Нагревание при микро- и полумикрохимических работах

Малые количества веществ, используемых при полу-микро- н микрохимических работах, а также малые раз­меры посуды, применяемой при этом, требуют и специаль-

ных приемов нагревания. Для этой цели чаще всего исполь­зуют так называемые нагревательные блоки (рис. 230). Они представляют собой металлические бруски, обычно квадратного сечения, с высверленными гнездами такого размера, чтобы в них свободно помещались применяемые при работе сосуды, тигли или приборчики и термометр. Один конец такого блока несколько удлинен и служит для нагревания. Его нагревают или при помощи газовой горел­ки, или электричеством.

Металлические блоки применяют для нагревания выше 100° С. Если требуется нагревание ниже 100° С. то лучше

Рис. 230. Металлический нагревательный блок, применяемый при микро- и полумикрохимических исследованиях.

применять водяную баню, изготовляемую из стакана ем­костью 100 мл (см. стр. 208). Для этих же целей хорошо пользоваться паровой баней, вроде той, которая описана для нагревания парами веществ с требуемой температурой кипения, но с использованием в качестве такого вещества воды.

Проводя нагревание, необходимо руководствоваться следующими основными правилами:

1. Прежде чем зажечь горелку, работающую на жид­
ком топливе, надо убедиться, что в ней нет каких-либо
неисправностей.

Если работа ведется с газовой горелкой (Теклю или Бунзена), перед зажиганием надо закрыть доступ воздуха.

2. Нельзя нагревать посуду из простого химического
стекла на голом пламени. При нагревании следует поль­
зоваться листами асбеста или асбестированными сетками.

3. Диэтиловый эфир, спирты, бензол, бензин, петролей-
ный эфир и другие огнеопасные вещества нельзя нагревать
непосредственно на голом пламени, а обязательно на водя-

ной бане. При работе с огнеопасными веществами горелки должны быть погашены.

4. При работе с водяной баней необходимо следить
за тем, чтобы в ней всегда была вода.

5. При работе с масляной и парафиновой банями следу­
ет предохранять их от перегрева. Воспламеняющиеся масля­
ные бани гасят, закрывая их листом асбеста.

ПРОКАЛИВАНИЕ

Прокаливанием называют операцию нагревания твер­дых веществ до высокой температуры (выше 400° С) с целью: а) освобождения от летучих примесей; б) достиже­ния постоянной массы; в) проведения реакций, протекаю­щих при высоких температурах; г) озоления после предва­рительного сжигания органических веществ. Нагревание до высокой температуры проводят в печах (муфельных или тигельных). Очень часто в лабораториях приходится про­каливать такие вещества, как CaCI₂-6H₂0, Na₂SO₄-10H₂O и др., с целью обезвоживания. Прокаливание обычно ведут на газовых плитках, вещество помещают на стальные ско­вороды. Если нельзя допускать загрязнения препарата железом, то прокаливать нужно в шамотных тарелках или сковородах. Никогда не нужно помещать на сковороду боль­шое количество соли, так как при обезвоживании соль раз­летается, что вызывает значительные ее потери.

Если приходится что-либо прокаливать в фарфоровом или шамотном тигле, то тигель нагревают постепенно: вна­чале на небольшом пламени, потом пламя понемногу уве­личивают. Во избежание потерь при прокаливании тигли обычно закрывают крышками. Если в таком тигле прихо­дится что-либо озолять, то сначала при слабом нагревании сжигают вещество в открытом тигле и уже после этого закрывают тигель крышкой.

