Нагревание при микро- и полумикрохимических работах

Малые количества веществ, используемых при полу-микро- и макрохимических работах, а также малые размеры посуды, применяемой при этом, требуют и специальных приемов нагревания. Для этой цели чаще всего используют так называемые нагревательные блоки (рис.230). Они представляют собой металлические бруски, обычно квадратного сучения, с высвер-ленными 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 выше100°С. Если требуется нагревание ниже 100°С, то лучше применять водяную баню, изготовляемую из стакана емкостью 100 мл. 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 жидком 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 пользоваться листами асбеста или асбестированными сетками.

3. Диэтиловый эфир, спирты, бензол, бензин, петролейный эфир и другие огнеопасные вещества нельзя нагревать непосредственно на голом пламени, а обязательно на водяной 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 следует предохранять их от перегрева. Воспламеняющиеся масляные 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 СаCl₂·6Н₂О, Na₂SO₄·10Н₂О 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 – 3 объема. Иногда загрязненные тигли обрабатывают или концентрированным раствором КНSO₄ при нагревании, или плавлением этой соли в тигле с последующей промывкой его водой. Бывают, однако, случаи, когда все указанные приемы не помогают; такой не поддающийся очистке тигель рекомендуется применять для каких-нибудь неответственных работ.

В практике аналитических работ, когда приходится прокаливать окислы металлов, например Fе₂О₃, 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. Вместо платины можно применять также не окисляющиеся и не разрушающиеся при прокаливании глиняные или шамотные 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 KHSO₄ или NaHSO₄. 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 индифферентность 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 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 измельченный и предварительно прокаленный углекислый натрий насыпают в фарфоровый тигель, например № 4, до половины его высоты. Затем тигель меньшего размера вдавливают в соль так, чтобы из нее был сформован «содовый» тигель (рис.232). Не вынимая внутренний тигель, все это помещают на ночь в выключенную после нагревания муфельную печь. К утру содовый тигель готов, и в нем можно проводить щелочное плавление, например, некоторых руд или минералов. Na₂CO₃ плавится при температуре 870°С; следовательно, «содовый» тигель можно нагревать до 600°С.