干燥劑的性質(zhì)各有不同,在使用時(shí)要充分考慮干燥劑的特性和干燥劑的性質(zhì),才能有效達(dá)到干燥的目的。在了解實(shí)驗(yàn)室常用干燥劑之前,我們要了解使用干燥劑的幾個(gè)原則或者要點(diǎn)。
在選擇干燥劑時(shí),首先確保進(jìn)行干燥的物質(zhì)與干燥劑不發(fā)生任何反應(yīng);干燥劑兼作催化劑時(shí),應(yīng)不使被干燥的溶劑發(fā)生分解、聚合,不生成加成物。
此外,還要考慮干燥速度、干燥效果和干燥劑的吸水量。
在具體使用時(shí),酸性物質(zhì)的干燥最好選用酸性物質(zhì)干燥劑,堿性物質(zhì)的干燥用堿性物質(zhì)干燥劑,中性物質(zhì)的干燥用中性物質(zhì)干燥劑。
溶劑中有大量水存在時(shí),應(yīng)避免選用與水接觸著火(如金屬鈉等)或者發(fā)熱猛烈的干燥劑,可選用如氯化鈣一類緩和的干燥劑進(jìn)行干燥脫水,使水分減少后再使用金屬鈉干燥。
加人干燥劑后應(yīng)攪拌,放置一夜。
溫度可根據(jù)干燥劑的性質(zhì)和對(duì)干燥速度的影響加以考慮。
干燥劑的用量應(yīng)稍過(guò)量。在水分多的情況下,干燥劑因吸收水分發(fā)生部分或全部溶解,生成液狀或糊狀分層,此時(shí)應(yīng)進(jìn)行分離,并加人新的干燥劑。溶劑與干燥劑的分離一般采用傾析法,將殘留物進(jìn)行過(guò)濾。若過(guò)濾時(shí)間太長(zhǎng),或因環(huán)境濕度過(guò)大,會(huì)再次吸濕而使水混人。此時(shí),應(yīng)采用與大氣隔絕的特殊過(guò)濾裝置。
使用分子篩或活性氧化鋁等干燥劑時(shí),應(yīng)裝填于玻璃管內(nèi),溶劑自上而下流動(dòng)或從下向上流動(dòng)進(jìn)行脫水。大多數(shù)溶劑脫水都可采用這種方法。
干燥劑分類
常見(jiàn)固體干燥劑有:堿石灰、NaOH固體、氧化鈣、固體五氧化二磷、無(wú)水氯化鈣、無(wú)水硫酸銅。
常見(jiàn)液體干燥劑有:濃硫酸、濃磷酸。
根據(jù)干燥劑的酸堿性可分為酸性干燥劑、中性干燥劑、堿性干燥劑。
酸性干燥劑:濃硫酸、濃磷酸、五氧化二磷
中性干燥劑:無(wú)水氯化鈣、無(wú)水硫酸銅
堿性干燥劑:堿石灰、氧化鈣、固體NaOH等
還有金屬干燥劑和分子篩等。
實(shí)驗(yàn)室中常用的干燥劑及其特性
1、無(wú)水氯化鈣(CaCl2):無(wú)定形顆粒狀(或塊狀),價(jià)格便宜,吸水能力強(qiáng),干燥速度較快。吸水后形成含不同結(jié)晶水的水合物CaCl2·nH2O(n= 1,2,4,6)最終吸水產(chǎn)物為CaCl2·6H2O (30℃以下),是實(shí)驗(yàn)室中常用的干燥劑之一,但是氯化鈣能水解Ca(OH)2 或Ca(OH)Cl ,因此不宜作為酸性物質(zhì)或酸類的干燥劑。同時(shí)氯化鈣易與醇類、胺類及某些醛、酮、酯形成分子絡(luò)合物,如與乙醇生成CaCl2·4C2H5OH、與甲胺生成CaCl2·2CH3NH2,與丙酮生成CaCl2·2(CH3)2CO 等,因此不能作為上述各類有機(jī)物的干燥劑。
2、無(wú)水硫酸鈉(Na2SO4):白色粉末狀,吸水后形成帶10個(gè)結(jié)晶水的硫酸鈉(Na2SO4·10H2O)。因其吸水容量大,且為中性鹽,對(duì)酸性或堿性有機(jī)物都可適用,價(jià)格便宜,因此應(yīng)用范圍較廣。但它與水作用較慢,干燥程度不高,當(dāng)有機(jī)物中夾雜有大量水分時(shí),常先用它來(lái)作初步干燥,除去大量水分,然后再用干燥效率高的干燥劑干燥。使用前最好先放在蒸發(fā)皿中小心烘炒,除去水分,然后再用。
3、無(wú)水硫酸鎂(MgSO4):白色粉末狀,吸水容量大,吸水后形成帶不同數(shù)目結(jié)晶水的硫酸鎂MgSO4·nH2O (n=1,2,4,5,6,7),最終吸水產(chǎn)物為MgSO4·7H2O(48℃以下)。由于其吸水較快,且為中性化合物,對(duì)各種有機(jī)物均不起化學(xué)反應(yīng),故為常用干燥劑。特別是那些不能用無(wú)水氯化鈣干燥的有機(jī)物常用它來(lái)干燥。