Если фарфоровый тигель после работы загрязнен внутри то
для очистки в него наливают концентрированную азотную кислоту
или дымящую соляную кислоту и осторожно нагревают Если ни
азотная, ни соляная кислоты не удаляют загрязнение, то берут смесь
их в пропорции: азотная кислота — 1 объем и соляная кислота—
а объема. Иногда загрязненные тигли обрабатывают или концентри­
рованным раствором KHS0₄ при нагревании, или плавлением этой
юли в тигле с последующей промывкой его водой. Бывают однако
2^ан' ^К0ГД^{а все} Указанные приемы не помогают; такой не поддаю­
щийся очистке тигель рекомендуется применять для каких-нибудь
неответственных работ. ^J

15—117

15*

В практике аналитических работ, когда приходится прокаливать окислы металлов, например Fe₂0₃, нужно заботиться о том, чтобы пламя горелки не соприкасалось с прокаливаемым веществом (во избежание восстановле­ния). В таких случаях применяют платиновые пластинки с отверстием в центре, в которое вставляют тигель. Эти пластинки можно укрепить в асбестовом картоне. Вмесго платины можно применять также не окисляющиеся и не разрушающиеся при прокаливании глиняные или шамо.-ные пластинки с круглым отверстием в центре.

При прокаливании осадка в тигле Гуча последний вставляют в обыкновенный, несколько больших размеров фарфоровый тигель так, чтобы стенки обоих тиглей не соприкасались. Для этого тигель Гуча обвертывают полос­кой увлажненного асбеста и, нажимая, вдавливают в пре­дохранительный тигель так, чтобы расстояние между дном того и другого равнялось нескольким миллиметрам. Сна­чала все вместе высушивают при 100° С, затем тигель Гуча вынимают, а предохранительный тигель вместе с асбесто­вым кольцом перед первым употреблением сильно прока­ливают.

Очень осторожного обращения требуют платиновые тигли, которые неопытные работники часто прожигают. Во избежание этого нагревание платиновой посуды на голом пламени нужно вести так, чтобы внутренний конус пламени горелки не касался платины. При соприкосно­вении же этого конуса с платиной образуется карбид пла­тины. Сильные разрушения платины происходят при тем­пературе, близкой к ее температуре плавления.

Незначительные разрушения поверхности устраняют путем накаливания в окислительной среде. Сильно повреж­денный тигель вместе с образовавшимся порошком карби­да платины (который обязательно следует собирать) сдают

для переплавки.

Если платиновый тигель загрязнился, его следует очистить, нагревая в нем чистую азотную кислоту (без следов соляной кис­лоты). Если это не помогает, в тигле плавят KHS0₄ или NaHS0₄. Когда и этим не достигают цели, стенки тигля протирают тончай­шим кварцевым (белым) песком или тонким наждаком (№ 000).

Очень удобны кварцевые тигли, обладающие многими ценными свойствами, как-то: большая термическая проч­ность, химическая индиферентность к большинству ве­ществ и пр. Однако нужно помнить, что кварц сплавляет­ся с щелочами или щелочными солями.

В некоторых случаях прокаливание или нагревание необходимо проводить или в окислительной, или в вос­становительной, или в нейтральной среде. Чаще всего для этих целей применяют трубчатые либо специальные печи, через которые во время прокаливания пропускают соот­ветствующий газ из баллона. Для создания окислитель­ной среды пропускают кислород, для создания восстанови­тельной среды — водород или окись углерода. Нейтраль­ную атмосферу создают пропусканием аргона и иногда азота. При решении вопроса, какой газ следует применять

Рис. 231. Разъемная печь для нагревания до высокой температуры.

в каждом отдельном случае, нужно знать, не будет ли выбранный газ при высокой температуре реагировать с данным веществом. Даже такой казалось бы инертный газ, как азот, в известных условиях может образовывать соединения типа нитридов.

Для прокаливания при помощи газовых горелок очень удобна разъемная печь (рис. 231). Ее изготовляют из двух шамотных или диатомитовых кирпичей, выдалбливая в них одинакового размера выемки так, чтобы при наложе­нии кирпичей друг на друга внутри образовалась камера. В центре верхнего кирпича просверливают отверстие диа­метром 15 мм, а в центре нижнего — 25 мм. В плоскости касания кирпичей делают желобки для укрепления фарфо­рового треугольника, в который ставят тигель.

Нагревая эту печь горелкой Теклю или Меккера, мож­но достичь температуры до 1100° С. Температуру регули­руют, изменяя расстояние печи от горелки.

