Учебное пособие знакомит читателя с техникой эксперимента в химии и предназначено для обучения основным приемам работы в хи­мической лаборатории

Для ее получения растирают в фарфоровой чашке 25-35 г декстрина (крахмала) и 35 мл глицерина. Полученную пасту нагревают при помешивании до образования медообразного состояния и затем дважды доводят нагреванием до вспенивания, после чего фильтруют через стеклянный фильтр № 0 или № 1 (см. табл. 2). Хранят смазку в склянке с притертой пробкой.

Смазку нельзя применять при работе с уксусной кислотой, ацетоном, спиртами, пиридином и анилином.

Рекомендуют еще такой рецепт этой смазки: смешивают безводный глице­рин (29 г), декстрин (7 г) и маннит (3,5 г). Маннит - шестиатомный спирт состава СН₂ОH(СНОН)₄СН₂ОН с температурой плавления 165-166 ⁰С. Смесь при постоянном перемешивании нагревают почти до кипения, охлаждают, перемешивая время от времени, и разливают в сосуды с пробками для хране­ния.

Увеличение содержания декстрина повышает вязкость смаз­ки, а маннита - прилипаемость к стеклу. Смазка устойчива к действию углеводородов и их хлорпроизводных, но нестойка в среде воды, спиртов, жирных кислот, аминов и гетероцикличе­ских соединений, содержащих азот.

Смазку Капсенберга используют в приборах, когда не тре­буется высокий вакуум.

Высоковакуумную смазку готовят также на основе тетраэти-ленгликоля Н(-0(СН₂)₂-)₄0Н (температура плавления -6,2 °С, кипения 327,3 °С).

Для ее получения в 45 г тетраэтиленгликоля растворяют при нагревании д 140 °С и перемешивании 7,5 г ацетилцеллюлозы, добавляемой постепенно виде мелких кусочков. Отдельно нагревают на масляной бане (см. разд. 6.1) 190 ^СС 30 г лимонной кислоты НОС(СН₂СООН)₂СООН, к которой приливают первый раствор. Смесь нагревают 90 мин до 180-190 °С. Затем ее разливают предварительно подогретые стеклянные стаканы и быстро переносят их в вакуум-эксикатор, который эвакуируют так быстро, как только позволяет вспенивание смазки.

Хранят смазку в хорошо закрытых сосудах.

Ее готовят следующим образом. Около 10 г стеклообразных кусочков мета-фосфорной кислоты растворяют в 100 мл воды, смешивают с 2 г В(ОН)₃ для полного растворения и упаривают полученный раствор на водяной бане до 25 мл. Затем добавляют 1 мл 85%-й Н₃РО₄ и кипятят при помешивании, не допуская увеличения температуры выше 120 °С. Полученная прозрачная вяз­кая, несколько гигроскопичная масса, не кристаллизуется в течение месяца.

Они могут обратимо затвердевать и размягчаться или необра­тимо скреплять соединения. К обратимо затвердевающим отно­сят пицеин, оппанол, замазку Крёнига и апиезоновый воск.

РbО в течение нескольких минут нагревают при помешивании до 200 °С и после охлаждения тотчас же смешивают с безводным глицерином в тестообраз­ную массу. Обычно берут на 10 мл глицерина 40 г РbО.

Перед нанесением замазки поверхность очищают от жира, влаги, грязи и смазывают глицерином. Через полчаса замазка затвердевает и выдерживает нагрев до 260 °С. Глицерат свинца неустойчив к действию воды и может разрушаться концентри­рованными водными растворами щелочей и уксусной кислоты.

Менделеевская замазка - смесь канифоли, воска, оксида железа(Ш) и олифы. Ее употребляют для скрепления стекла со стек­лом и стекла с металлом. Если замазки нет в продаже, то ее можно приготовить.

Расплавляют 25 г пчелиного воска на слабом огне в металлической чашке и снимают пену. Затем постепенно при помешивании добавляют 100 г порошкообразной канифоли и смесь нагревают до 150-200 ^СС. Когда пена исчезнет, к расплаву примешивают 40 г Fe₂O3 и после исчезновения пены доливают 1 мл льняной олифы. Чем ее больше, тем мягче будет замазка. Если пена больше образуется, то нагрев прекращают, и расплав переливают в формы из пергаментной бумаги, к которой замазка не пристает. Перед использованием замазку расплавляют.

Цемент Сореля разрушается в кислых средах, но устойчив действию органических растворителей и водных растворов щелочей.

