Переливание жидкостей. Проведение химических реакций.

Переливание жидкостей.

Простейший случай переливания жидкости из од , ного сосуда Шленка в другой изображен на рис. 62, а. После соединения двух сосудов в противотоке инертного газа с одного из боковых отводов снимают шланг, освобождая выход для газа. Полное или частичное переливание жидкости осуществляют наклоном системы. Если оба сосуда Шленка имеют прямые горла (рис. 62,6), пользуются изогнутой насадкой. В этом случае выливания жидкости можно добиться не только наклоном системы, Но и поворотом опорожняемого сосуда вокруг оси шлифа наполняемого сосуда. Такой способ опорожнения наиболее приемлем, например, при расфасовке жидкости в ампулы, как это показано на рис. 63. Сборка системы производится следующим образом. Вначале соединяют ампулы, паук и алонж, закрывают горло алонжа пробкой и после вакуумирования заполняют систему инертным газом через кран алонжа. Затем открывают ,горло алонжа, присоединяют изогнутую насадку и в противотоке газа — сосуд, ШлеНка с жидкостью, после чего быстро снимают подвод инертного газа с его боковой трубки. После расфасовки жидкости по ампулам их отпаивают, не прекращая тока инертного газа.

В некоторых случаях определенные преимущества имеют способы переливания жидкостей под действием разности давлений инертного газа. На рис. 64 изображено простейшее устройство для заполнения ампул или других сосудов жидкостью с использованием разрежения. Сосуд Шленка в данном случае открыт; газ, свободно выходящий из горла, препятствует проникновению воздуха. Жидкость поступает в ампулу по толстостенной капиллярной трубке с диаметром канала около 1 мм под действием строго дозированного разрежения. Для этой цели можно использовать и постоянный источник незначительного разрежения, например водоструйный насос при слабом токе воды, однако удобнее и безопаснее создавать разрежение с помощью медицинского шприца объемом 20 мл (рис. 65). Трехходовый кран (рис. 65, а) или два простых крана (рис. 65, б) позволяют чередовать разрежение с подачей в систему инертного газа. Замену ампул производят в следующем порядке. После заполнения ампулы жидкость из трубки вытесняют обратно в сосуд током инертного газа. Далее отпаивают ампулу и, несколько увеличив ток инертного газа, заменяют ее пустой, которую предварительно продувают аргоном с помощью иглы от медицинского шприца.

Использование гибких тефлоновых или полиэтиленовых шлангов дает экспериментатору значительно большую свободу в конструировании удобных приспособлений. В качестве примера на рис. 66 изображено одно из возможных приспособлений для заполнения ампул или других сосудов жидкостью под действием избыточного давления инертного газа или разрежения. Римскими цифрами на рисунке показаны стадии соединения частей прибора. После удаления воздуха из ампулы и насадки выполняется соединение / и током инертного газа производится вытеснение воздуха из системы трубок (конец трубки при этом, разумеется, должен находиться вне сосуда Шленка). После введения трубки в сосуд Шленка и соединения шлифов // перекрываются оба крана. Дозированный впуск инертного газа в сосуд Шленка для вытеснения определенного объема жидкости удобно производить с помощью приспособления со шприцем, как показано на рис. 65. Возникающее при этом избы.

Фильтрование.

Требуется лишь небольшая доля фантазии, чтобы на основе описанных выше приспособлений сконструировать удобные приборы для выполнения самых разнообразных операций в анаэробных условиях с твердыми, жидкими и газообразными веществами. Ниже приведено несколько примеров техники проведения фильтрования— одной из наиболее распространенных операций в лабораторной практике.

На рис. 69 изображено приспособление для разделения твердой и жидкой фаз путем декантации или с использованием обратного фильтра. При;сравнении его с прибором для заполнения ампул жидкостью (рис. 66) видно, что принципы их действия аналогичны.

Чаще для фильтрования в атмосфере инертного газа используют специальные воронки с пористой стеклянной перегородкой (см. например, поз. 2 на рис. 70). Следует строго следить, чтобы размер пор фильтрующей перегородки соответствовал размеру частиц осадка: в случае забивания пор фильтра осадком исправить ошибку при работе в анаэробных, условиях бывает очень трудно.

