01
常見玻璃儀器的洗滌和保養(yǎng)
一、玻璃儀器的洗滌和保養(yǎng)
化學(xué)實驗用的玻璃儀器一般都需要干凈的,洗滌儀器的方法很多,應(yīng)根據(jù)實驗的要求,污物的性質(zhì)和污染的程度來決定。
有機化學(xué)實驗的各種玻璃儀器的性能是不同的。必須掌握它們的性能、保養(yǎng)和洗滌方法,才能正確使用,提高實驗效果,避免不必要的損失。下面介紹幾種常用的玻璃儀器的保養(yǎng)和洗滌方法。
1、溫度計
溫度計水銀球部位的玻璃很薄,容易打破,使用時要特別留心,一不能用溫度計當(dāng)攪拌棒使用;二不能測定超過溫度計的最高刻度的溫度;三也不能把溫度計長時間放在高溫的溶劑中。否則,會使水銀球變形,乃至讀數(shù)不準(zhǔn)。溫度計用后要讓它慢慢冷卻,特別在測量高溫之后,切不可立即用水沖洗。否則,會破裂,或水銀柱破裂,應(yīng)懸掛在鐵座架上,待冷卻后把它洗凈抹干,放回溫度計盒內(nèi),盒底要墊上一小塊棉花。如果是紙盒,放回溫度計時要檢查盒底是否完好。
2、冷凝管
冷凝管通水后很重,所以裝置冷凝管時應(yīng)將夾子夾緊在冷凝管的重心的地方,以免翻倒。如內(nèi)外管都是玻璃質(zhì)的則不適用于高溫蒸餾用。洗刷冷凝管時要用長毛刷,如用洗滌液或有機溶液洗滌時,用軟木塞塞住一端。不用時,應(yīng)直立放置,使之易干。
3、蒸餾燒瓶
蒸餾燒瓶的支管容易被碰斷,故無論在使用時或放置時要特別注意蒸餾瓶的支管,支管的熔接處不能直接加熱。其洗滌方法和燒瓶的洗滌方法相同。
4、分液漏斗
分液漏斗的活塞和蓋子都是磨砂口的,若非原配的,就可能不嚴(yán)密。所以,使用時要注意保護它,各個分液漏斗之間也不要互相調(diào)換,用后一定要在活塞和蓋子的磨砂口間墊上紙片,以免日久后難于打開。
二、玻璃儀器的干燥
有機化學(xué)實驗往往都要使用干燥的玻璃儀器,故要養(yǎng)成在每次實驗后馬上把玻璃儀器洗凈和倒置使之干燥的習(xí)慣。干燥玻璃儀器的方法有下列幾種:
1、自然風(fēng)干
自然風(fēng)干是指把已洗凈的儀器(洗凈的標(biāo)志是:玻璃儀器的器壁上,不應(yīng)附著有不溶物或油污,裝著水把它倒轉(zhuǎn)過來,水順著器壁流下,器壁上只留下一層既薄又均勻的水膜,不掛水珠)放干燥架上自然風(fēng)干,這是常用和簡單的方法。但必須注意,如玻璃儀器洗得不夠干凈,水珠不易流下,干燥較為緩慢。
2、烘干
把玻璃儀器放入烘箱內(nèi)烘干。儀器口向上,帶有磨砂口玻璃塞的儀器,必須取出活塞拿開才可烘干,烘箱內(nèi)的溫度保持100-105℃,片刻即可。當(dāng)把已烘干的玻璃儀器拿出來時,最好先在烘箱內(nèi)降至室溫后才取出。切不可讓很熱的玻璃儀器沾上水,以免破裂。
3、吹干
用壓縮空氣,或用吹風(fēng)機把儀器吹干。
02
基礎(chǔ)操作中加熱、冷卻設(shè)置
一、加熱與熱源
實驗室常用的熱源有煤氣、酒精和電能。
為了加速有機反應(yīng),往往需要加熱,從加熱方式來看有直接加熱和間接加熱。在有機實驗室里一般不用直接加熱,例如用電熱板加熱圓底燒瓶,會因受熱不均勻,導(dǎo)致局部過熱,甚至導(dǎo)致破裂,所以,在實驗室安全規(guī)則中規(guī)定禁止用明火直接加熱易燃的溶劑。為了保證加熱均勻,一般使用熱浴間接加熱,作為傳熱的介質(zhì)有空氣、水、有機液體、熔融的鹽和金屬。根據(jù)加熱溫度、升溫速度等的需要,常采用下列手段。
1、空氣浴
這是利用熱空氣間接加熱,對于沸點在80℃以上的液體均可采用。把容器放在石棉網(wǎng)上加熱,這就是最簡單的空氣浴。但是,受熱仍不均勻,故不能用于回流低沸點易燃的液體或者減壓蒸餾。半球形的電熱套是屬于比較好的空氣浴,因為電熱套中的電熱絲是玻璃纖維包裹著的,較安全,一般可加熱至400℃,電熱套主要用于回流加熱。蒸餾或減壓蒸餾以不用為宜,因為在蒸餾過程中隨著容器內(nèi)物質(zhì)逐漸減少,會使容器壁過熱。電熱套有各種規(guī)格,取用時要與容器的大小相適應(yīng)。為了便于控制溫度,要連調(diào)壓變壓器。
