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实验室常用干燥剂及其使用
除去固体、液体或
气体内少量水分的方法称干燥。有机实验中几乎所做的每一步反
应都会遇到试剂、溶剂和
产品的干燥问题,所以干燥是实验室中最普通但最重要的一项
操作。如果试剂和产品不进
行干燥或干燥不完全,将直接影响有机反应、定性分析、定
量分析、波谱鉴定和物理常数
测定的结果。
干燥方法可分为物理方法与化学方法两种。物理
方法有吸附(包括离子交换树脂法
和分子筛吸附法)、共沸蒸馏、分馏、冷冻、加热和真
空干燥等,化学方法按去水作用
的方式又可分为两类:一类与水能可逆地结合生成水合物
,如氯化钙、硫酸钠等;一类
与水会发生剧烈的化学反应,如金属钠、五氧化二磷等。下
面按有机物的物理状态介绍
各种干燥的方法和实验操作。
1
.固体的干燥
(
1
)
晾干
:将待干燥的固体放在表面皿上或培养皿中,尽量平铺成一薄层、再用
滤纸或培养皿覆
盖上,以免灰尘沾污,然后在室温下放置直到干燥为止,这对于低沸点
溶剂的除去是既经
济又方便的方法。
(
2
)
红外灯干燥
:固体中如含有不易挥发的溶剂时,为
了加速干燥,常用红外灯
干燥。干燥的温度应低于晶体的熔点,干燥时旁边可放一支温度
计,以便控制温度。要
随时翻动固体,
防止结块。
但对于常压下易升华或热稳定性差的结晶不能用红外灯干燥。
红外灯可用可调
变压器来调节温度,使用时温度不要调得过高,严防水滴溅在灯泡上而
发生炸裂。
(
3
)
烘箱烘干
:实验室内常用带有自动温度控制系统的电热鼓风干燥箱,其使用
温度一般为
50
~
300
℃,通常使用温度应控制在
100
< br>~
200
℃的范围内。烘箱用来干燥无
< br>腐蚀、无挥发性、加热不分解的物品。切忌将挥发、易燃、易爆物放在烘箱内烘烤,以
免发生危险。
(
4
)
干燥器干燥
:普通干燥器一般适用于保存易
潮解或升华的样品。但干燥效率
不高,所费时间较长。干燥剂通常放在多孔瓷板下面,待
干燥的样品用表面皿或培养皿
装盛,置于瓷板上面,所用干燥剂由被除去溶剂的性质而定
。
1.
变色硅胶是使用较普遍的干
燥剂,其制备方法是:将无色硅胶平铺在盘中,在
1
常用干燥剂及其使用
大气中放置几天
,任其吸收水分,以减少应力,如果部分干燥的硅胶有内应力,浸
入溶液中即会发生炸裂
,变成更小的颗粒状,当吸收的水分使它质量增了原质量的
1/5
时,浸入
20
%氯化钴的乙醇溶液中,
15
~
30
分钟后取出晾干,再置于
250
~
300
℃的烘
箱中活化至恒重,
即得变色硅胶。
它干燥时为蓝色,
吸水后变成红色,
烘干后可再使用。
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2.
分子筛是一种硅铝酸盐晶体,在晶
体内部有许多孔径均一的孔道。它可允许比
孔径小的分子如水分子进入,大的分子排除在
外,从而达到将大小不同的分子分离的目
的。分子筛通常按微孔表观直径大小进行分类,
如“5?
分子筛”,即表示它可吸附直径
为
5?
的分子,因此也能吸附直径为
3?
