Для чего коническая колба в химии. Мерная колба — незаменимый лабораторный инструмент
Cтраница 2
Круглодонная колба 1 внизу имеет форму шара диаметром 90 мм, вверху - цилиндра высотой 170 мм и внутренним диаметром 45 мм.
Круглодонная колба емкостью 1 л припаяна к дну колбы Вюрца емкостью 500 мл с помощью стеклянной трубки длиной 25 см и диаметром 30 мм. Трубка для введения фторида бора проходит через отверстие в пробке, закрывающей верхнюю колбу, и оканчивается в середине нижней колбы. Верхняя колба служит конденсатором, в котором улавливается хлористый алюминий, увлекаемый током образующегося галогенида бора.
Круглодонные колбы (рис. 59) изготовляют из обыкновенного и из специального (например, иенского) стекла. Все, что сказано об обращении с плоскодонными колбами, относится и к круглодонным; их применяют при многих работах. Некоторые-круглодонные колбы имеют короткое, но широкое горло.
Круглодонные колбы, так же как и плоскодонные, бывают самой разнообразной емкости; со шлифом на горле и без него.
Круглодонные колбы удобно ставить в подставки из дерева.
Круглодонная колба /, закупоренная резиновой пробкой, сообщается, как показано на рис. 477, со стеклянной трубкой 2, опущенной в сосуд с ртутью.
Круглодонная колба выбирается такой емкости, чтобы перегоняемая смесь жидкостей занимала не более 2 / з объема колбы.
Круглодонные колбы являются наиболее стабильными и дешевыми из всей стеклянной посуды. Они применяются при перегонке, для всех реакций с нагреванием и для таких длительных операций, как экстрагирование. Шарообразная форма кругло-донных колб является и наилучшей в отношении равномерности нагревания.
Круглодонные колбы применяют в школьной практике довольно редко; главным образом их употребляют в опытах для длительного и сильного нагревания, что встречается чаще в органической химии. Наиболее ходовая их емкость равна 100 - 500 мл. Крупные колбы емкостью на 500 - 1000 мл и более нужны в значительно меньшем количестве.
Круглодонные колбы с длинным горлом применяют для нагревания легкоразбрызгивающихся низкокипящих жидкостей. Круглодонные колбы с широким горлом используют для перегонки с обратным холодильником.
Лабораторная посуда отличается своим разнообразием. Ее применяют в процессе проведения анализов в самых разных областях. Огромное количество вариаций представленных емкостей позволяет применять в каждом конкретном случае наиболее подходящую разновидность.
Существующие виды колб можно классифицировать по некоторым признакам. Это позволяет глубже вникнуть в их применение и значение для анализа. Разновидности лабораторной посуды заслуживают особого внимания.
Общая характеристика
В лабораторных исследованиях применяют чаще всего стеклянные колбы . Они позволяют произвести множество различных операций и химических реакций. Достаточно большой статьей расходов любой лаборатории является именно тара.
Так как большинство колб сделано из стекла, они могут биться. Сегодня существуют самые разные виды колб. Они могут подвергаться воздействию температур или химических реагентов. Поэтому материал, из которого изготавливают лабораторную посуду, должен выдерживать подобные нагрузки.
Конфигурация колб может быть очень необычной. Это необходимо, чтобы провести полноценно а также анализ требуемых веществ. Чаще всего подобные емкости имеют широкое основание и узкое горло. Некоторые из них могут оснащаться пробкой.
Разновидности формы
В лабораторных исследованиях может применяться плоскодонная и круглодонная колба . Это самые часто применяемые разновидности емкостей. Плоскодонные разновидности можно ставить на плоскую поверхность. Их назначение очень разнообразно.
Круглодонные колбы удерживаются штативом. Это очень удобно, если тару требуется подогревать. При проведении некоторых реакций это ускоряет процесс. Поэтому круглодонная колба чаще всего изготавливается благодаря этой особенности применения из термостойкого стекла.
Также обе представленные разновидности лабораторной посуды применяются для хранения различных веществ. Иногда в очень редких случаях в ходе лабораторного анализа применяются остродонные разновидности тары.
Применение колб и их конфигурация
Очень разнообразны. Они зависят от сферы применения. Колба Кьельдаля характеризуется грушевидной формой. Ее чаще всего применяют в одноименном приборе для определения азота. Эта колба может обладать стеклянной пробкой.
Для перегонки различных веществ применяется колба Вюрца. В ее конструкции присутствует отводная трубка.
Колба Клайзена обладает двумя горлышками, диаметр которых одинаков по всей длине. К одному из них подводится трубка, предназначенная для отведения пара. Другой конец сообщает посуду с холодильником. Эту разновидность применяют для перегонки и дистилляции при обычном давлении.
