化學試劑的純化

在化學分析、儀器分析、無機制備、有機合成以及其他的科學實驗工作中經常會遇到所用的化學試劑純度不夠，或買不到所需純度的化學試劑，這就需要在實驗室自己對現有的化學試劑進行純化，以便得到所需純度的化學試劑。實驗室中常用的純化化學試劑的方法有：蒸餾和精餾、重結晶、萃取、區域熔融和色譜分離等等，下面將分別加以簡單介紹。

第一節 蒸餾和精餾

蒸餾和精餾是一種使用廣泛的純化方法，根據液體混合物中液體和蒸汽之間混合組分的分配差別進行純化，是純化揮發性和半揮發性化學試劑的第一選擇。

一、蒸餾原理

蒸餾的主要目的是從含有雜質的化學試劑中分離出揮發性和半揮發性的雜質或將易揮發和半揮發的主體蒸發出來，將不揮發和難揮發的雜質留下。一種物質在不同溫度下的飽和蒸汽壓變化是蒸餾分離的基礎。大體說來，如果液體混合物中兩種組分的蒸汽壓具有較大差別，就可以富集蒸汽相中更多的揮發性和半揮發性的組分。兩相－液相和蒸氣相－可以分別地被回收，揮發性和半揮發性的組分富集在氣相中而不揮發性組分被富集在液相中。

除了烴類混合物和少數其它例子之外，Raoult定律和Dalton定律可用于理想混合物體系，混合物溶液常常不遵循理想的蒸汽相-液相行為。應用這兩個定律可以得到一個二元體系的兩種組分的比揮發性（aAB）： aAB ＝ (YA/YB)/ (XA/XB) = P0A/ P0B 其中，YA和YB分別是平衡時氣相中組分A和B的摩爾分數，XA和XB分別是平衡時液相中組分A和B的摩爾分數，P0A和 P0B 分別是平衡時組分A和B的蒸汽壓，均服從Raouilt定律。隨著aAB增加，富集程度也增加。

二、簡單蒸餾

最簡單的蒸餾裝置，如圖－1所示。當一個液體樣品被加熱并轉變成蒸汽時，其中有一部分被冷凝而回到原來的蒸餾瓶中，而其余的被冷凝并轉入收集容器中，前者叫回流液，后者叫流出液。由于蒸餾是連續進行，逸出的和保存在液體中的組成在慢慢地改變。作為一種純化化學試劑的方法，簡單蒸餾只能分離具有較大的沸點差別的雜質，諸如沸點與主體差別大于50℃的雜質。若要除去沸點與主體差別小于50℃的雜質，則要采用下面介紹的精餾方法。　

簡單的常壓蒸餾裝置主要由帶有側管的蒸餾燒瓶、溫度計、冷凝器、收集器和加熱裝置等組成。安裝時，溫度計的水銀球應插到較側管稍低的位置，蒸餾燒瓶的側管與冷凝器連接成臥式，冷凝器的下口與收集器連接(圖－1)。使用蒸餾裝置時，根據被蒸餾的化學試的沸點選擇加熱裝置：被蒸餾液體的沸點在80℃以下時，用熱水浴加熱；液體沸點在100℃以上時，在石棉網上用直火或者用油浴加熱；液體溫度在200℃以上時，用金屬浴加熱。

蒸餾沸點在150℃以上的液體時，可使用空氣冷凝器。為了使蒸餾順利進行，在液體裝入燒瓶后和加熱之前，必須在燒瓶內加入沸石。因為燒瓶的內表面很光滑，容易發生過熱而突然沸騰，致使蒸餾不能順利進行。當添加新的沸石時，必須等燒瓶內的液體冷卻到室溫以后才可加入，否則有發生急劇沸騰的危險。沸石只能使用一次，當液體冷卻之后，原來加入的沸石即失去效果，所以繼續蒸餾時，須加入新的沸石。在常壓蒸餾中，具有多孔、不易碎、與蒸餾物質不發生化學反應的物質，均可用作沸石。常用的沸石是切成1～2毫米的素燒陶土或碎的瓷片。

蒸餾裝置安裝完畢，就可以開始加熱了。當蒸餾瓶中的物質開始沸騰時，溫度急劇上升。當溫度上升到被蒸餾物質沸點上下1℃時，將加熱器的加熱強度調節到每秒鐘流出一滴的程度。此時，加熱浴的溫度應當保持在比蒸餾瓶中物質的沸點高20℃左右。蒸餾沸點較高的物質時，當蒸汽未達到側管之前即被外氣冷卻而回流，使其無法蒸餾出來。此時可使用微小火焰均勻加熱側管的下面，但要避免加熱過度，致使溫度計不表示正確的沸點，也可對蒸餾瓶不加熱部分進行適當的保溫。。在蒸餾操作中，應當注意以下幾點：

(1) 控制好加熱溫度。如果采用加熱浴，加熱浴的溫度應當比蒸餾液體的沸點高出若干度，否則難以將被蒸餾物蒸餾出來。加熱浴溫度比蒸餾液體沸點高出的越多，蒸餾速度越快。但是，加熱浴的溫度也不能過高，否則會導致蒸餾瓶和冷凝器上部的蒸汽壓超過大氣壓，有可能產生事故，特別是在蒸餾低沸點物質時尤其越多注意。一般地，加熱浴的溫度不能比蒸餾物質的沸點高出30℃。

(2) 蒸餾高沸點物質時，由于易被冷凝，往往蒸汽未到達蒸餾燒瓶的側管處即已經被冷凝而滴回蒸餾瓶中。因此，應選用短頸蒸餾瓶或者取保溫措施，保證蒸餾順利進行?BR>　　(3) 蒸餾之前，必須了解被蒸餾的化學試劑及其雜質的沸點和飽和蒸汽壓，以決定何時（即在什么溫度時）收集純化學試劑。