El secado de sólidos se puede realizar al aire libre a temperatura ordinaria, bajo calentamiento y a presión atmosférica ordinaria, a baja temperatura a presión reducida, en una atmósfera con baja presión de vapor de agua (en un desecador), en un gas inerte atmósfera.
Secado al aire libre a temperatura normal. Muchas sustancias (tanto inorgánicas como orgánicas) se pueden secar al aire libre. La evaporación continuará hasta que haya un equilibrio entre la presión del vapor de agua en el aire y el contenido de humedad del sólido.
De esta forma, puede secar, por ejemplo, cloruro de bario. Para esto, el cloruro de bario, exprimido en un embudo Buchner después de la recristalización, se vierte sobre una hoja limpia de papel de filtro y se distribuye en una capa de no más de 3-5 mm de espesor. En este caso, es imposible ablandar la sal: cuanto más suelta se descomponga, antes y mejor se producirá el secado. Cubra la sal en la parte superior con otra hoja de papel filtrado para protegerla del polvo y déjela por 12 horas Durante este período de tiempo, la sal se secará significativamente. Para conseguir la sal completamente seca, se debe mezclar después de 12 horas con una espátula limpia para que las capas inferiores (más húmedas) golpeen la parte superior y para que la masa quede suelta. Dejándolo reposar otras 12 horas, se obtiene sal seca, que se dobla en un frasco con una espátula y se cierra. Si, al estar en un frasco bien cerrado, aparecen gotas de agua en sus paredes, entonces la sal no se ha secado lo suficiente y debe secarse nuevamente.
El secado al aire es una operación bastante prolongada, y se recurre a él solo cuando la sustancia a secar no es higroscópica y desea que la sustancia se suelte, fluya libremente, sin grumos o cuando la sustancia se descomponga cuando se calienta.
Secado bajo calor y presión atmosférica normal.... El secado con calor y presión atmosférica normal está muy extendido. En este caso, utilice un armario de secado.
Hay varios tipos de hornos de secado de laboratorio disponibles para "secar a presión ambiente".
1. Hornos de secado de cobre o asbesto con gas u otro tipo de calefacción.
2. Hornos de secado de cobre con camisa de agua y calentamiento de gas.
3. Armarios de secado eléctricos.
Los armarios de secado de cobre o amianto (ordinarios) (fig. 471) con calefacción de gas suelen ser una caja con una puerta lateral. En el interior hay una balda de cobre con agujeros redondos de 1 cm de diámetro cortados en la misma, en la parte superior del armario hay dos aberturas, una para termómetro y otra para circulación de aire. El armario de secado se cuelga en la pared cerca de la mesa o se coloca sobre la mesa sobre un soporte de hierro. El gabinete se calienta desde abajo con un quemador de gas.
La desventaja de tal gabinete es que es difícil controlar con precisión la temperatura de secado en él.
El sobrecalentamiento siempre es posible y, por lo tanto, cuando se trabaja con un gabinete de este tipo, es necesaria una supervisión constante.
La sustancia a secar se coloca en un estante en una taza o papel de evaporación. Si el secado tiene como objetivo eliminar el agua y la sustancia "no teme" calentarse, es decir, no se desintegra y ps cambia cuando se calienta a 100-105 ° C, entonces el secado se lleva a cabo a esta temperatura. Sin embargo, no debe llevar la temperatura inmediatamente a este límite, sino aumentarla gradualmente. Esto es necesario porque si la temperatura se eleva inmediatamente a 105 ° C, la capa superior de la sustancia se compactará y la costra resultante evitará un secado uniforme.
La duración del secado depende de la cantidad de sustancia, el grosor de su capa, la temperatura y la corrección de la conducta.
Cuanto menor sea la sustancia y más fina sea su capa, antes se producirá el secado. Es más rentable dividir un lote grande en varios pequeños que secar una gran cantidad de una vez en una capa gruesa.
Cuanto más uniformemente suba la temperatura, más correcto y antes se realizará el secado.
Todo el tiempo es necesario tener cuidado de que el armario de secado no se sobrecaliente, ya que esto puede ayudar a que la sustancia se seque. En algunos casos, se puede crear un régimen de temperatura relativamente constante abriendo la puerta del armario y cambiando el ancho del armario. espacio.
Los armarios de secado con doble pared o chaqueta son mucho más convenientes (fig. 472). El agua se vierte en el espacio entre las paredes a través de un orificio especial en una de las esquinas superiores del gabinete. Para controlar el nivel del agua en la chaqueta, estos gabinetes están equipados con medidores de agua. Los hornos de secado de este diseño se calientan con quemadores de gas. La ventaja de tales gabinetes es que es posible crear una temperatura constante en ellos, ps superior a 100 ° C.Al ajustar la llama del quemador, se puede obtener una temperatura bastante constante por debajo de 100 ° C.
Cuando trabaje con un gabinete de este tipo, solo debe asegurarse de que siempre haya agua en la camisa del gabinete. La camiseta no está completamente llena de agua para que no se derrame agua durante la ebullición.