Сорель Жорж (1847-1922) - французский инженер и политик.
Асбестобариевый силикат состоит из растворимого стекла (метасиликата натрия), асбестовой муки и сульфата бария BaS0₄, смешанных в соотношении 2:2:1. Такую замазку, как и цемент Сореля, готовят перед работой. В течение часа замазку затвердевает. Она устойчива в среде кислот, водных растворов щелочей и выдерживает температуру до 800 °С.

Цинковый цемент состоит из оксида цинка ZnO и 60% -ого водного раствора хлорида цинка Z11CI2. Составные части цемента хранят отдельно и смешивают непосредственно перед работой. Цемент затвердевает через 1-2 мин и обладает высокой твердостью. В кислой и щелочной средах разрушается, но устойчив к действию органических растворителей.

Цинкмарганцевый силикат - смесь диоксида марганца МnО₂, оксида цинка ZnO и жидкого стекла, взятых в соотношении 1:1:1,5. Его применяют для склеивания фарфора и керамики.

Легкоплавкая замазка с температурой плавления 65 °С состо­ит из 40% Bi, 25% Pb, 15% Hg, 10% Sn и 10% Cd. Она хорошо склеивает стекло, но неустойчива в кислых и сильно щелочны средах.

Диабазовая замазка состоит из молотого диабаза или базальта (см. разд. 1.2). Для ее получения к 100 г диабазового порошка добавляют 5 г Na₂[SiF₆] и 45 г жидкого стекла. По прочности беспористости и химической стойкости эта замазка превосходит все другие силикатные замазки.

Температура начала ее размягчения около 800 °С. Замазка выдерживает перепады температур от -120 до +4 °С.

Перечень замазок на этом не заканчивается. Экспериментатор сам должен определить пригодность той или иной замазки для своей работы, а если нужно, то и подобрать ее состав.

Воду часто используют как составную часть прибора: в реомет­рах, ротометрах, в приборах, регулирующих и регистрирующих потоки газа и т.п.

Чистую или особо чистую воду получают путем однократной или многократной перегонки водопроводной воды в специаль­ных аппаратах разнообразной конструкции, описание которых дают фирмы изготовители. Такая вода носит название дистиллированной. При отсутствии фирменных перегонных аппаратов ее получают, применяя приборы для перегонки жидкостей (см. разд. 8.4). Приемниками чистой воды служат сосуды из фторо-пласта-4, кварца или стекла марки "викон" (см. разд. 1.1). Во избежание подсоса воздуха с его примесями не рекомендуют применять для перегонки воды вакуумные установки. Так как с паром воды поступают в холодильник выделяющиеся при кипе­нии растворенные в воде газы (СО₂, SO₂, H₂S и др.), то соби­рают только предпоследнюю фракцию.

Рекомендации по добавлению к перегоняемой воде КМп0₄, КОН и др. реагентов для окисления и деструкции органических примесей уже устарели. Оказалось, что все эти вещества при кипении воды уносятся в виде аэрозоля с паром в течение всего процесса перегонки, загрязняя практически все фракции кон­денсата. При этом от уноса аэрозоля не предохраняют ни брызгоуловители (рис. 43), ни затворы, ни дефлегматоры (рис. 162), ни ректификационные колонны (рис. 167 и 168). Некото­рое уменьшение уноса солей из кипящей воды достигают нагре­ванием до 150-200 °С участка кварцевой трубки, соединяющей дефлегматор с холодильником.

Особо чистую воду получают методом ректификации дистил­лированной воды с использованием фторопластовых колонн (см. разд. 8.4).

Удельная электрическая проводимость такой воды ниже 1-10-8 Ом •см. Однократная перегонка воды в кварцевой установ­ке приводит к получению чистой воды с удельной электри­ческой проводимостью порядка 110^_6 Ом-см, вполне пригодной Для использования во многих химических операциях.

Наибольшие затруднения вызывает хранение чистой воды без снижения ее качества. Вода при хранении способна растворять Многие газы (С0₂, НС1, H₂S, S0₂ и NH₃), содержащиеся в воздухе лабораторий.



Рис. 7. Установки для хранения чистой воды с хлорокальциевой трубкой (а) и;склянкой Тищенко (б): I - хлорокальциевая трубка; 2 - зажим Мора; 3 - нижний тубус; 4 - склянка Тищенко; 5 - резиновая трубка
При невысоких требованиях к чистоте воды ее можно хранить в стеклянных бутылях (рис. 7, а, б), защи­щенных от попадания газов кислого характера хлорокальциевыми трубками 1 (рис. 7, я), наполненных натронной из­вестью, или склянками Тищенко 4 (рис. 7, б) с тем же поглотителем. Для предохранения чистой воды от попадания аммиака из воздуха перед склянкой Тищенко для сухих поглотителей (см. рис. 28, д) устанавливают склянки Дрекселя или Мюнке (см. рис. 27, 28) с разбавленной серной кислотой. Растворение в свежеперегнанной воде кислорода воздуха предотвращают размещением вместо склянки Тищенко поглотительных колонн с щелочным раствором пирогаллола или другими реагентами, взаимодействующими с кисло­родом.

