- •Степин б. Д
- •Глава 1
- •Глава 2
- •Глава 3
- •Глава 4
- •Глава 5
- •Глава 6
- •Глава 7
- •Глава 8
- •Глава 9
- •Глава 10
- •Глава 11
- •Глава 12
- •Глава 13
- •Глава 14
- •Глава 1
- •1.1. Стекло
- •1.2. Керамика, керметы, графит и асбест
- •1.3. Полимерные материалы
- •1.4. Металлы
- •1.5. Материалы для фильтрования
- •1.6. Резина и каучуки (пробки и шланги)
- •1.7. Смазки, замазки и уплотняющие средства
- •1.8. Вода
- •1.9. Ртуть
- •1.10. Монтажные приспособления, крепежные изделия и амортизаторы
- •Глава 2
- •2.1. Химические стаканы, колбы и реторты
- •2.2. Колокола, колпаки, склянки и пробирки
- •2.3. Промывалки, эксикаторы и сосуды Дьюара
- •2.4. Краны, зажимы, клапаны, затворы каплеуловители
- •2.5. Сифоны, переходные трубки, алоюки, шлифы, стеклянные трубки и капилляры
- •2.6. Делительные и капельные воронки, ампулы и бюксы
- •2.7. Холодильники
- •2.8. Ступки, чашки, тигли, лодочки и шпатели
- •2.9. Очистка и сушка химической посуды
- •Глава 3
- •3.1. Технохимические весы
- •3.2. Аналитические весы
- •3.3. Гидростатические весы
- •3.4. Газовые и торзионные (крутильные) весы
- •3.5. Специальные весы
- •3.6. Весовая комната
- •Глава 4
- •4.1. Мерные цилиндры, мензурки и другая мерная посуда
- •4.2. Мерные колбы и пикнометры
- •4.3. Пипетки
- •4.4. Бюретки
- •4.6. Определение плотности жидких и твердых веществ
- •Глава 5
- •5.1. Ртутные термометры
- •5.2. Газовые тензиметрические термометры
- •5.3. Паровые и жидкостные манометрические термометры
- •5.4. Термометры сопротивления
- •5.5. Термисторы
- •5.6. Термопары
- •5.7. Пирометры
- •5.8. Конусы Зегера (керамические пироскопы)
- •5.9. Регулирование температуры
- •5.10. Термостаты
- •5.11. Криостаты
- •Глава 6
- •6.4. Инфракрасные излучатели
- •6.6 Электропечи
- •6.7. Индукционные печи
- •6.8. Высокочастотные диэлектрические нагреватели
- •6.9. Газовые печи
- •6.10. Сушильные шкафы
- •6.11. Средства и приборы для охлаждения
- •6.12. Теплоизоляция
- •Глава 7
- •7.1. Измельчение
- •7.2. Высушивание и прокаливание порошков
- •7.3. Просеивание сухих порошков
- •7.4. Смешивание порошков
- •7.5. Хранение
- •7.6. Возгонка (сублимация) и десублимация
- •7.8. Определение температуры плавления
- •7.9. Измерение степени влажности
- •Глава 8
- •8.2. Перекачивание жидкости
- •8.3. Удаление влаги и растворенных газов из органических жидкостей
- •8.4. Перегонка жидкостей (дистилляция)
- •8.5. Молекулярная перегонка
- •8.6. Элементарная техника жидкостной экстракции
- •8.7. Определение температур кипения жидкостей
- •8.8. Капиллярные вискозиметры
- •8.9. Хранение жидкостей
- •Глава 9
- •9.1. Растворение.
- •9.2. Перемешивание
- •9.3. Выпаривание и концентрирование растворов
- •9.5. Промывание осадков
- •9.6. Кристаллизация веществ из растворов
- •9.7. Кристаллизация вещества из расплава
- •9.8. Выращивание монокристаллов
- •9.9. Экстракция примесей из смеси твердых фаз
- •9.10. Определение молярной массы вещества-неэлектролита
- •Глава10. Эксперименты с газами
- •10.1. Приборы для получения газов
- •10.2. Приборы для реакций газов с твердыми веществами
- •10.3. Очистка и осушка газов
- •10.4. Измерение давления газа
- •2 • 104 Па (150 торр).