También se puede usar un gabinete de doble pared para secar a temperaturas superiores a 100 ° C.Para esto, cualquier líquido que hierva a una temperatura superior a 100 ° C se vierte en el espacio entre las paredes y se instala un condensador de reflujo en la entrada de líquido. agujero.
Arroz. 472. Armarios de secado: a - con camisa de agua; b - con una chaqueta de agua y un refrigerador.
Los armarios de secado eléctricos son los más convenientes. En los laboratorios se pueden encontrar varios tipos de ellos. Hay varios tipos de hornos simples calentados eléctricamente. En la Fig. 473, se muestra un gabinete de secado No. 0. Consiste en una carcasa de metal con una junta de aislamiento térmico dentro del gabinete. En la parte inferior de este último, en el interior, los elementos calefactores se colocan sobre una placa de cerámica, espirales, como en una estufa eléctrica convencional. El gabinete tiene dos estantes. Se realiza una trampilla de ventilación debajo de la puerta del armario, en la parte inferior de la pared frontal. Hay un orificio en la parte superior del techo de la pared del gabinete para fijar el termómetro. La temperatura máxima que se puede alcanzar dentro del gabinete es de aproximadamente 1250 C. El tiempo para calentar a esta temperatura es de aproximadamente 30 a 60 minutos.
Los elementos calefactores se alimentan de la red.
En la Fig. 473, b muestra el armario de secado Sh-005. Gh consta de un cuerpo que contiene una cámara de trabajo cilíndrica. El gabinete se calienta usando un alambre calefactor enrollado en una placa de myconite resistente al calor en la superficie exterior de la cámara. El espacio entre las paredes de la caja y la cámara está lleno de material aislante del calor,
El gabinete tiene un termostato, cuya perilla de control y la lámpara de señalización se encuentran en el panel frontal. La temperatura máxima a la que se puede calentar el gabinete es 250 C. El tiempo requerido para que el gabinete se caliente a esta temperatura es de aproximadamente 60 minutos.
En la Fig. 474, a muestra un horno con termostato y lámpara de señalización. El gabinete consta de un cuerpo de metal y una cámara de inserción interna, entre las cuales hay un dispositivo de calentamiento eléctrico. Las paredes y puertas del armario están hechas de cartón de amianto. En el interior del mueble hay tres estantes de celosía, en la pared superior del mueble, techo, hay dos orificios para la fijación de los termómetros y una trampilla de ventilación. Error de control de temperatura ± 10 ° С.
Más perfecto es el horno de secado n. ° 3, en el que la temperatura se regula automáticamente dentro del rango de hasta 200 ° C con una precisión de ± 3 ° C. En apariencia, este gabinete es similar al gabinete de secado Sh-005 descrito anteriormente. El armario de secado n. ° 3 tiene tres estantes. Se necesitan aproximadamente 2 horas para alcanzar el calentamiento máximo hasta 200 ° C.
Muy cómodo. armario de secado eléctrico "(Fig. 474, b) con control automático de la calefacción. La principal ventaja de este armario es la capacidad de conducir el calentamiento a la temperatura requerida, cambiándola en el rango de 50 a 220 ° C, lo que es difícil de lograr cuando se utilizan los armarios de secado descritos anteriormente.
Arroz. 474. Armarios de secado eléctricos: a-con termostato y lámpara de señalización; b-con termostato automático.
Para un secado rápido de la sustancia, son muy convenientes los gabinetes de secado eléctricos especiales (Fig. 475), a través de los cuales fluye aire caliente con una corriente continua; este último, al pasar sobre la sustancia a secar, arrastra los vapores del líquido a eliminar.
Secado a baja temperatura y presión reducida (secado al vacío)... Para secar sustancias que se descomponen o cambian fácilmente cuando se calientan a 100 ° C, se utiliza el secado al vacío. Para ello, se utilizan los denominados hornos de secado al vacío. Suelen ser de forma cilíndrica con una puerta lateral redonda herméticamente sellada. dos estantes en su interior, en algunos casos - un armario de secado al vacío (fig. 476) de doble pared, con una camisa en la que se vierte un portador de calor líquido, el calentamiento se realiza con quemador de gas o eléctrico.
En la parte superior del gabinete están Refrigerador Soxhlet para la condensación de los vapores del líquido de calefacción, una válvula para la conexión a una bomba de vacío, un termómetro para medir la temperatura dentro del gabinete y un manómetro para medir el vacío en el gabinete.
Arroz. 475. Armario eléctrico de secado rápido.
Arroz. 476. Armario de secado al vacío.
La observación del secado se realiza a través de una ventana de vidrio en la puerta. Secado en desecador. Las sustancias altamente higroscópicas que se encuentran en el aire no deben secarse al aire libre. Asimismo, son difíciles de secar en el armario. Tales sustancias se secan convenientemente en un desecador que contiene alguna sustancia que absorbe vigorosamente la humedad. Estos últimos incluyen: cloruro de calcio, ácido sulfúrico concentrado, pentóxido de fósforo, etc.
La sustancia a secar se coloca en una botella o taza, se coloca abierta sobre un inserto de porcelana en un desecador y se deja en este último durante un día o más, según las necesidades.