Когда прокаливать в платиновом тигле нельзя, можно применять так называемые «содовые» тигли. Тонко измель-

________ ____ ченный и предварительно прокален-

j—1_______ I_ ный углекислый натрий насыпают в

ГзЛ [щ фарфоровый тигель, например № 4, до

\Ч\ /j'.y половины его высоты. Затем тигель
у ,"'*^ ч',/ меньшего размера вдавливают в соль
XiS^LJ _Так, чтобы из нее был оформован «содо-

вый» тигель (рис. 232). Не вынимая Рис. 23-2. Формов- внутренний тигель, все это помещают ка «содовых»

тиглей ^{на ночь в} выключенную после на- t

гревания муфельную печь. К утру со­довый тигель готов и в нем можно про- I водить щелочное плавление, например некоторых руд или минералов. Na₈C0₃ плавится при температуре 870° С; следовательно, «содовый» тигель можно нагревать до 600° С.

НЕСКОЛЬКО ЗАМЕЧАНИЙ О РАБОТАХ, СВЯЗАННЫХ С НАГРЕВАНИЕМ И ПРОКАЛИВАНИЕМ

\ При работе с нагревательными приборами (газовыми, . электрическими или керосиновыми) нужно принимать ме­ры предосторожности во избежание несчастных случаевз

и пожара.

Кроме приведенных выше правил, следует обратить! внимание еще на некоторые моменты.

При работе с газом нужно обязательно следить за тем, чтобы он не вытекал из газовой сети и не накоплялся в по-1 мещении лаборатории. Газовые краны, когда горелки не ^; работают, должны быть хорошо закрыты. Время от време- < ии их нужно проверять, ноднося к аакрытому крану горя-1

щую епичку.

Иногда давление газа в газопроводе начинает постепенно умень­шаться. Это не только может зависеть от работы газового заводаЯ но и являться следствием отложения на стенках газовых труб осад-5 ка нафталина*; диаметр труб при этом уменьшается и подача газя затрудняется. В подобных случаях нужно прочистить газопроводе что Должв-Н делать специалист.

* При пользовании природным газом этого не бывает.

Во избежание ожогов при нагревании и прокаливании никогда не следует брать голыми руками нагретые колбы, стаканы, чашки и пр.; необходимо или обвернуть их поло­тенцем, или же надеть на пальцы по куску толстостенной резиновой трубки, разрезанной по длине (рис. 233).

Для того чтобы брать чашки, можно сделать из толстой проволоки прихват­ку, напоминающую обыкновенный ско­вородник.

При нагревании или при прокаливании веществ, которые могут разбрызгиваться, обязательно следует надевать предохра­нительные очки для защиты глаз.

Рис. 233. На-палечник из ре­зиновой трубки.

При пользовании нагревательными приборами, работающими на жидком топ­ливе, не следует давать им перегревать­ся, так как это сопряжено с опасностью взрыва прибора. При длительной работе резервуар прибора нужно периодически охлаждать или погасив прибор, или же обложив резервуар его асбестом и иногда смачивая последний водой.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Об электронагревательных приборах, применяемых в лабора­ториях, см. Веселовский В. С., Шманенков И.. В., Носачев Е. В., Нагревательные приборы в лабораторной практие, Госхимиздат, 1951.

О водяной бане улучшенной конструкции см. РЖХим, 1957, № 4, 289, реф. 12310.

О нагревании полупроводниковыми пленками см. U m b l i a, The glass, 32, № 12 (1955); Australian J. appl. Sci., 5, № 1 (1954); G о m e r, Rev. Sci. Instr., 24, 493, 109 (1953); Кузнецов А. Я., К р у г л о в а А. В., КрыжановскийБ. П., Зав. лаб., 22, № 8, 993 (1956); Зав. лаб., 23, № 1, 90 (1957); Крыжанов-с к и й Б. П., Кузнецов А. Я., Приборы и техн. экспер., № 4, 76 (1958).