- •10.5. Измерение давления пара вещества
- •10.6. Регулирование давления
- •10.7. Измерение расхода газа
- •10.8. Получение вакуума и избыточного давления
- •10.9. Ловушки для конденсации газов
- •10.10. Хранение газов
- •10.11. Измерение плотности и объема газов
- •10.12. Определение влажности газов
- •Глава 11. Электрохимические исследования и синтезы
- •11.2. Химические источники тока и электроды
- •11.3. Измерения водородного показателя
- •11.4. Электролиз
- •11.5. Электрический разряд в газах
- •11.6. Электродиализ
- •Глава 12
- •12.2. Автоклавы
- •12.3. Компрессоры
- •Глава 13
- •13.1. Микрососуды, микропипетки и пластинки
- •13.2. Градуированные микропипетки, микробюретки и микромерные колбы
- •13.3. Нагревание
- •13.4. Перемешивание и измельчение
- •13.5. Растворение, выпаривание и высушивание
- •13.6. Фильтрование
- •13.7. Перегонка и возгонка
- •13.8. Экстракция
- •13.9. Определение температур плавления и кипения
- •13.10. Определение плотности
- •Глава 14
- •14.1. Источники света
- •14.2. Жидкостные, стеклянные и интерференционные светофильтры
- •14.3. Фотохимические реакторы
9.9. Экстракция примесей из смеси твердых фаз
Обработка твердых фаз экстрагентом позволяет удалить примеси, растворимые в экстрагенте, а также поверхностные загрязнения кристаллов очищаемого вещества. При однократной экстракции тонко измельченное вещество (см. разд. 7.1) нагревают при перемешивании с экстрагентом в колбе с обратным холо дильником (см. рис. 160), после чего твердую фазу отфильтровывают (см. разд. 9.4) и высушивают (см. разд. 7.2). Если смеси твердых веществ таким образом был извлечен нужный компонент, то фильтрат выпаривают (см. разд. 9.3), а выделенные кристаллы переосаждают из чистого экстрагента.
Извлечение из смеси твердых веществ нужного компонента водой, водными растворами кислот и оснований называют выщелачиванием (водной экстракцией). Если выщелачивание осуществляют без нагревания, то процесс называют мацерированием, а если при нагревании, но без кипения жидкости, - дигерированием. В том и другом случае после перемешивания суспензии дают отстояться и декантацией (см. разд. 9.5) переводятэкстракт в другой сосуд. Операцию выщелачивания повторяют нужное число раз, добавляя в сосуд со смесью твердых веществ очередную порцию экстрагента.
Аппараты Сокслета. В таком аппарате (рис. 223, а) измельченное очищаемое вещество 5 помещают в стеклянный вставной патрон 4, дно которого - фильтрующая пластинка 6. Затем в патрон наливают выбранный экстрагент, пока он не начнет стекать по сифону 7 в колбу 8 с капиллярами и не заполнит ее наполовину. После этого к сосуду 2 присоединяют обратный холодильник 1 и начинают нагревать колбу 8 в масляной бане (см. разд. 6.1) или в колбонагревателе (см. рис. 118).
Пар экстрагента через трубку 3 попадает в обратный холодильник, из которого конденсат стекает на очищаемое вещество 5 и фильтруется через него, омывая почти каждую частицу. Проходя пористое дно 6 патрона, экстрагент поднимается между стенками патрона и сосуда 2. Частицы вещества оказываются под слоем экстрагента. Когда уровень его в патроне и между стенками патрона 4 и сосуда 2 достигнет уровня колена сифона 7, вся жидкость сбрасывается в колбу, и патрон снова начинает наполняться экстрагентом, стекающим из обратного холодильника 1.
Верхний уровень экстрагента в патроне должен быть на 5 - 10 мм выше уровня твердой фазы. Аппарат Сокслета работает много часов подряд. Конец экстракции примесей определяют качественным анализом пробы экстрагента, взятой пипеткой из верхней части патрона 4 через обратный холодильник или через пробоотборник 10 сифона 7. Если извлекаемое вещество обычных условиях является твердым, то пробу выливают на часовое стекло и выпаривают досуха. Отсутствие на стекле матового пятна или твердого остатка свидетельствует об окончании экстракции. Такое определение полноты извлечения примеси будет ошибочным, если твердая фаза хотя бы частично переходит в экстрагент.