Secado por irradiación con lámparas infrarrojas... Para un secado cuidadoso y rápido de muchos sedimentos, es muy conveniente utilizar calefacción con lámparas infrarrojas. El dispositivo es un soporte de metal con un reflector fijado con una lámpara de infrarrojos, que se puede mover hacia arriba y hacia abajo, colocándolo a la distancia requerida del material a secar. La irradiación suele durar de 3 a 15 minutos, dependiendo de las propiedades y tipo de materiales, la cantidad de humedad o sustancias volátiles que contengan, el tamaño de la muestra y la distancia entre la lámpara y la superficie irradiada.
Se coloca una hoja de asbesto sobre la mesa debajo de la lámpara para proteger la superficie de la mesa del sobrecalentamiento. Una porción pesada de la sustancia a secar se distribuye uniformemente sobre el fondo de una cubeta de aluminio o porcelana, placa de Koch o Petri, o tazas de forma correspondiente. Primero, encienda la lámpara, cree la temperatura requerida (en el centro del círculo iluminado, colocando un depósito de termómetro o termopar allí) y ajuste la altura del reflector. Después de eso, el recipiente con la sustancia a secar se coloca en el centro del círculo iluminado. Si el secado se realizó en una botella de pesaje, una vez finalizada la operación, la botella se cierra con una tapa, se enfría, como de costumbre, y se pesa.
En lugar de lámparas de infrarrojos, se pueden utilizar lámparas eléctricas normales de 200 W. El reflector puede ser de hojalata, recubierto por fuera con una capa de amianto. También se propusieron secadoras de infrarrojos *, que permiten secar hasta 8 porciones pesadas al mismo tiempo.
Secado en corriente de gas inerte... Este método se utiliza en los casos en que una sustancia se oxida o se destruye en el aire. El secado se realiza en dispositivos especiales similares a los descritos anteriormente. Este método es especialmente importante para secar sustancias fácilmente explosivas. Para ello, se recomienda el helio, que tiene una alta conductividad térmica, como gas inerte.
Secado de sedimentos con disolventes orgánicos.... Para el secado rápido de los sedimentos, en algunos casos, se utilizan disolventes orgánicos que disuelven bien el agua, por ejemplo, acetbn, alcohol metílico o etílico. Naturalmente, solo se pueden utilizar disolventes orgánicos que no disuelvan el sólido a secar. Cuando se trabaja con disolventes, cuyos vapores pueden encenderse, se debe tener cuidado de que no haya dispositivos de calefacción activos cerca del lugar de trabajo.
V secando la precipitación húmeda se puede hacer de dos formas.
1. Se coloca la sustancia a secar en un matraz cónico, luego se vierte el líquido de secado en una cantidad tal que quede una capa de varios centímetros por encima del sedimento. El matraz se cierra y se agita durante aproximadamente 1 minuto, después de lo cual se deja reposar durante otros 15 minutos, y luego el líquido de secado se escurre con cuidado y lo más completamente posible y se reemplaza por uno nuevo. El líquido de secado se cambia al menos 3-4 veces, escurriéndolo cada vez lo más completamente posible.
Durante el secado, los cristales se impregnan con un líquido secante, que se elimina por evaporación. Para ello, la sustancia seca, si no es higroscópica, se vierte sobre una hoja de papel de filtro limpio, se cubre con otra hoja del mismo tipo y se deja a tiro hasta que el disolvente orgánico se haya evaporado por completo, o bien se coloca en un recipiente rápido. armario de secado (ver Fig. 475).
2. Los cristales a secar con un disolvente orgánico se colocan sobre una malla de embudo Buchner cubierta con una sola capa de papel de filtro, se inserta en un matraz Bunsen. Primero, la sustancia a secar se vierte gradualmente con un líquido de secado, que fluye hacia el matraz. Cuando se completa la deshidratación, se vierte el disolvente orgánico del matraz Bunsen en el plato preparado, se conecta el matraz Bunsen a una bomba de vacío y se enciende. Por tanto, se aspira aire a través de la capa de la sustancia seca, arrastrando los vapores del disolvente orgánico. La succión se lleva a cabo hasta que deje de sentirse el olor del solvente. Cuando se logre, detenga la bomba de vacío y vierta el sólido seco en un recipiente.
Este método de secado se puede utilizar cuando se trabaja con sustancias que se oxidan fácilmente en el aire. En este caso, debe utilizar embudos especiales para la filtración en una corriente de gas inerte.
El secado el proceso de eliminar el agua residual de una sustancia se llama. Hay muchos métodos para secar sustancias en el laboratorio, los más utilizados son la absorción de vapor de agua por sustancias higroscópicas, la evaporación del agua cuando se calienta y el secado al aire libre a temperatura normal.
Secado por absorción de vapor de agua por sustancias higroscópicas.... El método se basa en la capacidad de determinadas sustancias para absorber agua o sus vapores, formando con ella compuestos de cristalización. Dichas sustancias incluyen ácido sulfúrico, cloruro de calcio, óxido de calcio, óxido de fósforo (V), etc. Si una sustancia a secar se coloca sobre una sustancia higroscópica en un recipiente cerrado (la mayoría de las veces en un desecador), comenzará a absorber agua. de la sustancia a secar.
