常用干燥剂及其使用.docx

常用干燥剂及其使用实验室常用枯燥剂及其使用除去固体、液体或气体内少量水分的方法称枯燥。有机实验中几乎所做的每一步反响都会碰到试剂、溶剂和产品的枯燥问题，所以枯燥是实验室中最普通但最重要的一项操作。假如试剂和产品不进行枯燥或枯燥不完全，将直接影响有机反响、定性分析、定量分析、波谱鉴定和物理常数测定的结果。枯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、加热和真空枯燥等，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响，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枯燥的方法和实验操作。1固体的枯燥1晾干：将待枯燥的固体放在外表皿上或培养皿中，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枯燥为止，这对于低沸点溶剂的除去是既经济又方便的方法。2红外灯枯燥：固体中如含有不易挥发的溶剂时，为了加速枯燥，常用红外灯枯燥。枯燥的温度应低于晶体的熔点，枯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枯燥。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枯燥箱，其使用温度一般为50300，通常使用温度应控制在100200的范围内。烘箱用来枯燥无腐蚀、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枯燥器枯燥：普通枯燥器一般适用于保存易潮解或升华的样品。但枯燥效率不高，所费时间较长。枯燥剂通常放在多孔瓷板下面，待枯燥的样品用外表皿或培养皿装盛，置于瓷板上面，所用枯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枯燥剂，其制备方法是：将无色硅胶平铺在盘中，在大气中放置几天，任其吸收水分，以减少应力，假如部分枯燥的硅胶有内应力，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，1530分钟后取出晾干，再置于250300的烘箱中活化至恒重，即得变色硅胶。它枯燥时为蓝色，吸水后变成红色，烘干后可再使用。2.分子筛是一种硅铝酸盐晶体，在晶体内部有很多孔径均一的孔道。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，进而到达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，因而也能吸附直径为3?的水分子。当加热至350以上时，吸附后的分子筛又能够解吸活化，所以它能反复使用市售的分子筛应放在马弗炉内加热至550±10活化2h，待温度降到200左右取出，小心地存放在枯燥器内备用。真空枯燥器比普通枯燥器枯燥效率高，但这种枯燥器不适用于易升华物质的枯燥。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普通枯燥器、真空枯燥器5枯燥枪，又称真空恒温枯燥器，枯燥效率很高，可除去结晶水或结晶醇，经常用于元素定量分析样品的枯燥。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，使样品在减压或恒定的温度下进行枯燥。6冷冻枯燥，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枯燥，该方法十分适用。2液体的枯燥从水溶液中分离出的液体有机物，常含有很多水分，如不枯燥脱水，直接蒸馏将会增加前馏分，产品可以能与水构成共沸混合物，此外，水分如不除去，还可能与有机物发生化学反响，影响产品纯度。所以，蒸馏前一般都要用枯燥剂枯燥，有些溶剂的枯燥可以采用共沸枯燥法。1枯燥剂去水在选用枯燥剂时首先应注意其适用范围表1，即选用的枯燥剂不能与待枯燥的液体发生化学反响，或溶解其中，如无水氯化钙与醇、胺类易构成配合物，因此它不能用来枯燥这两类化合物；其次要充分考虑枯燥剂的枯燥能力，即吸水容量、枯燥效能和枯燥速度。