Колба Бунзена применяется в процессах фильтрования. Стенки ее очень прочные и толстые. Вверху есть специальный отросток. Он подходит к линии вакуума. Для опытов в условиях пониженного давления эта разновидность подходит идеально.
Колба Эрленмейера
Рассматривая существующие виды колб, нельзя не уделить внимание еще одной форме лабораторной посуды. Название этой емкости дано в честь ее создателя - немецкого химика Эрленмейера. Это коническая тара, которая имеет плоское дно. Ее горловина характеризуется цилиндрической формой.
Эта колба имеет деления, которые позволяют определить объем находящейся внутри жидкости. Уникальной особенностью этой разновидности тары является вставка из специального стекла. Это своего рода записная книжка. На ней химик может делать необходимые пометки.
Горловину при необходимости можно закрывать пробкой. Коническая форма способствует качественному перемешиванию содержимого. Узкое горлышко предотвращает разливание вещества. Процесс испарения в такой таре происходит медленнее.
Колба представленного типа применяется при проведении титрования, выращивания чистых культур или нагревания. Если колба имеет деления на корпусе, их не нагревают. Такая посуда позволяет измерять количество содержимого вещества.
Еще несколько характеристик
Применяемые виды колб можно также разделить на группы в зависимости от типа горловины. Они бывают простые (под резиновую пробку), а также с цилиндрическим или коническим шлифом.
В зависимости от типа материала, из которого изготовлена посуда, она может быть термостойкая или обычная. По назначению колбы можно разделить на мерные емкости, приемники и реакторы.
По объему лабораторная посуда также довольно разнообразна. Их вместительность может составлять от 100 мл до 10 л. Встречаются колбы даже большего объема. При работе с подобной тарой необходимо обязательно соблюдать правила безопасности. Каждая разновидность представленного оборудования должна применяться строго по своему прямому назначению. Иначе можно разбить колбу или нанести вред своему организму.
Химические стаканы - это низкие или высокие цилиндры с носиком (рис. 16, а) или без него (рис. 16, в), плоскодонные или круглодонные (рис. 16, г). Их изготавливают из разных сортов стекла и фарфора, а также полимерных материалов. Они бывают тонкостенными и толстостенными, мерными (см. рис. 16, а) и простыми. Стаканы из фторопласта-4 (рис. 16, б) применяют в работах с сильно агрессивными веществами, а полиэтиленовые или полипропиленовые - для экспериментов с участием фтороводородной кислоты. Если требуется поддерживать определенную температуру во время реакции или при фильтровании осадка, то применяют стаканы с термостатирующей рубашкой (рис. 16, д). Синтезы веществ с массой до 1 кг проводят в стаканах-реакторах с пришлифованной крышкой, имеющей несколько тубусов для введения в стакан оси мешалки, труб холодильника и делительной воронки и других приспособлений.
Рис 16. Химические стаканы: мерный с носиком (а), фторопластовый (б), с шлифованной верхней кромкой (в), толстостенный (г), с термостатирующей рубашкой (д), стакан-реактор с пришлифованной крышкой (е) и стакан для "Ромывки осадков декантацией (ж)
В таких сосудах (рис. 16, е) можно поддерживать вакуум или небольшое избыточное давление. Промывание осадков при помощи декантации удобно проводить с использованием стаканов с боковым углублением (рис. 16, ж). Из такого стакана, наклоненного в сторону бокового углубления, сливается только жидкость, а осадок собирается по углублением, не позволяющим вымываться частицам осадка последней порцией жидкости.
Толстостенные стаканы без носика из стекла марки "пирекс (см. рис. 16, в) с отшлифованной верхней кромкой применяют в демонстрационных опытах, для паровой или горяче-воздушной стерилизации изделий, монтажа гальванических элементов ("батарейные стаканы").Стакан с круглым дном (см. рис. 16, г) с пришлифованной верхней кромкой может выполнять функции колокола.
Нагревать химические стаканы на открытом огне газовой горелки нельзя из-за возможного их растрескивания. Следует обязательно под стакан подкладывать асбестированную сетку (см. рис. 14, а) или применять для нагрева жидкостные бани, электрические плитки с керамическим верхом.
Колбы бывают круглодонными, плоскодонными, коническими, остродонными, грушевидными, с различным числом горловин и отростков, со шлифами и без шлифов, с термостатируе-мой рубашкой и нижним спуском и других конструкций. Вместимость колб может колебаться от 10 мл до 10 л, а термостойкость достигать 800-1000 °С.
Колбы предназначены для проведения препаративных и аналитических работ.
Различные виды круглодонных колб приведены на рис. 17. В зависимости от сложности колбы могут иметь от одной до четырех горловин для оборудования их мешалками, холодильниками, дозаторами, кранами для соединения с вакуумной системой или для подачи газа и т.п.