Secado al aire libre a temperatura normal... Muchas sustancias se pueden secar al aire libre. Para ello, la sustancia se coloca sobre una hoja limpia de papel de filtro y se extiende sobre ella en una capa suelta de no más de 3-5 mm de espesor, se cubre con otra hoja de papel de filtro en la parte superior para protegerla del polvo, y se deja por 12 horas. Después de 12 horas, el material se agita para que las capas inferiores queden arriba. Después de otras 12 horas, la sustancia, por regla general, se seca, se recoge con una espátula limpia en un frasco y se cierra. El secado al aire es una operación bastante larga, se usa solo si la sustancia no es higroscópica y se descompone cuando se calienta.
Calor seco... El secado a temperaturas elevadas en un horno de secado es muy utilizado. La temperatura máxima a la que se calienta el horno es de 300 o C. La sustancia a secar se coloca en el estante del horno en una taza evaporadora o sobre papel. La temperatura dentro del gabinete para eliminar los vapores de agua debe ser de 100-105 o C. La temperatura debe aumentarse gradualmente para evitar la formación de una densa "costra" en la superficie de la sustancia. El tiempo de secado depende de la cantidad de sustancia, el grosor de su capa y la temperatura de calentamiento.
En los laboratorios, a menudo tiene que lidiar con operaciones, cuyo propósito es eliminar el agua de una sustancia.
El secado es el proceso de eliminar el líquido mezclado con ellos de sustancias gaseosas, líquidas o sólidas, más a menudo agua (deshidratación).
El secado conduce a un cambio notable en las propiedades fisicoquímicas de las sustancias, por ejemplo, puntos de ebullición y fusión, conductividad eléctrica, reactividad y otros.
El agente deshidratante más común para líquidos orgánicos que contienen pequeñas cantidades de agua es el cloruro de calcio calcinado.
Para la deshidratación de cualquier líquido orgánico, se toma una u otra cantidad de CaCl 2, dependiendo del contenido de agua que contenga.
De otras sales, el sulfato de sodio calcinado se usa para secar líquidos orgánicos. La calcinación se realiza de la misma forma que el CaCl 2. El sulfato de sodio Na 2 SO 4 no es un agente secante tan fuerte como el CaCl 2.
El secado de sólidos se puede realizar al aire libre a temperatura ordinaria, bajo calentamiento y a presión atmosférica ordinaria, a baja temperatura a presión reducida, en una atmósfera con baja presión de vapor de agua (en un desecador), en un gas inerte atmósfera.
El secado al aire es una operación bastante prolongada, y se recurre a él solo cuando la sustancia a secar no es higroscópica y desea que la sustancia se suelte, fluya libremente, sin grumos o cuando la sustancia se descomponga cuando se calienta.
El secado con calor y presión atmosférica normal está muy extendido. En este caso, utilice un armario de secado de acuerdo con la Figura 21.
La duración del secado depende de la cantidad de sustancia, el grosor de su capa, la temperatura y la corrección de la conducta.
Los armarios de secado eléctricos son los más convenientes. En los laboratorios se pueden encontrar varios tipos de ellos. Hay varios tipos de hornos simples calentados eléctricamente. Consiste en una carcasa de metal con una almohadilla de aislamiento térmico dentro del gabinete. En la parte inferior de este último, en el interior, los elementos calefactores se colocan sobre una placa de cerámica, espirales, como en una estufa eléctrica convencional. El gabinete tiene dos estantes. Se realiza una trampilla de ventilación debajo de la puerta del armario, en la parte inferior de la pared frontal. Hay un orificio en la parte superior del techo de la pared del gabinete para fijar el termómetro. La temperatura máxima que se puede alcanzar en el interior del armario es de unos 125 0 C. El tiempo de calentamiento a esta temperatura es de unos 30 a 60 minutos.
Figura 21 - Armario de laboratorio de secado Ш-005.
El gabinete tiene un termostato, cuya perilla de control y la lámpara de señalización se encuentran en el panel frontal. La temperatura máxima a la que se puede calentar el armario es de 250 0 C. El tiempo necesario para que el armario se caliente a esta temperatura es de unos 60 minutos.
Por secado (secado) se entiende habitualmente la eliminación de agua o disolvente residual de una sustancia líquida, sólida o gaseosa.
El secado puede realizarse mediante métodos físicos comúnmente utilizados para la separación y purificación de sustancias (evaporación, congelación, extracción, destilación azeotrópica, destilación, sublimación, etc.), así como mediante el uso de reactivos de secado.
Al elegir un método de secado, se debe tener en cuenta el estado de agregación de la sustancia, sus propiedades químicas, el contenido de agua u otra sustancia que debe eliminarse durante el secado y el grado de secado requerido.
Los desecantes químicos se pueden dividir en tres grupos principales según la forma en que se unen al agua.
1. Sustancias que forman hidratos con agua. Se trata de sales anhidras (CaCl2, K2CO3) o hidratos inferiores que, al entrar en contacto con el agua, se transforman en hidratos superiores estables (Mg (ClO4) 2-2H2O).
2. Sustancias que absorben agua como resultado de una reacción química, por ejemplo, algunos metales (Na, Ca) y óxidos (P4O10, CaO).
