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.