Для очистки воды от примесей применяют также ионооб­менные установки и тогда полученную с них воду называют деионизированной или деминерализованной. Использование катео­нитов и анионитов для очистки воды подробно описано в мно­гочисленных монографиях.

Недостатком этого метода получения чистой воды является то, что в фильтрате ионообменных колонн всегда остаются при­меси, не взаимодействующие с ионитами: коллоидные частицы, механические взвеси, молекулы, не распадающиеся на ионы и не подвергающиеся протолизу. К этим примесям добавляются но­вые - продукты химической и механической деструкции иони-тов. Поэтому воду, очищенную ионообменным способом, нельзя считать особо чистой. Удельная электрическая проводимость такой воды, определяемая только присутствием ионов, колеб­лется от 510^-8 до 110^-7 Ом-см.

1.9. Ртуть

Ртуть находит разнообразное применение в химических лабора­ториях: в манометрах, в качестве рабочего тела в диффузионных насосах, в полярографии, контактных устройствах, электролизе­рах и др.

В процессе использования ртути она сильно загрязняется и начинает забивать узкие отверстия приборов, оставлять на стек­ле темные полосы амальгам примесей металлов, ее поверхность тускнеет. Поэтому ртуть периодически подвергают очистке.

Очистку ртути проводят, как правило, в три стадии. Сначала удаляют механические примеси, затем окисляют растворенные в ней примеси, наконец, при помощи перегонки освобождают от примесей, не подвергающихся воздействию химических реаген­тов.

Удаление механических примесей производят пропусканием ртути через двойной бумажный фильтр (см. разд. 1.5), вершина конуса которого проколота в нескольких местах тонкой иглой с диаметром около 0,5 мм и заполнена несколькими кусочками фильтровальной бумаги. Применяют также фильтрацию ртути через стеклянный фильтр № 1 (см. табл. 2). Выливать ртуть на фильтр удобно из флорентийского стаканчика 4 (рис. 8, а) через боковой сифон небольшими порциями. Стаканчик пригоден и для заполнения приборов чистой ртутью.

0011Из ртути, очищенной от механических примесей, удаляют за­тем органические вещества

(жиры, масла, вакуумную смазку и т. п.). Для этого ртуть встряхивают с вод­ным 20-30%-м раствором КОН или NaOH в поли­этиленовом сосуде с пробкой, после чего тщательно

в сосуде с мешалкой (б):

а: - стеклянный фильтр; 2 - ко­лонка с азотной кислотой; 3 - капил­ляр;

4 - флорентийский стаканчик;

б: 1 - электромотор; 2 - трубка; 3 -Мешалка; 4 - раствор реагента;

5 -Ртуть; 6 - тубус для присоединения к вакуумной системе

промывают чистой водой. Можно для удаления жиров и масел взбалтывать ртуть с бензином, ацетоном или трихлорэтиленом с последующей промывкой ртути этанолом и диэтиловым эфиром.

Для химической очистки ртути предложено много способов. Наиболее распространенным является метод обработки ртути 5-20%-й HNO₃. Если ртуть не очень загрязнена, то применяют 10%-ю кислоту. Ртуть промывают в колонке 2 (см. рис. 8, а) высотой около 1 м и диаметром 10-20 мм. Ртуть в колонку по­дают из стеклянного фильтра 1 закрытого сверху колпачком. Нижний сифон 3 имеет внутренний диаметр не более 2 мм. После обработки азотной кислотой ртуть тщательно промывают чистой водой и высушивают фильтровальной бумагой. Для уменьшения потерь ртути на этой операции к кислоте добавля­ют 5-6% Hg₂(N0₃)₂.

Другим способом удаления из ртути примесей является ее одновременная обработка воздухом и химическими реагентами (концентрированная H₂SO₄, 15%-я HNO₃, концентрированный водный раствор КМПО₄, 5%-й водный раствор Hg₂(NO₃)₂, 10%-й раствор К₂Cr₂О₇ в 1-2%-й H₂SO₄, 20%-й водный раствор НСl). Обработку ртути этими реагентами производят в склянке Бунзена (рис. 8, б) с мешалкой 3 при непрерывном пропускании воз­духа или кислорода через стеклянную трубку 2. Полнота окис­ления примесей металлов возрастает, если склянку Бунзена по­местить в водяную баню при температуре 80-90 °С.