3. Sustancias que absorben agua por adsorción física, como alúmina activa, gel de sílice, zeolitas.
El cloruro de calcio CaCl2 se usa con mayor frecuencia como relleno para secar tubos y columnas para secar gases, como reactivo de absorción en desecadores y para el secado directo de muchos líquidos orgánicos.
El cloruro de calcio se utiliza en forma de polvo o calcinado. El CaCl2 anhidro en polvo contiene, por regla general, una pequeña cantidad de sal básica de Ca (OH) Cl. El cloruro de calcio es un desecante de eficacia media. No es muy eficaz para secar HCl, HBr, HI, Br2, SO3 y es completamente inadecuado para secar amoniaco y aminas, con las que forma compuestos complejos. El cloruro de calcio se puede usar repetidamente si se regenera calcinando después de cada uso.
El ácido sulfúrico concentrado H2SO4 es un reactivo eficaz para secar gases con los que el H2SO4 no reacciona (H2, O2, N2, Cl2, CH4, C2H6, CO, HCl, N2O, etc.). Está prohibido utilizar ácido sulfúrico en desecadores de vacío como agente absorbente de agua.
Conc. El H2SO4 es un agente oxidante bastante fuerte, especialmente cuando se calienta. Oxida HI y parcialmente HBr (pero no HCl) para liberar halógenos. Por lo tanto, no se puede utilizar para secar estas sustancias, así como H2S, PH3, AsH3, HCN, hidrocarburos insaturados, amoniaco, aminas. La eficacia desecante del H2SO4 disminuye drásticamente a medida que se diluye gradualmente con agua. Por tanto, el 95,1% de ácido ya es significativamente menos eficaz que el 98,3% de ácido. Conc. El H2SO4 a veces contiene SO2. Por tanto, antes de secar los gases, es necesario calentar el ácido hasta que aparezca humo, mientras que el SO2 se elimina por completo.
El perclorato de magnesio (anhidrona) Mg (ClO4) 2 es un agente de secado muy eficaz que se puede utilizar para secar la mayoría de los gases.
La anhidrona se utiliza para la absorción de vapores de agua en el análisis elemental de sustancias orgánicas al determinar el contenido de hidrógeno, así como para determinar la humedad absoluta del aire. En términos de eficiencia de secado, la anhidrona no es inferior al óxido de fósforo (V), comparándose favorablemente con este último en que se usa en forma de granos, no se sinteriza al absorber vapor de agua y no forma canales en la columna.
El perclorato de magnesio también se comercializa en forma de trihidrato de Mg (ClO4) 2-3H2O, que es comparable al conc. H2SO4.
Al usar percloratos, debe tenerse en cuenta que los ácidos minerales fuertes y los óxidos de ácido los descomponen con la liberación de ácido perclórico libre, que puede explotar al interactuar con el gas seco. Por lo tanto, es imposible conectar en serie el recipiente de absorción con Mg (СlO4) 2 y la lavadora con conc. H2SO4.
El carbonato de potasio anhidro (potasa fundida) K2CO3 se utiliza para secar líquidos y soluciones de sustancias en disolventes orgánicos, cuando no hay que temer la alcalinidad del reactivo (secado de bases orgánicas, alcoholes, etc.). En condiciones de laboratorio, el desecante se prepara calentando brevemente carbonato de potasio comercial en una sartén de metal.
El sulfato de sodio anhidro Na2SO4 es un desecante relativamente ineficaz. Se utiliza para secar soluciones de sustancias orgánicas en disolventes apolares (benceno, éter dietílico, etc.). Se obtiene calcinando Na2SO4-10H2O en una sartén metálica.
El sulfato de magnesio anhidro MgSO4 es un desecante más eficaz y con mayor capacidad que el Na2SO4 anhidro. Obtenido calcinando MgSO4-7H2O a 210-250 ° C.
El sulfato de calcio anhidro Ca2SO4 en términos de eficiencia de secado es similar a la conc. H2SO4. Se utilizan para el secado de gases y líquidos, así como para el llenado de desecadores.
Los hidróxidos de sodio y potasio NaOH y KOH se utilizan para el llenado de tubos de absorción, columnas (para secar gases) y desecadores, así como para el secado directo de algunos líquidos orgánicos. El NaOH fundido es tan eficaz para secar gases como el CaCl2 granular. La eficiencia del KOH fundido es muchas veces mayor que la del NaOH.
Los hidróxidos de metales alcalinos se utilizan a menudo para la absorción simultánea de H2O y CO2.
El óxido de fósforo (V) P4O10 es un agente de secado extremadamente eficaz, pero muy incómodo de manipular. Bajo la acción del vapor de agua, el polvo de P4O10 se convierte en una masa viscosa pegajosa cubierta con una película viscosa impenetrable, que crea una alta resistencia al flujo de gas. Por lo tanto, el P4O10 se aplica generalmente a vidrio o lana de amianto, perlas de vidrio o piezas de piedra pómez calcinada. La piedra pómez se calienta en una taza de porcelana a 100 ° C y luego se humedece con conc. Н3РO4. Luego, el óxido de fósforo se distribuye sobre la piedra pómez con agitación. El resultado es un granulado de reactivo fácil de manipular.
