1.13. Очистка жидкости жидкостью (промывка). Делительная воронка
Итак, у нас есть два не смешивающихся между собой слоя растворителей с растворенными в них веществами. Один слой содержит полезный продукт реакции, другой – побочные продукты. Повторюсь – выбор пары растворителей делается заранее (до проведения реакции) с учетом получающихся веществ, и умение выбрать такую пару – это часть умения планировать химические реакции.
Но, допустим, этот выбор уже сделан за вас, и вы получили результат реакции. Что делать дальше? Для начала – определить, какой слой соответствует какой смеси. Чтобы слои надежно разделились, плотности смесей растворителя и растворенных в ней веществ должны отличаться хотя бы на 0,10-0,15 г/мл, если они будут одинаковой плотности – слои будут перемешаны, даже если жидкости не смешиваются. Обычно вы заранее знаете (вам сказали), где какой слой. Иногда слои сильно различны по цвету или фактуре (блеску, прозрачности). Но если что-то пошло не так, есть простой способ определить, какой слой где. Для этого надо отметить границу слоев (можно восковым карандашом прямо на стеклянной стенке РС), взять один из растворителей, участвовавших в реакции и долить небольшое количество его к вашим поделившимся слоям. И посмотреть, какой слой увеличится – если это будет нижний слой, граница слоев сдвинется вверх, если верхний – при общем увеличении объема граница останется на месте. Конечно, вы можете предположить, на каком месте будет расположен какой слой, зная плотность чистых растворителей (например, плотность воды – 1,00, а плотность ДХМ – 1,30), но имейте в виду, что растворенные в растворителе вещества часто сильно меняют его плотность. Часто этим даже пользуются, чтобы нужный слой оказался на нужном месте (особенно это актуально для больших реакторов и сильно облегчает переливания туда-сюда больших объемов жидкостей).
Рисунок 29. Делительная воронка
Отлично, какой слой нам нужен, мы знаем. Дальше слои надо разделить. Для этого используется приспособление, называемое делительная воронка (ДВ), см. Рисунок 29. Она представляет собой сосуд с нижним сливом (т.е. краном в нижней точке емкости). Форма ДВ бывает разная – цилиндрическая, грушевидная или коническая, но ближе к сливу дно сосуда всегда сужается на конус, чтобы разделение слоев было точнее. Благодаря коническому дну и крану в нижнем сливе разделить слои с помощью ДВ можно с большой точностью, какой никогда не добьёшься, просто сливая их из горла емкости или выбирая их с помощью вакуума (как описано в прошлой главе). Поэтому последние способы используются только для грубого, приблизительного удаления ненужного слоя, и всегда оставляется немного ненужного слоя, чтобы не задеть нужный.
С делительной воронкой всё проще. Заливаем нашу смесь в ДВ, дожидаемся, пока она разделится еще раз, открываем нижний кран, сливаем нижний слой в одну емкость, верхний – в другую. Ну или ненужный слой сразу выливаем в раковину или канистру с отходами. Полезный слой используем дальше.
Хорошо, если есть ДВ такого же размера, что и ваш РС – тогда проблемы, влезет или нет туда весь объем жидкости из РС, не существует. Но стандартные стеклянные ДВ обычно бывают объемом до 2-х литров, а РС у нас – 10 (или 20) литров. В этом случае имеет смысл поискать емкость из ПЭ или ПП с нижним сливом – такие есть, например цилиндроконические танки (ЦКТ) пивоваров (см. Рисунок 30). Я встречал такие на 11 и 30 литров из ПЭ. Только снизу надо поставить кран, причем без металлических деталей, т.к. эти детали представляют собой никелированную латунь, которая очень нестойка к нашим реагентам. Надо ставить либо кран из нержавейки, что уже лучше, либо, что совсем хорошо – кран полностью из полипропилена, который полностью устойчив.
Рисунок 30. ЦКТ из полиэтилена на 11 л из магазина для пивоваров.
Только кран тут не стойкий к ДХМ, хотя и пластиковый, но не из ПП.
Если же сосуда подходящего размера и формы нет, придется действовать окольным путем. Если у вас в вашем РС на 10 литров есть два слоя, примерно по 5 литров каждый, а ДВ – только на 2 литра, делаем так: сначала, держа конец трубки выше уровня разделения слоев, вакуумом выбираем большую часть верхнего слоя, оставляя его немного, чтобы не задеть нижний. Из приемной колбы (которую мы можем взять подходящего размера) сливаем его в емкость для верхнего слоя. Потом, засунув трубку до дна, выбираем большую часть нижнего слоя (не трогая остатки верхнего), сливаем в емкость для нижнего слоя. И только потом собираем всю жидкость на грани слоев до конца и выливаем его в нашу маленькую ДВ, и делим уже точно. Ну да, много лишних движений, но все равно быстрее и удобнее, чем 5 раз полностью наполнять и сливать делительную воронку.
А делить слои придется часто. Потому что мы в реальном мире, а в нем мало веществ, которые хорошо растворяются в одном растворителе, и совсем не растворяются в другом. И после того, как мы слили ненужный нам слой, приходится нужный еще несколько раз промывать для того, чтобы убрать остатки примесей, которые все-таки немного, но остались в нужном слое.
Промываем мы нужный нам слой чистым растворителем от слоя ненужного. Например, водный слой с растворенным в нем полезным продуктом моем мы как раз чистым ДХМ. При этом примеси, которые мы отмываем, хорошо растворяются в ДХМ (поэтому они в основном и остались в слое ДХМ, который мы убрали), и плохо – в воде. На этом и основана эффективность этой чистки. Если примеси и полезный продукт одинаково хорошо растворяются в наших растворителях, такая чистка (промывка) бесполезна. Отсюда же вывод – нет смысла брать много промывочного растворителя – достаточно 10% от промываемого слоя.
Как проводится промывка. Заливаем промывочный растворитель, хорошо, но недолго перемешиваем промываемый раствор и промывочный растворитель – либо полминуты встряхиваем сосуд со смесью, либо на полминуты включаем мешалку, если промывка идет в РС. Потом выливаем/выкачиваем смесь в делительную воронку и делим – сливаем промывочный растворитель с примесями в утиль, полезный слой используем или промываем еще раз. Критерии хорошей промывки – либо исчезновение характерного запаха (так промывают от остатков метиламина «масло»), либо, если промываемый раствор изначально темнее чистого растворителя из-за примесей – до того момента, когда промываемый и промывочный раствор становятся после перемешивания одного и того же цвета (т.е. грязь уже почти не переходит из промываемого раствора в промывочный растворитель). Иногда для тщательной промывки нужного раствора приходится промывать несколько – до 5-6 раз, и основное время приходится как раз на отстаивание и деление слоев.
Если полезный продукт у нас находится в воде, то моем его ДХМ. Если полезный продукт в ДХМ – водой. Поэтому иногда бывает, что промывочный растворитель находится в нижнем слое, иногда – в верхнем. Для делительной воронки иметь промывку в нижнем слое – удобнее, т.к. можно сливать только грязную промывку, а основной слой оставить в воронке, и сразу после слива долить следующую порцию чистой промывки. Но тут как уж получится.