吸水容量是指单位质量枯燥剂所吸收的水量，而枯燥效能是指到达平衡时仍然留在溶液中的水量。对于构成水合物的枯燥剂，常用吸水后结晶水的蒸气压表示枯燥效能，蒸气压越小，枯燥效能越强。例如，无水硫酸钠可构成10个结晶水的水合物，在25时结晶水的蒸气压为256Pa1.92mmHg。吸水容量为1.25。而无水氯化钙最多能构成6个结晶水的水合物，25时结晶水的蒸气压为40Pa0.30mmHg，吸水容量为0.97，因而氯化钙的枯燥效能比硫酸钠强，但吸水容量小。对于含水较多的溶液，为了使枯燥的效果更好，常先用吸水容量大的枯燥剂除去大部分水分，然后再用枯燥效能强的枯燥剂。影响枯燥效能的因素很多，如枯燥时的温度、枯燥剂用量和颗粒大小、枯燥剂与待枯燥液体接触的时间等。加热固然能够加快枯燥速度，但由于水蒸气压随之增大，使枯燥效能减弱，而且生成的水合物在30以上易失去水，所以液体的枯燥通常在室温下进行，在蒸馏之前应将枯燥剂滤去。根据水在液体中的溶解度和枯燥剂的吸水容量，固然能够计算出枯燥剂的理论用量，但实际用量远远超过理论用量。一般操作中很难确定详细的数量，多数是凭经历参加。通常以参加后液体由混浊变澄清，或每10mL液体中参加0.51g枯燥剂，作为参加量的大致标准。显然参加枯燥剂不能过多，否则将吸附液体，引起更大的损失。表1常用枯燥剂的性能与应用范围枯燥剂吸水产物吸水容量枯燥性能干燥速度应用范围五氧化二磷H3PO4强快醚、烃、卤代烃、腈中痕量水分，不适用于醇、酸、胺、酮金属钠NaOH+H2强快醚、烃类中痕量水分，切成小块或压成钠丝使用分子筛物理吸附0.25强快适于各类有机化合物的枯燥硫酸钙2CaSO4·H2O0.06强快常与硫酸镁配合，作最后枯燥氯化钙CaCl2·nH2O0.97中等较快不能用来枯燥醇、酚、胺、酰胺、某些醛、酮及酸氢氧化钾溶于水中等快弱碱性，用于胺及杂环等碱性化合物，不能枯燥醇、醛、酮、酯、酸、酚等碳酸钾K2CO3·0.5H2O0.2较弱慢弱碱性，用于醇、酮、酯、胺等碱性化合物，不适用酸、酚及其他酸性化合物硫酸镁MgSO4·nH2O1.05较弱较快中性，可代替氯化钙，可以用于酯、醛、酮、腈、酰胺等类化合物应当注意，金属钠通常以钠片或钠丝的形式使用，并限于醚类如乙醚、烃类如苯的枯燥。在枯燥经过中，钠与水发生反响有氢气产生，为了使氢气逸出，防止潮气侵入，在容器上应装配氧化钙枯燥管。参加枯燥剂前必须尽可能将待枯燥液体中的水分分离干净，不应有任何可见的水层及悬浮的水珠，并置于锥形瓶中。参加颗粒大小适宜的枯燥剂，用塞子塞紧，不时旋摇，促使水合平衡的建立。枯燥时间应根据液体量及含水情况而定，一般约需0.5h以上。如时间许可的话，最好放置过夜。然后将枯燥的液体滤入蒸馏瓶中蒸馏。枯燥时如出现下列情况，要进行相应处理：容器下面出现水层，须将水层分出后再参加新的枯燥剂；枯燥剂相互粘结，附在器壁上，讲明用量不够，应补加枯燥剂；粘稠液体的枯燥应先用溶剂稀释后再加枯燥剂。未知物溶液的枯燥，常用中性枯燥剂枯燥，例如，硫酸钠或硫酸镁。2共沸枯燥法很多溶剂能与水构成共沸混合物，共沸点低于溶剂的本身，因而当共沸混合物蒸完，剩下的就是无水溶剂。显然，这些溶剂不需要加枯燥剂枯燥。如工业乙醇通过简单蒸馏只能得到95.5%的乙醇，即便用最好的分馏柱，也无法得到无水乙醇。为了将乙醇中的水分完全除去，可在乙醇中参加适量苯进行共沸蒸馏。先蒸出的是苯水乙醇共沸混合物沸点65，然后是苯乙醇混合物沸点68，残余物继续蒸出即为无水乙醇。共沸枯燥法可以用来除去反响时生成的水。如羧酸与乙醇的酯化经过中，为了使酯的产率提高，可参加苯，使反响所生成的水苯乙醇构成三元共沸混合物而蒸馏出来。3气体的枯燥有气体参加反响时，经常将气体发生器或钢瓶中气体通过枯燥剂枯燥。固体枯燥剂一般装在枯燥管、枯燥塔或大的U形管内。液体枯燥剂则装在各种形式的洗气瓶内。要根据被枯燥气体的性质、用量、潮湿程度以及反响条件，选择不同的枯燥剂和仪器。氧化钙、氢氧化钠等碱性枯燥剂常用来枯燥甲胺、氨气等碱性气体，氯化钙常用来枯燥HCl、烃类、H2，O2，N2，CO2，SO2等，浓硫酸常用来枯燥HCl、烃类、Cl2，N2，H2，CO2等。用无水氯化钙枯燥气体时，切勿用细粉末，以免吸潮后结块堵塞。如用浓硫酸枯燥，酸的用量要适当，并控制好通入气体的速度。为了防止发生倒吸，在洗气瓶与反响瓶之间应连接安全瓶。