El óxido de fósforo no reacciona con los halógenos (a excepción del flúor). Con HF seco, HCl y HBr se forman oxihaluros y ácido metafosfórico:
El sodio es un reactivo muy eficaz para secar hidrocarburos, éteres, etc. La superficie del metal se cubre rápidamente con una capa de hidróxido y el secado posterior se ralentiza. Por lo tanto, tienden a introducir metal con la mayor superficie específica posible, por ejemplo, en forma de alambre delgado. El sodio se puede utilizar para secar líquidos que contengan solo pequeñas cantidades de agua.
El hidruro de calcio CaH2 es un agente de secado muy eficaz. Su reacción con el agua se produce de forma irreversible en un amplio intervalo de temperaturas.
El hidruro de litio y aluminio LiAlH4 es uno de los reactivos de secado más eficaces. Se utiliza únicamente para eliminar por completo los rastros de humedad de los líquidos orgánicos.
La ventaja de los sorbentes es que están disponibles, en su mayor parte químicamente inertes con respecto al gas de secado, no crean una resistencia significativa al flujo de gas (cuando se usan en forma granular) y se regeneran fácilmente calentándolos en un flujo de aire seco.
La alúmina activa de grano grueso (gel de alúmina) es un agente de secado más eficaz que el gel de sílice.
En términos de actividad de secado, las zeolitas son muy superiores al gel de alúmina y al gel de sílice. Las zeolitas de algunas marcas absorben intensamente el vapor de agua incluso a 100 ° C y el amoníaco a 250-300 ° C, cuando el gel de sílice pierde completamente su actividad. Entonces, por ejemplo, la zeolita de grado KA adsorbe principalmente moléculas de agua a temperaturas normales. A 70 ° C, 1 cm3 de zeolita CA en tabletas retiene 62-85 mg de H2O.
El proceso de secado de sólidos se basa en gran medida en la evaporación de la humedad, que puede realizarse a temperatura ambiente o con calentamiento. La humedad se evapora cuando la presión del vapor de agua sobre la superficie del sólido a secar excede la presión parcial del vapor de agua en la fase gaseosa circundante. La presión de vapor del agua en la sustancia que se va a secar aumenta bruscamente al aumentar la temperatura. Por tanto, intentan realizar el secado a temperatura elevada. La presión parcial del vapor de agua en la fase gaseosa se puede reducir aplicando vacío o secando con sustancias que absorban eficazmente la humedad de la fase gaseosa.
Muchos sólidos no higroscópicos se pueden secar al aire a temperaturas normales. La humedad de la superficie de la sustancia se evaporará hasta que se establezca un equilibrio entre la presión del vapor de agua en la sustancia problema y en el aire. Para acelerar el proceso, si está permitido, el secado se realiza con movimiento de aire o agitación del material. El espesor de la capa del material a secar no debe exceder de 1 a 2 cm Como resultado del secado al aire se obtiene un producto secado al aire con un contenido muy desigual de humedad residual. El secado al aire a menudo precede a otros métodos de secado. El secado de sólidos al aire se realiza mejor en placas de filtro de cerámica; cuando se seca sobre papel de filtro, el producto se contamina con sus fibras.
Es recomendable cubrir la sustancia secada al aire con papel de filtro para protegerla del polvo y las impurezas mecánicas. Además, se debe tener en cuenta el efecto fotoquímico de la iluminación sobre el producto. Por lo tanto, muchos bromuros, cuando se secan al aire, se vuelven amarillos cuando se exponen a la luz.
Los sólidos térmicamente estables se pueden secar en hornos de secado. En los hornos de secado, no elimine sustancias volátiles tales como disolventes orgánicos volátiles residuales, ya que la mezcla de vapores de disolventes con aire puede explotar al entrar en contacto con la bobina de alambre calefactor, y las sustancias de bajo punto de fusión no deben secarse.
Cuando se secan sustancias de cristal fino, se puede formar una costra densa en su superficie, lo que reduce significativamente la velocidad de secado. En estos casos, la sustancia a secar debe mezclarse varias veces durante el proceso de secado. Las sustancias que se descomponen o cambian fácilmente cuando se calientan a 100 ° C deben secarse en hornos de secado al vacío.
Recientemente, se han comenzado a utilizar instalaciones de secado en la práctica de laboratorio, en las que se utilizan lámparas de infrarrojos como fuente de calor. Los rayos infrarrojos con una longitud de onda de 1000-3000 nm tienen suficiente capacidad de penetración y no provocan cambios químicos en la sustancia a secar. El secado se realiza a una temperatura más baja y más rápido que con el calentamiento convencional de sustancias. Los dispositivos para secar materiales por radiación infrarroja se producen en serie. El consumo de energía de la lámpara es de 500 vatios. Tiempo de secado para una muestra de 3 g de 5 a 10 minutos. Primero, la lámpara se enciende y el depósito del termómetro se coloca en el centro del círculo iluminado. Al ajustar la altura del reflector, se crea la temperatura requerida para secar la sustancia. Después de eso, se coloca un recipiente con la sustancia a secar en el centro del círculo iluminado durante un tiempo establecido.