При фильтровании в атмосфере инертного газа не стоит упускать преимуществ, предоставляемых аппаратурой, а именно возможностью фильтрования не только под действием разрежения под фильтром, но и при небольшом избыточном давлении над фильтрующей перегородкой. Если фильтр подобран правильно и осадок не склонен к слипанию, избыточного давления в 40—100 мм рт. ст. уже вполне достаточно для достижения практически приемлемой скорости фильтрования. К фильтрованию поД давлением приходится прибегать при работе с летучими жидкостями или горячими суспензиями. Избыточное давление над фильтром создается с помощью маностата. Перед фильтрованием следует убедиться в надежности уплотнения шлифов, которые будут находиться под давлением.

Если количество подлежащей фильтрованию суспензии не превышает полезного объема воронки, можно воспользоваться приспособлением для фильтрования, предусматривающим перенесение жидкости с осадком на фильтр в один прием (рис. 70). Собрав прибор, осадок взмучивают, плавными круговыми движениями всей конструкции, после чего ее переворачивают на 180°. При необходимости механического воздействия на осадок, после фильтрации, например его уплотнения и отжимания на фильтре, в фильтровальную воронку можно ввести расплющенную палочку или другой инструмент, как показано на рис, 70, е.

Проблема промывки осадка на фильтре решается с помощью различных приспособлений. Один из способов заключается в подаче жидкости на фильтр с помощью гибкой, например фторопластовой, трубки, которую пропускают через открытый боковой кран воронки, как показано на рис. 71.

Приспособление, изображенное на рис. 72, позволяет кроме сосуда с суспензией подсоединить и емкость с растворителем. Фильтруемая суспензия и промывная жидкость могут подаваться на фильтр небольшими: порциями путем поворота соответствующих сосудов. Изображенная на этом рисунке воронка дает возможность проводить фильтрование при тер мостатировании. Горячая вода или, при необходимости, охлаждающая жидкость подаются в рубашку воронки. Промывная жидкость может быть нагрета или, наоборот, охлаждена непосредственно в сосуде Шленка.

Промывку осадка на фильтре можно осуществлять и с помощью капельной воронки. Рекомендуемые для работы в анаэробных условиях конструкции воронок показаны на рис. 73. Воронки типов 73, б и в позволяют избежать контакта промывной жидкости со смазкой [14].

На рис. 74 в качестве примера приведен прибор, в котором перенос осадка на фильтр осуществляется в один прием, а промывание осадка — порциями из капельной воронки. Сборку прибора производят в горизонтальном положении; для перенесения суспензии на фильтр всю конструкцию поворачивают на 90а вокруг оси, перпендикулярной плоскости рисунка.

Перед выгрузкой отфильтрованного вещества его необходимо высушить. Сушку с использованием вакуума можно применять только в том случае, если есть твердая уверенность в герметичности всех шлифованных соединений: они не должны пропустить даже небольшого количества воздуха за все время сушки. Для связывания паров жидкости при сушке в вакууме к воронке с веществом подсоединяют сосуд ствердым осушителем (рис. 75), из которого предварительно тщательно удаляют кислород путем вакуумирования при нагревании.

Большую надежность обеспечивает сушка вещества на фильтре в токе инертного газа. Газ может подаваться как сверху — через отводную трубку воронки, так и снизу. С целью ускорения сушки инертный газ может быть подогрет. Если для фильтрования использовалась термостатируемая воронка (см. рис. 72), в процессе сушки в рубашку подают теплую воду.

Проведение химических реакций.

В практике химических лабораторий реально применяется множество самых разнообразных приборов для проведения химических реакций в анаэробных условиях, что связано с разнообразием экспериментальных задач и требований к чистоте эксперимента. Не последнюю роль в выборе аппаратуры играет индивидуальный «почерк» исследователя, его фантазия, а также реальные возможности для ее воплощения. Строгая систематизация приборов такого рода вряд ли возможна в книге, не посвященной исключительно технике анаэробного эксперимента. Поэтому ниже рассмотрены лишь некоторые наиболее универсальные приборы.