用枯燥塔进行枯燥时，为了防止枯燥剂在枯燥经过中结块，那些不能保持其固有形态的枯燥剂如五氧化二磷应与载体如石棉绳、玻璃纤维、浮石等混合使用。低沸点的气体可通过冷阱将其中的水或其它可凝性杂质冷冻而除去，进而获得枯燥的气体，固体二氧化碳与甲醇组成的体系或液态空气都可用作为冷阱的冷冻液。为了防止大气中的水气侵入，有特殊枯燥要求的开口反响装置可加枯燥管，进行空气的枯燥。注：实验室中常用的枯燥剂及其特性：1.无水氯化钙CaCl2：无定形颗粒状(或块状)，价格便宜，吸水能力强，枯燥速度较快。吸水后构成含不同结晶水的水合物CaCl2·nH2On1，2，4，6。最终吸水产物为CaCl2·6H2O30下面)，是实验室中常用的枯燥剂之一。但是氯化钙能水解成Ca(OH)2或Ca(OH)Cl，因而不宜作为酸性物质或酸类的枯燥剂。同时氯化钙易与醇类，胺类及某些醛、酮、酯构成分子络合物。如与乙醇生成CaCl2·4C2H5OH、与甲胺生成CaCl2·2CH3NH2，与丙酮生成CaCl2·2(CH3)2CO等，因而不能作为上述各类有机物的枯燥剂。2无水硫酸钠(Na2SO4：白色粉末状，吸水后构成带10个结晶水的硫酸钠(Na2SO4·10H2O。因其吸水容量大，且为中性盐，对酸性或碱性有机物都可适用，价格便宜，因而应用范围较广。但它与水作用较慢，枯燥程度不高。当有机物中夹杂有大量水分时，常先用它来作初步枯燥，除去大量水分，然后再用枯燥效率高的枯燥剂枯燥。使用前最好先放在蒸发皿中小心烘炒，除去水分，然后再用。3无水硫酸镁(MgSO4)：白色粉末状，吸水容量大，吸水后构成带不同数目结晶水的硫酸镁MgSO4·nH2On1，2，4，5，6，7。最终吸水产物为MgSO4·7H2O48下面)。由于其吸水较快，且为中性化合物，对各种有机物均不起化学反响，故为常用枯燥剂。十分是那些不能用无水氯化钙枯燥的有机物常用它来枯燥。4.无水硫酸钙(CaSO4)：白色粉末，吸水容量小，吸水后构成2CaSO4·H2O100下面)。固然硫酸钙为中性盐，不与有机化合物起反响，但因其吸水容量小，没有前述几种枯燥剂应用广泛。由于硫酸钙吸水速度快，而且构成的结晶水合物在100下面较稳定，所以凡沸点在100下面的液体有机物，经无水硫酸钙枯燥后，不必过滤就能够直接蒸馏。如甲醇、乙醇、乙醚、丙酮、乙醛、苯等，用无水硫酸钙脱水处理效果良好。5.无水碳酸钾K2CO3：白色粉末，是一种碱性枯燥剂。其吸水能力中等，能构成带两个结晶水的碳酸钾(K2CO3·2H2O，但是与水作用较慢。适用于枯燥醇、酯等中性有机物以及一般的碱性有机物如胺、生物碱等。但不能作为酸类、酚类或其他酸性物质的枯燥剂。6.固体氢氧化钠(NaOH)和氢氧化钾(KOH):白色颗粒状，是强碱性化合物。只适用于枯燥碱性有机物如胺类等。因其碱性强，对某些有机物起催化反响，而且易潮解，故应用范围遭到限制。不能用于枯燥酸类、酚类、酯、酰胺类以及醛酮。7.五氧化二磷(PO5：是所有枯燥剂中枯燥效力最高的枯燥剂。P2O5与水作用非常快，但吸水后外表呈粘浆状，操作不便。且价格较贵。一般是先用其他枯燥剂如无水硫酸镁或无水硫酸钠除去大部分水，残留的微量水分再用P2O5枯燥。它可用于枯燥烷烃、卤代烷、卤代芳烃、醚等，但不能用于枯燥醇类、酮类、有机酸和有机碱。8.金属钠(Na):常用作醚类、苯等惰性溶剂的最后枯燥。一般先用无水氯化钙或无水硫酸镁枯燥除去溶剂中较多量的水分，剩下的微量水分可用金属钠丝或钠片除去。但金属钠不适用于能与碱起反响的或易被复原的有机物的枯燥。如不能用于枯燥醇(制无水甲醇、无水乙醇等除外)、酸、酯、有机卤代物、酮、醛及某些胺。9.氧化钙(CaO):是碱性枯燥剂。与水作用后生成不溶性的Ca(OH)2，对热稳定，故在蒸馏前不必滤除。氧化钙价格便宜，来源方便，实验室常用它来处理95%的乙醇，以制备99%的乙醇。但不能用于枯燥酸性物质或酯类。10.变色硅胶：常用来保持仪器、天平的枯燥。吸水后变红。失效的硅胶能够经烘干再生后继续使用。可枯燥胺、NH3、O2、N2等11.活性氧化铝Al2O3：吸水量大、枯燥速度快，能再生400-500K烘烤12浓H2SO4：具有强烈的吸水性，常用来除去不与H2SO4反响的气体中的水分。例如常作为H2、O2、CO、SO2、N2、HCl、CH4、CO2、Cl2等气体的枯燥剂。