El secado de sólidos con aire, secado con reactivos químicos, en condiciones de laboratorio se realiza en desecadores. El agente de secado se selecciona dependiendo de las propiedades químicas de la sustancia que se está secando. Muy a menudo, CaCl2 anhidro, Mg (ClO4) 2, P4O10, KOH fundido, gel de sílice, zeolitas se colocan en la parte inferior del desecador. Para eliminar los residuos de disolventes de hidrocarburos, se utilizan virutas de parafina o tiras de papel de filtro impregnadas con parafina fundida como relleno del desecador.
En un desecador, el vapor de agua se mueve debido a las corrientes de difusión o convección y, por lo tanto, el secado es más lento que en una corriente de aire. Los desecadores de vacío se utilizan para acelerar el proceso a temperatura ambiente. El vacío generalmente se crea mediante una bomba de chorro de agua. En los casos en que se deben secar pequeñas cantidades de una sustancia al vacío a una temperatura elevada, se utiliza un dispositivo llamado "pistola de secado" (Fig. 127). Se coloca un absorbedor de humedad (P4O10, CaCl2, adsorbentes) en la retorta 4. Se vierte hasta la mitad del volumen de líquido con un cierto punto de ebullición en el matraz 3 y se introducen varias "piedras de ebullición". La sustancia a secar se introduce en el recipiente 1 del bote de porcelana 5. La válvula de retorta está conectada a una bomba de vacío. El líquido del matraz 3 se calienta a ebullición. Los vapores calientes lavan el recipiente 1, se condensan en el frigorífico y fluyen de nuevo al matraz 3. Después de un tiempo, la temperatura en el recipiente 1 se ajusta a la temperatura de los vapores del líquido utilizado.
Los líquidos no combustibles se utilizan generalmente como portadores de calor: cloroformo (tboil = 61 ° C), tricloroetileno (tboil = 86 ° C), agua (tboil = 100 ° C), tetracloroetileno (tboil = 120 ° C), tricloroetano ( tboil = 146 ° CON).
El sólido (precipitado) puede deshidratarse mediante extracción con un disolvente miscible con agua, pero en el que el precipitado es insoluble o muy poco soluble. Por ejemplo, acetona, alcohol metílico o etílico, éter se utilizan para secar rápidamente los precipitados. El secado de los precipitados cristalinos húmedos se puede lograr mediante uno de los siguientes métodos.
1. La sustancia a secar se coloca en un matraz cónico con tapón de vidrio esmerilado, al que se añade un disolvente apropiado en una cantidad tal que quede una capa de disolvente unos centímetros por encima del precipitado. El matraz se cierra y se agita vigorosamente durante aproximadamente 1 minuto, después de lo cual se deja reposar durante 15-20 minutos. Luego, drene con cuidado el solvente y reemplácelo con una porción nueva. El solvente se cambia 3-4 veces, después de lo cual el precipitado se transfiere a un embudo con fondo poroso (embudo Buchner), se filtra al vacío y, si la sustancia a secar no es higroscópica, se vierte sobre una baldosa cerámica porosa, se cubre con una hoja de papel de filtro y se deja al aire (o bajo corriente) hasta que el disolvente se haya evaporado por completo. Las sustancias higroscópicas se secan en un desecador al vacío o en un horno de secado al vacío.
2. La sustancia a secar se coloca en un embudo con fondo de vidrio poroso y poco a poco se riega con un líquido secante (solvente). A continuación, se conecta el embudo a una unidad de succión y se filtra el disolvente. Después de desconectar la unidad de la fuente de vacío, la torta del filtro se afloja con una varilla de vidrio o una espátula de porcelana, el solvente se vierte nuevamente, el precipitado se deja reposar bajo la capa de solvente durante 10-15 minutos, después de lo cual la unidad se vuelve a conectar a la fuente de vacío. Se filtra hasta que no se siente más olor a disolvente. Cuando se logra esto, se apaga el vacío y el lodo deshidratado se coloca en un frasco.
Algunos líquidos orgánicos que contienen agua se pueden secar previamente mediante la sal, agregándoles un electrolito que no se disuelve en un solvente orgánico, sino que se disuelve en agua. El líquido se separa en dos capas. La capa acuosa se puede separar y la capa orgánica se puede secar y purificar por destilación. La sustancia, que se utiliza para la salazón, puede añadirse en forma sólida o en forma de solución acuosa concentrada; por ejemplo, usando NaCl, la mayor parte del agua se puede eliminar de la solución acuosa de metiletilcetona.
Los líquidos que no forman mezclas (azeotrópicas) que hierven por separado con agua a menudo se pueden secar mediante destilación fraccionada en una columna eficiente. La condición para una deshumidificación exitosa es una diferencia suficientemente grande en los puntos de ebullición del líquido a secar y del agua. Este método, por ejemplo, se puede utilizar para obtener alcohol metílico casi seco, cuyo secado adicional se consigue utilizando agentes secantes químicos (calcio metálico, amalgama de aluminio) y sobre zeolita KA.
