щоб через капіляр повітря проходило зі швидкістю 5-6 бульбашок на секунду і відкривають кран на манометрі. Після того, як встановився тиск, починають нагрівання.
При досягненні потрібних температур кипіння відбирають окремі фракції, змінюючи приПри цьому приймач поворотом «павука». Речовина повинна переганятися зі швидкістю 1-2 краплі на секунду. Не можна переганяти речовину насухо. Після закінчення перегонки припиняють нагрівання і дають колбі охолодитись і тільки тоді в приладі вирівнюють тиск. Швидкий впуск повітря в нагріту колбу може спричинити вибух внаслідок утворення вибухонебезпечної суміші парів речовини з повітрям. Впуск повітря в систему виробляють так само, як і при перевірці приладу на герметичність.