Склянку Бунзена соединяют с водоструйным насосом через склянку Тищенко (см. рис. 28, д) или U-образную трубку (см. рис. 237, б), наполненные гранулами цинка и подогреваемыми в водяной бане не выше 90 °С. Такие ловушки практически пол­ностью поглощают пар ртути.

Считают, что обработка ртути кислыми или щелочными вод­ными растворами КМnО₄ является одним из лучших средств очистки ртути не только от металлических, но и органических примесей. Если примеси этим реагентом удалены почти полнос­тью, то после просасывания воздуха через раствор в течение 2-5 мин окраска раствора не изменяется.

5 - сифон; б - приемник; - трубка для присоединения к вакуум – капилляр

Собирать пролитую ртуть очень трудно. Поэтому все работы с ней надо проводить в большой эмалированной кювете с невы­сокими стенками. Для сбора мелких капель ртути применяют так называемый "ртутный магнит" - полоску металлического цинка, обработанную в течение 5-10 с разбавленной H₂SO₄. Хранят полоску в плотно закрытой пробирке. К такой полоске прилипают капли ртути, образуя амальгаму цинка. Чтобы со­брать крупные капли ртути применяют ртутную пипетку (рис. 9, б), присоединенную к водоструйному насосу. С ее помощью можно удалить капли ртути даже из щелей. После удаления ви­димых капель ртути загрязненную поверхность обмывают 1%-м водным раствором КМn0₄, подкисленным хлороводородной кислотой. Можно промыть поверхность, на которую была про­лита ртуть, также 5%-м раствором моно- или дихлорамина в CCI₄. Состав раствора КМnО₄: 1г КМnО₄ и 5 мл концентриро­ванной хлороводородной кислоты в 1 л воды. Такой раствор превращает мельчайшие капельки ртути в малорастворимый в воде хлорид диртути Hg₂Cl₂.

Рекомендации о применении порошкообразной серы для засыпки щелей и трещин в лабораторных столах и полах, загряз­ненных ртутью, для предотвращения ее испарения ошибочны. Пар ртути практически не задерживается даже нагретым до 100 °С 20 мм слоем измельченной серы.

Для улавливания пара ртути с открытой поверхности в раз­личных приборах применяют хлоркальциевые трубки (см. рис. 237, в), заполненные иодированным активированным углем или силикагелем, обработанным водным раствором КМп0₄.

Первый поглотитель получают перемешиванием 50 г активи­рованного угля с водным раствором, содержащим в 100 мл воды 5 г I₂ и 10 г Kl. После обесцвечивания раствора уголь отфильтровывают и высушивают при 100 °С в течение часа.

Второй поглотитель - это прокаленный при 750 °С силикагель, обработанный нагретым до 80 °С концентрированным водным раствором КМnО₄, а затем отфильтрованный и высу­шенный на воздухе. В качестве индикатора над слоем такого силикагеля помещают небольшой слой силикагеля, смешанного с суспензией Cul в этаноле, затем отфильтрованного и высу­шенного на воздухе. Когда пар ртути перестанет поглощаться первым слоем и попадет в слой индикатора, последний окраши­вается в розовый цвет.

Металлическая ртуть является чрезвычайно токсичным ве­ществом, поэтому ее использование в лабораториях допустимо только в тех случаях, когда ее нельзя заменить другими вещест­вами. Однако если эксперимент поставлен так, что попадание пара ртути в воздух лаборатории исключено, работа со ртутью не представляет какой-либо опасности.

Хранят ртуть в запаянных толстостенных ампулах или в тол­стостенных склянках с пробкой, имеющей прозрачное точное соединение с горлом склянки (тип КРУ, см. разд. 2.5), закрытой колпаком с таким же соединением (см. рис. 26, д). Предохра­нить ртуть от испарения путем защиты ее поверхности слоем воды или другой жидкости невозможно. Пары ртути легко про­никают через небольшой слой воды, бензола, глицерина, пара­финового масла и другой жидкости.

Для закрепления химической посуды и приборов в различных установках применяют монтажные приспособления (штативы, стенды, столики) и крепежные изделия в виде муфт, захватов ("лапок"), колец, шарниров и т.п., обеспечивающих безопас­ность и удобство эксплуатации приборов и установок.