2、水浴
當(dāng)加熱的溫度不超過100℃時,最好使用水浴加熱,水浴為較常用的熱浴。
但是,必須強調(diào)指出,當(dāng)用于鉀和鈉的操作時,決不能在水浴上進行。
使用水浴時,勿使容器觸及水浴器壁或其底部。
如果加熱溫度稍高于100℃,則可選用適當(dāng)無機鹽類的飽和水溶液作為熱溶液。
例如:
鹽類 飽和水溶液的沸點(℃)
NaCl 109
MgSO4 108
KNO3 116
CaCl2 180
由于水浴中的水不斷蒸發(fā),適當(dāng)時添加熱水,使水浴中水面經(jīng)常保持稍高于容器內(nèi)的液面?傊,使用液體熱浴時,熱浴的液面應(yīng)略高于容器中的液面。
3、油浴
適用100-250℃,優(yōu)點是使反應(yīng)物受熱均勻,反應(yīng)物的溫度一般低于油浴液20℃左右。
常用的油浴液有:
①甘油:可以加熱到140-150℃,溫度過高時則會分解。
②植物油:如菜油、蓖麻油和花生油等,可以加熱到220℃,常加入1%對苯二酚等
抗氧化劑,便于久用,溫度過高時則會分解達到閃點時可能燃燒起來,所以,使用時要
小心。
③石蠟:能加熱到200℃左右,冷到室溫時凝成固體,保存方便。
④有機硅油:可以加熱到200℃左右,溫度稍高并不分解,但較易燃燒。用油浴加熱時,要特別小心,防止著火,當(dāng)油受熱冒煙時,應(yīng)立即停止加熱。油浴中應(yīng)掛一支溫度計,可以觀察油浴的溫度和有無過熱現(xiàn)象,便于調(diào)節(jié)火焰控制溫度。
油量不能過多。否則受熱后有溢出而引起火災(zāi)的危險。使用油浴時要極力防止產(chǎn)生可能引起油浴燃燒的因素。
加熱完畢取出反應(yīng)容器時,仍用鐵夾夾住反應(yīng)容器使其離開液面懸置片刻,待容器壁上附著的油滴完后,用紙和干布揩干之。
4、酸液
常用酸液為濃硫酸,可熱至250-270℃,當(dāng)熱至300℃左右時則分解,生成白煙,若酌加硫酸鉀,則加熱溫度可升到350℃左右。
例如:
濃硫酸(比重1.84) 70%(W/W) 60(W/W)
硫酸鉀 30% 40%
加熱溫度 約325℃ 約365℃
上述混合物冷卻時,即成半固體或固體,因此,溫度計應(yīng)在液體未完全冷卻前取出。
5、砂浴
砂浴一般是用鐵盆裝干燥的細(xì)海砂(或河沙),把反應(yīng)容器半埋砂中加熱。加熱沸點在80℃以上的液體時可以采用,特別適用于加熱溫度在220℃以上者,但砂浴的缺點是傳熱慢,溫度上升慢,且不易控制,因此,砂層要薄一些。砂浴中應(yīng)插入溫度計。溫度計水銀球要靠近反應(yīng)器。
6、金屬浴
選用適當(dāng)?shù)牡腿酆辖,可加熱?50℃左右,一般都不超過350℃。否則,合金將會迅速氧化。
二、冷卻與冷卻劑
在有機實驗中,有時須采用一定的冷卻劑進行冷卻操作,在一定的低溫條件下進行反應(yīng),分離提純等。例如:
(1)某些反應(yīng)要在特定的低溫條件下進行的,才利于有機物的生成,如重氮化反應(yīng)一般在0℃-5℃進行;
(2)沸點很低的有機物,冷卻時可減少損失;
(3)要加速結(jié)晶的析出;
(4)高度真空蒸餾裝置(一般有機實驗很少運用)。
根據(jù)不同的要求,選用適當(dāng)?shù)睦鋮s劑冷卻,最簡單的是用水和碎冰的混合物,可冷卻至0℃-5℃,它比單純用冰塊有較大的冷卻效能。因為冰水混合物與容器的器壁充分接觸。若在碎冰中酌加適量的鹽類,則得冰鹽混合冷卻劑的溫度可在0℃以下,例如:普通常用的食鹽與碎冰的混合物(33:100),其溫度可由始溫-1℃降至-21.3℃。但在實際操作中溫度約-5℃~-18℃。冰鹽浴不宜用大塊的冰,而且要按上述比例將食鹽均勻撤布在碎冰上,這樣冰冷效果才好。