4、無(wú)水硫酸鈣(CaSO4):白色粉末,吸水容量小,吸水后形成2CaSO4·H2O(100℃以下)。雖然硫酸鈣為中性鹽,不與有機(jī)化合物起反應(yīng),但因其吸水容量小,沒(méi)有前述幾種干燥劑應(yīng)用廣泛,由于硫酸鈣吸水速度快,而且形成的結(jié)晶水合物在100℃以下較穩(wěn)定,所以凡沸點(diǎn)在100℃以下的液體有機(jī)物,經(jīng)無(wú)水硫酸鈣干燥后,不必過(guò)濾就可以直接蒸餾,如甲醇、乙醇、乙醚、丙酮、乙醛、苯等,用無(wú)水硫酸鈣脫水處理效果良好。
5、無(wú)水碳酸鉀(K2CO3)白色粉末,是一種堿性干燥劑,其吸水能力中等,能形成帶兩個(gè)結(jié)晶水的碳酸鉀(K2CO3·2H2O),但是與水作用較慢,適用于干燥醇、酯等中性有機(jī)物以及一般的堿性有機(jī)物如胺、生物堿等,但不能作為酸類、酚類或其他酸性物質(zhì)的干燥劑。
6、固體氫氧化鈉(NaOH)和氫氧化鉀(KOH):
白色顆粒狀,是強(qiáng)堿性化合物,只適用于干燥堿性有機(jī)物如胺類等。因其堿性強(qiáng),對(duì)某些有機(jī)物起催化反應(yīng),而且易潮解,故應(yīng)用范圍受到限制,不能用于干燥酸類、酚類、酯、酰胺類以及醛酮。
7、五氧化二磷(P2O5):是所有干燥劑中干燥效力最高的干燥劑,與水的作用過(guò)程是:P2O5與水作用非常快,但吸水后表面呈粘漿狀,操作不便,且價(jià)格較貴,一般是先用其他干燥劑如無(wú)水硫酸鎂或無(wú)水硫酸鈉除去大部分水,殘留的微量水分再用P2O5干燥。它可用于干燥烷烴、鹵代烷、鹵代芳烴、醚等,但不能用于干燥醇類、酮類、有機(jī)酸和有機(jī)堿。
8、金屬鈉(Na):
常常用作醚類、苯等惰性溶劑的最后干燥。一般先用無(wú)水氯化鈣或無(wú)水硫酸鎂干燥除去溶劑中較多量的水分,剩下的微量水分可用金屬鈉絲或鈉片除去,但金屬鈉不適用于能與堿起反應(yīng)的或易被還原的有機(jī)物的干燥,如不能用于干燥醇(制無(wú)水甲醇、無(wú)水乙醇等除外)、酸、酯、有機(jī)鹵代物、酮、醛及某些胺。
9、分子篩干燥劑:
(1) 可用分子篩干燥的氣體 有空氣、天然氣、氬、氦、氧、氫、裂解氣、乙炔、乙烯、二氧化碳、硫化氫等。干燥后的氣體中含水量一般小于10-6。
(2) 可用分子篩干燥的液體 有乙醇、乙醚、丙酮、苯、正己烷、正庚烷、丙烯腈、乙酸丁酯、四氯化碳、異丙醇、甲苯、變壓器油、甲乙酮、苯乙烯、四氯乙烯、三氯乙烯、丙醇、正戊醇、氟里昂、苯酚、汽油、乙腈、吡啶、二甲亞砜、環(huán)已烷、液氧、噴氣燃料、異戊二烯、二氯乙烷。干燥后的液體中含水量一般小于10-6。
(3) 分子篩的化學(xué)組成及特性分子篩的種類較多,目前作為商品出售和應(yīng)用最廣的是A型、X型和Y型。
10、變色硅膠:
變色硅膠干燥劑是可以吸潮指示的一種高級(jí)干燥劑,除了藍(lán)色之外還有橙色。藍(lán)色硅膠干燥劑吸潮后由藍(lán)色變成粉紅色,橙色硅膠干燥劑吸潮后變墨綠色,具有高附加值和較高技術(shù)含量的指示型吸附劑,屬于高檔次的吸附干燥劑。
藍(lán)色硅膠分為藍(lán)膠指示劑和藍(lán)膠,外觀為藍(lán)色或淺藍(lán)色玻璃狀顆粒,根據(jù)顆粒形狀可分為球形和塊狀兩種,具有吸濕后自身顏色由藍(lán)色變粉紅色的特性。本品為球形形狀的顆粒,根據(jù)外觀的不同分為藍(lán)色或橙色兩種型號(hào),其主要成分為二氧化硅,顏色隨濕度不同而變化。
顏色變化的指示效果為:由藍(lán)色逐漸變分紅色,表明逐漸在吸潮,如果全部變?yōu)榉奂t色,就證明已經(jīng)吸潮飽和,需要及時(shí)更換。
變色硅膠干燥劑屬于比較高檔的干燥劑,一般常用于經(jīng)常更換干燥劑的產(chǎn)品,比如藥品、電子產(chǎn)品等。