Si la sustancia a secar disuelve muy mal el agua, pero forma mezclas azeotrópicas dobles o triples con ella, entonces se puede secar destilando una pequeña parte junto con agua. Mientras se destila la mezcla binaria, el destilado permanece turbio.
En combinación con el decapado azeotrópico, la deshumidificación se puede llevar a cabo mediante extracción. Al líquido seco, añada tal cantidad de disolvente orgánico inmiscible en agua para separar la capa acuosa, después de lo cual el agua restante de la solución de disolvente orgánico se elimina mediante destilación azeotrópica.
La deshumidificación de líquidos orgánicos se lleva a cabo con mayor frecuencia por contacto directo con un agente secante. El desecante, que forma soluciones concentradas con agua (CaCl2, K2CO3, KOH), se agrega a la sustancia a secar en porciones, y la solución resultante del reactivo desecante en agua se separa en un embudo de decantación. Al final del secado, el líquido se separa del agente secante sólido por filtración.
En el caso de soluciones acuosas de sustancias térmicamente inestables, se utiliza la liofilización. El principio de la liofilización es muy simple. La solución acuosa se congela completamente en una capa fina y se mantiene en un vacío de 1,33-266 Pa (0,01-2 mm Hg). A esta presión, el agua se evapora rápidamente (se sublima) y la solución congelada se enfría gradualmente. El vapor de agua extraído se captura en trampas frías o mediante adsorbentes. La liofilización no se acompaña de formación de espuma, conduce a la formación de un producto cristalino fino de mayor solubilidad, protege el producto de la acción oxidativa del oxígeno atmosférico y conserva la actividad biológica de las sustancias que se secan.
Para secar líquidos orgánicos, se utilizan ampliamente adsorbentes: gel de alúmina y zeolitas. Junto con el agua, los adsorbentes absorben muchos otros contaminantes. Así, por ejemplo, la zeolita CaA se puede utilizar para la absorción selectiva de sustancias polares (H2O, H2S, etc.) de líquidos no polares. La zeolita NaA se utiliza para el secado profundo de varias fracciones de aceite y muchos productos de síntesis petroquímica.
Los gases se secan con reactivos químicos y se congelan. A altas velocidades de gas, el equilibrio del vapor de agua saturado sobre el desecante, por regla general, no tiene tiempo para establecerse. El grado de deshumidificación del gas depende de las propiedades del desecante, el espesor de la capa y la superficie del desecante en contacto con el gas. La deshumidificación de gases con reactivos sólidos generalmente se lleva a cabo en dispositivos de absorción (absorbedores) que se muestran en la Fig. 128, y en recipientes para arandelas sólidas: una botella de Tishchenko (Fig.129, a). Al llenar los dispositivos de absorción, es necesario asegurar una distribución uniforme del reactivo para que no se formen canales en él. Para fortalecer la capa desecante y evitar que sus partículas sean arrastradas con el gas, se colocan pequeños hisopos de lana de vidrio en los dispositivos de absorción en la entrada y salida del gas. Después de llenar los dispositivos de absorción, asegúrese de que no creen una resistencia demasiado fuerte al flujo del gas seco. Si es así, se repite el llenado con trozos grandes de desecante reactivo, o el desecante se mezcla con trozos de piedra pómez o fósforo poroso.
Para deshumidificación de gases conc. El H2SO4 utiliza recipientes para lavadoras líquidas (fig. 129). En este caso, es necesario asegurar un buen contacto del gas con el agente secante y asegurarse de que las gotas del reactivo no sean arrastradas por la corriente de gas. Esto se logra seleccionando la altura de la capa de secado y la velocidad del gas. Los recipientes para lavadoras de líquidos se pueden conectar dos en serie.
Los dispositivos eficientes para depurar gases son columnas de absorción con empaquetadura irrigada fabricadas con recortes de tubos de vidrio, anillos o bolas de vidrio. La ventaja de las columnas de lecho percolador es que no se requiere una sobrepresión significativa para que pase el gas.
En la Fig. 130 representa una columna de absorción auto-irrigada para purificación de gas. El gas pasa al tubo 1. El flujo de gas adicional ingresa al tubo 2. Al girar las gotas de líquido en la T, el gas las impulsa hacia arriba en una cadena a lo largo del tubo 4. Al salir de un agujero estrecho encima de la boquilla 3, estallan burbujas de gas y rocían líquido sobre la boquilla. El líquido que fluye se separa del gas en el receptor y se devuelve al ciclo. El tubo 4, en el que se eleva una cadena de burbujas, se estrecha, de lo contrario la cadena se romperá.
Para el secado de gases (vapores), los más importantes son los adsorbentes (óxido de aluminio, gel de sílice, zeolitas). El gel de sílice anhidro que contiene un poco de cloruro de cobalto es azul y rosa cuando está saturado de humedad. Por tanto, por la aparición del sorbente en la columna de secado, se puede juzgar su idoneidad para un secado adicional.
Se puede lograr un alto grado de secado de los gases mediante congelación, es decir, enfriándolos a una temperatura baja. Durante la congelación, el gas pasa a través de un tubo sumergido casi hasta el fondo del recipiente, que se coloca en un baño de enfriamiento.