除上述冰浴或水鹽浴外,若無冰時,則可用某些鹽類溶于水吸熱作為冷卻劑使用,參閱表2-1及表2-2。
表2-1 用兩種鹽及水(冰)組成的冷卻劑
鹽類及其用量(克)
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溫 度,℃
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始 溫
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冷 凍
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對100克水
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+20
+20
+20
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-7.2
-5.8
-14
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NH4Cl 31
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KNO3 20
NaNO3 53
NaNO3 61
|
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NH4Cl 24
|
|||
NH4NO3 79
|
|||
對100克冰
|
|||
NH4Cl 26
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KNO3 13.5
|
-17.9
-30.0
-30.1
-40.0
|
|
NH4Cl 20
|
NaCl 40
|
||
NH4Cl 13
|
NaNO3 37.5
|
||
NH4NO3 42
|
NaCl 42
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表2-2 用一種鹽及水(冰)組成的冷卻劑
鹽 類
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用 量(克)
|
溫 度,℃
|
|
始 溫
|
冷 凍
|
||
KCl
CH3COONa·3H2O
NH4Cl
NaNO3
NH4NO3
CaCl2·6H2O
NH4Cl
KCl
NH4NO3
NaNO3
NaCl
CaCl2·6H2O
|
(每100克水)
30
95
30
75
60
167
(每100克冰)
25
30
45
50
33
204
|
+13.6
+10.7
+13.3
+13.2
+13.6
+10.0
-1
-1
-1
-1
-1
0
|
+0.6
-4.7
-5.1
-5.3
-13.6
-15.0
-15.4
-11.1
-16.7
-17.7
-21.3
-19.7
|
03
溶劑類干燥與干燥劑
有機物干燥的方法大致有物理方法(不加干燥劑)和化學(xué)方法(加入干燥劑)兩種。物理方法如吸收、分餾等,近年來應(yīng)用分子篩來脫水,在實驗室中常用化學(xué)干燥法,其特點是在有機液體中加入干燥劑,干燥劑與水起化學(xué)反應(yīng)(例如Na+H2O→NaOH+H2↑)或同水結(jié)合生成水化物,從而除去有機液體所含的水分,達到干燥的目的。用這種方法干燥時,有機液體中所含的水分不能太多(一般在百分之幾以下)。否則,必須使用大量的干燥劑,同時有機液體因被干燥劑帶走而造成的損失也較大。
一、液體的干燥
(1)、常用干燥劑
常用干燥劑的種類很多,選用時必須注意下列幾點:
①干燥劑與有機物應(yīng)不發(fā)生任何化學(xué)變化,對有機物亦無催化作用;
②干燥劑應(yīng)不溶于有機液體中;
③干燥劑的干燥速度快,吸水量大,價格便宜。
常用干燥劑有下列幾種:
①無水氯化鈣價廉、吸水能力大,是最常用的干燥劑之一,與水化合可生成一、二、四或六水化合物(在30℃以下)。它只適于烴類、鹵代烴、醚類等有機物的干燥,不適于醇、胺和某些醛、酮、酯等有機物的干燥,因為能與它們形成絡(luò)合物。也不宜用作酸(或酸性液體)的干燥劑。
②無水硫酸鎂它是中性鹽,不與有機物和酸性物質(zhì)起作用?勺鳛楦黝愑袡C物的干燥劑,它與水生成MgSO4·7H2O(48℃以下)。價較廉,吸水量大,故可用于不能用無水氯化鈣來干燥的許多化合物。
③無水硫酸鈉,它的用途和無水硫酸鎂相似,價廉,但吸水能力和吸水速度都差一些。與水結(jié)合生成NaSO4·10H2O(37℃以下)。當(dāng)有機物水分較多時,常先用本品處理后再用其它干燥劑處理。
④無水碳酸鉀、吸水能力一般,與水生成K2CO3·2H2O,作用慢,可用干燥醇、酯、酮、腈類等中性有機物和生物堿等一般的有機堿性物質(zhì)。但不適用于干燥酸、酚、或其它酸性物質(zhì)。
⑤金屬鈉、醚、烷烴等有機物用無水氯化鈣或硫酸鎂等處理后,若仍含有微量的水分時,可加入金屬鈉(切成薄片或壓成絲)除去。不宜用作醇、酯、酸、鹵烴、醛、酮及某些胺等能與堿起反應(yīng)或易被還原的有機物的干燥劑。現(xiàn)將各類有機物的常用干燥劑列表如下。
表2-3 各類有機物的常用干燥劑
液態(tài)有機化合物
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適用的干燥劑
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醚類、烷烴、芳烴
醇類
醛類
酮類
酸類
酯類
鹵代烴
有機堿類(胺類)
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CaCl2、Na、P2O5
K2CO3、MgSO4、Na2SO4、CaO
MgSO4、Na2SO4
MgSO4、Na2SO4、K2CO3
MgSO4、Na2SO4
MgSO4、Na2SO4、K2CO3
CaCl2、MgSO4、Na2SO4、P2O5
NaOH、KOH
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(2)液態(tài)有機化合物干燥的操作
液態(tài)有機化合物的干燥操作一般在干燥的三角燒瓶內(nèi)進行。把按照條件選定的干燥劑投入液體里,塞緊(用金屬鈉作干燥劑時則例外,此時塞中應(yīng)插入一個無水氯化鈣管,使氫氣放空而水氣不致進入),振蕩片刻,靜置,使所有的水分全被吸去。如果水分太多,或干燥劑用量太少,致使部分干燥劑溶解于水時,可將干燥劑濾出,用吸管吸出水層,再加入新的干燥劑,放置一定時間,將液體與干燥劑分離,進行蒸餾精制。
二、固體的干燥
從重結(jié)晶得到的固體常帶水分或有機溶劑,應(yīng)根據(jù)化合物的性質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM行干燥。
(1)自然晾干
這是最簡便,最經(jīng)濟的干燥方法。把要干燥的化合物先在濾紙上面壓平,然后在一張濾紙上面薄薄地攤開,用另一張濾紙復(fù)蓋起來,在空氣中慢慢地涼干。
(2)加熱干燥
對于熱穩(wěn)定的固體可以放在烘箱內(nèi)烘干,加熱的溫度切忌超過該固體的熔點,以免固體變色和分解,如屬需要可在真空恒溫干燥箱中干燥。
(3)紅外線干燥
特點是穿透性強,干燥快。
(4)干燥器干燥
對易吸濕或在較高溫度干燥時,會分解或變色的可用干燥器干燥,干燥器有普通干燥器和真空干燥器兩種。