的水分子。当加热至
350
℃以上时,吸附后的分
子筛又可以解吸活化,所以它能反复使用(市售的分子筛应放在马弗炉内加热至
< br>550
±
10
℃活化
2h
,待温度降到
200
℃左右取出,小心地存放在干燥器内备用。
真空干燥器比普通
干燥器干燥效率高,但这种干燥器不适用于易升华物质的干燥。
用水泵抽气时,要接上安
全瓶,以免在水压变化时使水倒吸入器内。放气取样时,要用
滤纸片挡住入气口,防止冲
散样品。对于空气敏感的物质,可通入氮气保护。
图
1
普通干燥器、真空干燥器
(
5
)干燥枪,又称真空恒温干燥器,干燥效率很高,可除去结晶水或结晶
醇,常
常用于元素定量分析样品的干燥。使用时将装有样品的小试管或小舟放入夹层内,
曲颈
瓶内放置五氧化二磷,并混杂一些玻璃棉。用水泵(或油泵)抽到一定真空度时,就
可
关闭活塞,停止抽气。如继续抽气,反而有可能使水汽扩散到枪内。另外要根据样品的
性质,选用沸点低于样品熔点的溶剂加热夹层外套,并每隔一定时间再行抽气,使样品<
/p>
在减压或恒定的温度下进行干燥。
(<
/p>
6
)冷冻干燥,是使有机物的水溶液或混悬液在高真空的容器中,
先冷冻成固体
状态,然后利用冰的蒸气压力较高的性质,使水分从冰冻的体系中升华,有
机物即成固
体或粉末。对于受热时不稳定物质的干燥,该方法特别适用。
2
常用干燥剂及其使用
2
.液体的干燥
从水溶液中分离出的液体有机物,常含有许多水分,如不干燥脱水,直接蒸馏将会
增加前馏分,产品也可能与水形成共沸混合物,此外,水分如不除去,还可能与有机物
发生化学反应,影响产品纯度。所以,蒸馏前一般都要用干燥剂干燥,有些溶剂的干燥
也
可采用共沸干燥法。
(
1
)
干燥剂去水
在选用干
燥剂时首先应注意其适用范围(
表
1
)
,即选用的干燥剂不能与待干燥的
液体发生化学反应,或溶解其中,如无水氯化钙与醇、
胺类易形成配合物,因而它不能
用来干燥这两类化合物;其次要充分考虑干燥剂的干燥能
力,即吸水容量、干燥效能和
干燥速度。吸水容量是指单位质量干燥剂所吸收的水量,而
干燥效能是指达到平衡时仍
旧留在溶液中的水量。
对于形成水合物的干燥剂,
常用吸水后结晶水的蒸气压表示干燥效能,
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蒸气压越小,
干燥效能越强。例如,无水硫酸钠可形成
10
个结晶水的水合物,在
25
℃
时结晶水的蒸
气压为
256
Pa
(
1.92 mmHg
)。吸水容
量为
1.25
。而无水氯化钙最多能形成
6
个结晶
水的水合物,
25
℃
时结晶水的蒸气压为
40 Pa
(
0.30 mmHg
p>
),吸水容量为
0.97
,因此
氯化钙的干燥效能比硫酸钠强,但吸水容量小。对于含水较多的溶液,为了使干燥的效
果更好,常先用吸水容量大的干燥剂除去大部分水分,然后再用干燥效能强的干燥剂。
影响干燥效能的因素很多,如干燥时的温度、干燥剂用量和颗粒大小、干燥剂
与待
干燥液体接触的时间等。加热虽然可以加快干燥速度,但由于水蒸气压随之增大,使
干
燥效能减弱,而且生成的水合物在
30
℃
以上易失去水,所以液体的干燥通常在室温下进
行,在蒸馏
之前应将干燥剂滤去。
根据水在液体中的溶解度和干燥剂的吸
水容量,
虽然可以计算出干燥剂的理论用量,
但实际用量远远超
过理论用量。一般操作中很难确定具体的数量,多数是凭经验加入。
通常以加入后液体由
混浊变澄清,
或每
10mL
液体中加入
0.5
~
1 g
干燥剂,
作为加入量
的大致标准。显然加入干燥剂不能太多,
否则将吸附液体,引起更大的损失。
3