Тема 2. Классификация реактивов по степени чистоты. Методы очистки твердых веществ и газов.

Что такое чистое вещество? Под абсолютно чистым веществом подразумевают такую химически однородную систему, которая состоит или из атомов с одним и тем же атомным номером и массовым числом, или из одинаковых молекул, или различных молекул при условии, что они составляют общую фазу и находятся друг с другом в равновесии.

В природе абсолютно чистых веществ не существует. Появление абсолютно чистого вещества сразу же вызвало бы возникновение самопроизвольно и необратимо протекающего процесса растворения в этом веществе компонентов окружающей среды и ее примесей. Поэтому практически все вещества можно рассматривать как растворы (твердые, жидкие или газообразные) примесей в основном компоненте.

Наиболее чистые вещества, применяющиеся при химическом анализе, а также для научных исследований, получили название реактивов. До настоящего времени еще не существует единой международной классификации химических препаратов по степени чистоты.

Результативность работы химика в значительной мере зависит от степени чистоты применяемых веществ. Согласно ГОСТ 13867-68 «Продукты химические. Обозначения чистоты», все химические продукты подразделяются на 4 группы:

1. Сырые продукты - природного происхождения и полуфабрикаты с большим содержанием примесей;

2. Технические продукты, вырабатываемыми предприятиями с относительно небольшим содержанием примесей;

3. Реактивы, предназначенные для аналитических препаративных и иных работ в лабораториях;

4. Продукты особой чистоты.

В лабораторной практике используются реактивы и особо чистые вещества, качество которых регламентируется государственными стандартами и техническими условиями.

В зависимости от содержания основного вещества и допустимых примесей для химических реактивов установлены следующие квалификации. Реактивы со значительным содержанием примесей называют «техническими». Далее по мере уменьшения примесей получают такие марки:

Чистый (ч., зеленый цвет этикетки) – низшая квалификация реактива. Содержание основного вещества ≥ 98%, содержание примесей или нелетучего остатка 0,01-0,5%, остаток после прокаливания – до 0,5%.

Чистый для анализа (ч.д.а., синий цвет этикетки). Эта квалификация характеризует аналитическое применение препарата. Содержание основного вещества ≥ 99%.

Химический чистый (х.ч., красный цвет этикетки). Высокая степень чистоты препарата. Содержание отдельных примесей в пределах 1Е-3 (0,001 %) – 1Е-5% (0,00005 %) и нелетучего остатка < 0,1%, остаток после прокаливания < 0,1%.

Высокочистые вещества (желтый цвет этикетки), подразделяемые на спектрально - чистые (сп.ч.), эталонной чистоты (э.ч.), и особо чистые (ос.ч.).

Содержание примесей в особо чистых веществах лимитируется в пределах 1Е-5 – 1Е-10%.

Если в веществе особой чистоты лимитируются лишь неорганические примеси, то за символ ос.ч. следуют две цифры, из которых первая указывает число лимитируемых примесей, а вторая – их суммарное содержание (в %), выраженное как абсолютное значение показателя степени порядкового множителя. Ех, марка означает, что в кремнии лимитировано содержание неорганической примеси, суммарное содержание которой не превышает 1Е-5%.

Если для особо чистых веществ лимитируются только органические примеси, перед символом ос.ч. ставят буквы «ОП» с цифрой, обозначающей их предельное содержание Ех. Например, марка особо чистого вещества с суммарным содержанием органических примесей 0,001% (1Е-3%) обозначается «ОП-3 ОС.Ч.».

Марка особо чистых веществ, для которых лимитируются как неорганические, так и органические примеси, обозначается с учетом содержания этих примесей. Марка вещества, для которого сумма органических примесей лимитируется величиной 1Е-4%, а сумма 8 неорганических примесей составляет 1Е-5% обозначается «ОП-4 ОС.Ч.8-5».

В зависимости от области применения высокочистых веществ к ним предъявляются особые технические требования.

Химические реактивы классифицируют часто по областям их преимущественного применения: индикаторы, красители для микроскопии, для хроматографии ( сорбенты, носители, неподвижные фазы и др.), для люминофоров, для фотографии, для криоскопии, для спектрального анализа и т.д.

Согласно ГОСТ 3885-73, реактивы (препараты) должны быть упакованы в соответствующую потребительскую тару, герметически упакованы и снабжены стандартной этикеткой.

При наличии у реактивов ядовитых, огнеопасных и взрывоопасных свойств наклеивается этикетка с надписями: «Огнеопасно» - красная; «Яд» - желтая; «Взрывоопасно» - голубая; «Беречь от воды» - зеленая.

Для реактива каждой квалификации этикетка должна быть определенного цвета или на этикетке должна быть цветная полоса:

Квалификация реактивов	Цвет этикетки
Чистый	Зеленый
Чистый для анализа	Синий
Химически чистый	Красный
Особо чистый	Желтый
Прочие	Светло – коричневый

Применяемые для работ в лаборатории вещества должны быть достаточно чистыми, ибо истинные свойства индивидуальных веществ проявляются лишь тогда, когда они очищены от примесей, сопутствующих им в природных материалах, а также от загрязнений, попадающих в них в процессе получения. Определить степень чистоты вещества можно, исходя из его состава или из его свойств. Состав вещества определяют с помощью количественного и качественного анализа.

Иногда наличие примесей определяют лишь качественным анализом. В этом случае проводят химические реакции, в результате которых примеси переводят в соединения, легко определяемые по внешним признакам.

Так как всякий анализ связан с некоторыми неточностями в результатах, то отрицательный результат его не дает возможности сделать вывод о полном отсутствии загрязнения в испытуемом образце. Каждый метод анализа характеризуется определенной чувствительностью. Поэтому можно лишь говорить лишь о содержании в образце примесей меньше определенной величины.

Каждое чистое вещество имеет определенные физические свойства: цвет, температуру плавления, температуру кипения, плотность и др., поэтому чистоту вещества можно определить, изучая эти свойства. Наиболее подходящими для оценки чистоты вещества являются те свойства, которые могут быть оценены количественно. Полученные величины сравнивают с данными таблиц испытываемого вещества. На практике чаще всего определяют температуры плавления, кипения и плотность. Примеси большей частью понижают температуру плавления, и последняя не остается постоянной от начала до полного расплавления вещества, как в случае чистого вещества. Температура кипения жидкости при наличии примесей повышается и не остается постоянной, как в случае чистой жидкости. Плотность вещества при наличии примесей также отличается от таковой для чистого вещества.

Очистку веществ от примесей производят различными методами. Выбор этих методов определяется свойствами вещества и областью их применения.

Наиболее распространенными методами очистки являются для твердых веществ перекристаллизация и возгонка (сублимация), для жидкостей – фильтрование и перегонка (дистилляция), для газов – поглощение примесей различными веществами.

Перекристаллизация – один из важнейших методов очистки твердых веществ. По сравнению с другими методами она наиболее универсальна, относительно малотрудоемка, обеспечивает при правильном проведении высокую степень очистки, хотя и связана иногда со значительными потерями очищаемого продукта.

Перекристаллизация основана на различной растворимости очищаемого вещества в горячем и холодном растворителе и включает в себя следующие этапы:

1. Выбор растворителя;

2. Предварительное удаление примесей;

3. Приготовление насыщенного горячего раствора;

4. Отделение нерастворившихся примесей, обработка раствора адсорбентами, отделение адсорбента;

5. Охлаждение раствора;

6. Отделение образовавшихся кристаллов;

7. Промывка кристаллов чистым растворителем;

8. Сушка.