8.3. Удаление влаги и растворенных газов из органических жидкостей
Вода содержится в виде примеси во всех органических растворителях, поскольку она часто присутствует в них при синтезе, а также в связи с тем, что практически все органические растворители в той или иной степени гигроскопичны. Газы, входящие в состав атмосферы, также являются постоянными примесями всех жидкостей.
Примесь воды удаляют из органических растворителей с помощью осушающих средств , в качестве которых выбирают вещества, плохо растворимые в жидкости и не вступают с ней в химическое взаимодействие.
Жидкое органическое вещество высушивают либо в эксикаторе (см. рис. 32), либо в плоской широкой чашке над осушителем, либо встряхивая в конической колбе вместе с осушающим реагентом. В последнем случае твердую фазу отделяют фильтрованием , а фильтрат перегоняют . Перегонку органического растворителя без предварительного удаления осушителя проводить не следует, так как некоторые осушители, например СаСl2, легко при нагревании выделяют воду. В тех случаях, когда требуется довести содержание воды до 0,005% и ниже, рекомендуют использовать сульфат кальция CaSO4. Сульфат кальция хуже других осушителей растворим в большинстве органических растворителей, не реагирует с ними в отличие от Р4О10, не катализирует их разложение, механически устойчив и легко регенерируется.
Обезвоживание простейших спиртов осуществляют при помощи алкоголята магния. В частности, для удаления примеси воды (0,5-0,7%) из этанола, метанола или пропанола применяют следующий способ.
После окончания реакции в колбу вводят 800 - 900 мл обезвоживаемого этанола и кипятят в течение 20 - 30 мин. Затем обратный холодильник заменяют на дефлегматор (см. рис. 162) и обычный холодильник и отгоняют этанол, освобожденный в значительной степени от примеси воды. Полученный в первой реакции этилат магния в процессе кипения этанола взаимодействует с примесью воды:
При перегонке этанола гидроксид магния Mg(OH)2 остается в кубовом остатке. Органические жидкости, не взаимодействующие с Na и Са, например диэтиловый эфир, ацетон, осушают небольшим количеством этих металлов. Очищенные от поверхностной пленки оксидов кусочки Na или Са разрезают ножом на части размером с горошину и быстро помещают в обезвоживаемую органическую жидкость. Колбу закрывают пробкой, трубка которой соединена со склянкой Тищенко (рис. 28, д), наполненной Р4О10 . Через сутки обезвоженную жидкость отгоняют.
Малополярные органические растворители типа бензола C6H6, хлороформа CHCl3, диэтилового эфира C2H4-OC2H5, этил-ацетата СН3СООС2Н5 и других можно высушить при помощи медленной фильтрации через колонку с гранулированным обезвоженным AI2O3 или SiO2. После такой операции содержание влаги, в частности, в (С2Н5)20 и СН3СООС2Н5 снижается с 1 -2% до 0,01%.
Для более полного удаления примеси воды из некоторых органических растворителей применяют перегонку тройных азеотропных смесей. Так, чтобы понизить в этаноле содержание воды до 0,2% при исходной концентрации примерно 5%, к нему добавляют рассчитанное количество бензола и смесь перегоняют. Сначала при температуре кипения 64,86 °С. отгоняется тройная азеотропная смесь, содержащая 74,1 % С6Н6, 18,5% С2Н50Н и 7,4% Н2О, а затем, если продолжать перегонку - двойная смесь с температурой кипения 68,24 °С, содержащая 67,6% С6Н6 и 32,4% С2Н5ОН, после чего уже при темпера-кипения 78,4 °С перегоняется этанол с содержанием воды сего 0,2%.
Вместо бензола можно использовать для удаления примеси воды из этанола перегонку тройных азеотропных смеси содержащих дихлорэтан или тетрахлорид углерода.
Рис. 160. Установка с обратным холодильником (а) и сосуды-приемники (б, в). 1 - трубка; 2 - холодильник; 3 - кран; 4 - колба; 5 - капилляры; 6 - колбонагреватель 7- переходник; 8- приемник; 9- трубка; 10- пробка
Более подробные сведения о составе тройных азеотропных смесей можно найти в специальных справочниках.
Напомним, что азеотропные смеси характеризуются равенством составов равновесных жидкой и паровой фаз и при их перегонке образуется конденсат того же состава, что и исходный раствор. Поэтому азеотропные смеси называют также нераздельнокипящими. При изменении внешнего давления азеотропная смесь может оказаться уже другого состава.
Удаление из жидкостей растворенных газов осуществляют кипячением их с обратным холодильником 2 (рис. 160, а) под уменьшенным давлением, создаваемым водоструйным насосом (см. рис. 258), присоединяемым к трубке 1. Через 20 - 40 мин непрерывного кипения жидкости (время определяется объемов и составом жидкости) отключают вакуум и прекращают нагрев. Затем перекрывают кран 3 и снимают холодильник.
Жидкость-освобожденную от газа, переливают из колбы 4 в приемник (рис. 160, 6) при помощи вакуума, используя переходник.
После перелива жидкости приемник 8 закрывают пришлифованной пробкой 10. Приемником жидкости может служить и сосуд с нижним спуском (рис. 160, в).Если жидкость обладает низкой температурой кипения, то применение вакуума нецелесообразно. В этом случае ограничиваются кипячением жидкости под атмосферным давлением, пропуская через обратный холодильник жидкий хладоагент, а не водопроводную воду.