О нагревании прн микро- и полумикрооперациях см. Ч е р о-ы и е Н., Микро- и полумикрометоды органической химии, Издат-инлит, 1960.

О способах нагревания и регулирования температуры ем. П и н к а в а Я., Лабораторная техника непрерывных химических процессов, Издатннлнт, 1961.

Плазменные горелки н их применение для получения сверх­высоких температур см. С о 1 1 о п g u e s R., Techn. mod., 64, № 11, 476 (1962); РЖХим, 1963, реф. 12Д39; Mem. Soc. ingrs civil France, 116, № 12 (1962); РЖХим, 1963, реф. 12Д39; G a 1 t i e r F., L e p г i n с e-R InguetF., RebouxJ., CollonguesR.,

ChaudronG., Compt. rend., 255, № 20, 2539 (1962); РЖХим, 1963, реф. 13Д52.

О высокотемпературной лабораторной печи без керамики см. Р а 1 1 е г Е., Wiss. Z. Techn. Univ. Dresden, 10, № 6, 1423 (1962).

Об установке для автоматического регулирования температуры в лабораторных печах см. У с в и Ц к и й М. Б., Стекло и керами­ка, № 1, 16 (1962); РЖХим, 1962, реф. 16Е67.

О лабораторной вакуумной печи для очень высоких температур см Schmit t J., Verreset refract., 16, 222 (1962); РЖХим, 1964, 2И68.

О нагревательной бане с лампами накаливания см. U b r-talM, Purs J., Spidlal., Chem. listy, 57, 1187 (1963); РЖХим, 1964, 9Д44.

Об инфракрасном излучении и его использовании в промышлен­ной лаборатории см. I е п a t s с h k e A., Glas- und Instr. Techn., 7, № 12, 676, 678, 683 (1963); РЖХим, 1964, 15Д15.

О лабораторных трубчатых печах для температур до 1300 С см Huml К., Si mece k Т., Ceskosl. casop. lis., A14, 46 (1964); РЖХим, 1965, 5Д46.

Глава 5

ВЕСЫ И ВЗВЕШИВАНИЕ

Взвешиванием называют сравнение массы данного-те­ла с массой гирь, масса которых известна и выражена в определенных единицах (мг, г, кг и др.), Весы являются важнейшим прибором в химической лаборатории, так как почти ни одна работа в ней не обходится без определения массы того или иного вещества или тары, в которую поме­щают взвешиваемое вещество.

В зависимости от точности, с которой проводят взвеши­вание, весы разделяют на следующие группы:

1) для грубого взвешивания (точность до граммов);

2) для точного взвешивания (точность от 1 до 10 мг);

3) аналитические:

а) обычные (точность до 0,1—0,2 мг);

б) полумикрохимические (точность до 0,01 —
0,02 мг);„

в) микрохимические (точность до 0,001 мг);

г) ультрамикрохимические (точность до 10^_6 —

Ю~⁹мг);

4) специальные (пробирные, торзионные и пр.).
Каждая из этих групп подразделяется на подгруппы

в зависимости от конструктивных особенностей.

Каждые весы имеют свой разновес, т. е. набор гирь. На каждой гирьке разновеса обозначена ее масса, причем эта масса носит название номинальной. Истинная масса обычно не равна номинальной. Для разновеса ана­литических весов это отклонение выражается в десятых, а иногда в сотых долях миллиграмма и не отражается на точности взвешивания. Но чем меньше гиря, тем больше ее относительная неточность.

Пример. Если гири массой 500 и 100 мг имеют отклонение 0,1 мг, то относительная неточность, выражаемая отношением отклонения

0,1

к номинальной массе, будет соответственно равна: cfjrj = 000,02

0.1 ^и jqq = 0,001, т. е. для второй гнри в пять раз больше.

В разновесах к весам более грубым, чем аналитические, относительное отклонение гирь может быть более значи­тельным. Величина отклонения номинальной массы от истинной характеризует точность разновеса.

Гири разновеса необходимо периодически проверять и клеймить.