Рис. 223. Приборы для твердофазной экстракции: аппарат Сокслета с патроном (а), экстрактор с сифоном (б) и аппарат Сокслета с пальчиковым холодильником (в):
в 1 - пальчиковый холодильник; 2 - скошенное дно; 3 - сосуд; 4 - трубка; 5 – патрон ; 6-тампон из полимерной или стеклянной ваты; 7- колба
К недостаткам аппарата Сокслета относят неравномерность проникновения экстрагента в твердую фазу из-за каналообразования, отсутствие обогрева очищаемой твердой фазы, отказы сифона и различное время контакта с экстрагентом верхнего и нижнего слоев твердой фазы в патроне.
Существуют различные варианты конструкций аппаратов Сокслета. В одном из них (рис. 223, б) конденсат из обратного холодильника 1 (экстрагент), попадая через трубку 2 в склянку 3 постепенно поднимается снизу вверх через слой смеси твердых веществ и, когда отверстие 4 в сливной трубке 2 будет им закрыто, он начнет подниматься по сливной трубке и сифону 5 до тех пор, пока не достигнет верхнего колена сифона, после чего весь экстрагент из сосуда 3 перельется в колбу 7, и процесс экстракции снова повторится. Пар кипящего экстрагента попадет в холодильник 1 через паропровод 6. В этом аппарате экстрагент, стекающий из обратного холодильника, направляется сразу на дно сосуда 3 с очищаемым веществом и тем самым устраняется каналообразование в твердой фазе и каждая ее частица равномерно омывается экстрагентом.
Не наблюдается каналообразования и при использовании аппарата Сокслета другого типа (рис. 223, в). Пальчиковый холодильник 1 этого прибора имеет скошенное дно 2, позволяющее конденсату стекать вниз только по стенке сосуда 3. На трубку 4 слива экстрагента и выхода пара его из колбы 7 надет патрон 5 со смесью твердых веществ. Зазор между трубкой 4 и патроном 5 внизу закрыт тампоном из стеклянной ваты или фторопластового волокна 6. Экстрагент, проходя этот тампон, поднимается постенно в патроне, извлекая по пути механические примеси из твердой фазы. Достигнув верхнего среза трубки 4, он стекает в колбу 7. Эта трубка должна быть достаточно широкой, чтобы
не препятствовать одновременному движению пара экстрагента и стекающего конденсата.
Перколяторы (проточные экстракторы). Перколяторы применяют для разделения механической смеси твердых веществ путем фильтрации экстрагента через эту смесь (перколяция – от лат. слова percolatio, означающего "процеживание, просачивание"). Экстрагент в процессе перколяции не задерживается в твердой фазе. Поэтому метод применяют для удаления из смеси твердых веществ примесей, хорошо и быстро растворимых в экстрагенте.
Наиболее простой перколятор состоит из воронки 1, сосуда 2 с пористым дном 5, на которое помещают смесь твердых веществ 4. Экстрагент подают каплями или тонкой струйкой из воронки на слой разделяемых веществ, проходя который экстрагент растворяет примеси. Смесь веществ загружают в перколятор слоями, разделяемыми друг от друга пористыми дисками 6 из полиэтилена или фторопласта для более равномерного
распределения жидкой фазы по слою твердых веществ. Перед перколяцией смесь твердых веществ измельчают (см. разд. 7.1) до размера частиц не более 0,1 - 0,2 мм. Скорость подачи экстрагента регулируют таким образом, чтобы за 1 ч из перколятора вытекало от 1/50 до 1/25 экстракта от объема твердой фазы.
Рис. 224. Перколяторы с воронкой (а), с вставным стаканом (б) и с пальчиковым холодильником (в):
б: 1 - холодильник; 2 - воротник для сбора влаги; 3 - сосуд; 4 - патрон с пористой пластинкой 5;
в: 1 - пальчиковый холодильник; 2 - сосуд; 3 - вещество; 4 - пористое дно; 5 - колба. 6- колбонагреватель; 7- пористая пластинка
При непрерывной перколяции пар кипящего экстрагента пропускают либо рядом с патроном 4 (рис. 224, 6) твердой фазы, либо через слой кристаллов 3 (рис. 224, в). Конденсат фильтруется через очищаемое вещество и стекает в колбу 5 с кипящим экстрагентом.