При конструировании аппаратуры для проведения реакций приходится сталкиваться с. такими проблемами, как необходимость добавлять в ходе реакции жидкие, порошкообразные, газообразные компоненты: необходимость разделять продукты реакции путем фильтрования,  экстрагирования  или   разгонки при сохранении анаэробных условии и т. п. Часто реакции приходится проводить при охлаждении или, наоборот, при кипении растворителя; для проведения гетерогенных процессов требуется перемешивание. Многие из этих проблем удается решить, модифицируя описанную выше аппаратуру.

Проведение гетерогенных процессов. На рис. 76 показан один из удобных приборов для проведения химических реакций, кристаллизации, последующего фильтрования кристаллического продукта, егс сушки, расфасовки и других операций. Через горло / загружается сйачала порошкообразный, затем жидкий компонент. При этом наклон прибора должен обеспечивать их попадание в аппендикс 2, где затем происходит взаимодействие компонентов. При необходимости через горло 3 вводится мешалка с пришлифованным стержнем; нагрев реакционной массы осуществляется с помощью жидкостной бани. После окончания реакции поворотом прибора на 90° суспензия переносится на фильтр. После фильтрации через горло / можно ввести дополнительное количество жидкости, обмыть ею аппендикс и затем перелить на фильтр для промывки осадка. Высушенный осадок выгружается через горло 3 с помощью лопатки.

Перемешивание рекционной массы в анаэробных условиях удобнее всего осуществлять с помощью магнитных мешалок. Если сферическое дно реакционного сосуда не позволяет использовать обычный заплавленный в стекло железный стерженек, можно рекомендовать магнитную мешалку на стеклянной оси (рис. 77 и 78). В последнем случае магнитный привод расположен в верхней части прибора, что во многих случаях гораздо удобнее. Мешалки такого типа обычно работают при условии тщательного изготовления.

Мешалка с пришлифованным стержнем (см. рис. 98) может быть использована при небольшом избыточном давлении инертного газа в приборе. Однако цилиндрический шлиф не обеспечивает герметичности при необходимости создания разрежения в реакционной колбе.

Наконец, самый простой способ введения мешалки — через достаточно длинную направляющую трубку, в постоянном токе инертного газа (рис. 79). На оси мешалки полезно закрепить 2—3 тефлоновых колечка, предотвращающих трение оси о направляющую трубку.

Прибавление твердых и жидких компонентов в реакционную смесь проводят с помощью описанных выше приспособлений. В качестве примера на рис. 80 изображены приспособления для одновременного постепенного введения в реакцию сыпучего и жидкого компонентов. Взаимное расположение сосуда Шленка с твердым веществом и капельной воронки должно обеспечивать эффективный смыв порошка каплями жидкости.

Некоторые трудности возникают при необходимости добавления сыпучего вещества к реакционной массе при кипении растворителя: пары жидкости могут вызвать слипание порошка. В приспособлении, изображенном на рис. 81, ток инертного газа проходит по трубке для ссыпания порошка и предохраняет его от слипания. Конденсат из холодильника смывает порошок в реакционный сосуд.

Вскрывание ампул.

Выше рассмотрены некоторые приспособления для заполнения ампул жидкостями и порошками в токе инертного газа. Техника вскрывания ампул, содержащих чувствительные к воздуху вещества, требует от экспериментатора определенных навыков в обращении со стеклом: неловкость здесь особенно нежелательна, так как с большой долей вероятности приводит к аварии. Применение даже незначительных физических усилий для вскрывания горла ампулы недопустимо. Если при резке стеклянных трубок достаточно на место разлома нанести царапину алмазом или напильником, то при вскрывании ампул это лишь первый этап — далее следует добиться образования в стекле горизонтальной трещины,хотя бы с помощью нагретой нихромовой проволоки.

На рис. 82. изображено удобное приспособление для вскрытия ампул в токе аргона с последующим перенесением содержимого в реакционный сосуд. Кончик ампулы с нанесенной заранее трещиной обламывают внутри приспособления стеклянной палочкой или крючком из стальной проволоки, которые вводят через специальный отвод. Разумеется, второй выход для газа в это время должен быть закрыт.