Грушевидные колбы (рис. 17, г) необходимы тогда, когда при перегонке жидкости пар не должен перегреваться в конце процесса. Обогреваемая поверхность такой колбы не уменьшается при понижении зеркала жидкости. Колба Кьельдаля (рис. 17, д) имеет длинное горло и грушевидную нижнюю часть. Ее применяют для определения азота и изготавливают из стекла марки "пирекс".(Кьельдаль Иохан Густав Кристофер (1849-1900) - датский химик) Предложил метод определения азота и колбу для этого эксперимента в 1883 г.
Колбы Вальтера (рис. 17, е) и Келлера (рис. 17, ж) имеют широкое горло для введения внутрь сосудов различных приспособлений через резиновую пробку или без нее.
Рис. 17. Крутлодонные колбы: одно- (а), двух- (б) и трехгор-лые (в), грушевидные (г), Кьельдаля (д), Вальтера (е) и Келлера (ж)
Рис. 18. Круглодонные колбы для специальных работ: с нижним спуском и запорным клапаном (а), с карманом для термометра (б), с жидкостной баней (в), со стеклянным придонным фильтром (г), с боковым отростком-краном (д) и с термостатирующей рубашкой (е)
(Вальтер Александр Петрович (1817-1889) - русский анатом и физиолог. Келлер Борис Александрович (1874-1945) - русский ботаник-эколог)
По специальному заказу фирмы могут изготовить более сложные круглодонные колбы (рис. 18). Колбу с нижним спуском, имеющим запорный кран (рис. 18, а), используют в экспериментах, в которых образуется несколько несмешивающихся жидких фаз. Колбу с боковым карманом (рис. 18, б) Для термометра или термопары применяют в препаративных работах со строго контролируемой и регулируемой температурой.
Колбу с нижней рубашкой (рис. 18, в), выполняющей функции ж* костной бани, рекомендуестся для очень многих синтезов При этом не требуется специальный нагреватель, температура реакционной среды в колбе всегда постоянна и определяется температурой кипения жидкости в рубашке, имеющей боковой тубус для присоединения обратного холодильника (см. ра 8.4). Температуру кипения жидкости выбирают в соответствии с условиями работы (табл. 18). Колба со стеклянным придонным фильтром - многофункциональный прибор. Она позволяет после реакции отделять жидкую фазу от твердой и снабжена нижним напорным краном. Конструкции остальных колб (д, е) понятны рис. 18.
Различные виды плоскодонных колб изображены на рис. Они, как и круглодонные, могут иметь несколько горловин термостатирующие рубашки (рис. 19, г, д). Достоинство так колб - устойчивое положение на лабораторном столе.
Узкодонные колбы (рис. 20) могут иметь от одного до трех горл. Их применяют в тех случаях, когда при перегонке жидкости необходимо оставить небольшой ее объем или удалить раствора жидкую фазу полностью, сконцентрировав сухой остаток в узкой части колбы.
Обычные конические колбы (рис. 21, а) носят название колб Эрленмейера.
Рис. 19. Плоскодонные колбы: одно (а), трех- (б) и четырехгорлые (в) термостатируюшими рубашками (д)
Рис. 20. Узкодонные колбы: одно- (а), двух- (б) и трехгорлые (в)
Они имеют, как правило, плоское дно, но горловина их может снабжаться пришлифованной пробкой (рис. 21, б) и даже иметь сферический шлиф (рис. 21, г), позволяющий поворачивать под нужным углом вставляемые в колбу трубки самого различного назначения. Колбы, не имеющие пришлифованного горла, закрывают колпачками (рис. 21, д), дающими возможность врашать колбу для перемешивания ее содержимого без опасности разбрызгивания. Основная область применения колб Эрленмейера - титриметрические методы анализа. Если анализируемая жидкость сильно окрашена и трудно установить точку эквивалентности, то в объемном анализе применяют колбы Фрея (рис. 21, в) с придонным выступом, позволяющим точнее определить момент изменения окраски раствора в более тонком слое жидкости.(Эрленмейер Рихард Август Карл (1825-1909) - немецкий химик-органик. В 1859 г. он предложил конструкцию колбы, получившей его имя.)
Толстостенные конические колбы с боковым тубусом получили название колб Бунзена (рис. 22). Эти колбы предназначены для фильтрования под вакуумом.
Рис- 22. Колбы Бунзена: обычная (а), с трехходовым краном (б) и с нижним спуском (в)
Рис. 23. Колбы для перегонки жидкостей: Вюрца (а), с саблеобразным отроестком (б), Вигре (в) и Фаворского (г)
Толщина стенок колб составляет 3,0-8,0 мм, что позволяет выдерживать предельное остаточное давление не более 10 торр или 1400 Па. Вместимость колб колеблется от 100 мл до 5,0 л. Во время фильтрования колбы следует закрывать полотенцем или мелкой капроновой или металлической сеткой во избежание их разрыва, который обычно сопровождается разлетом осколков стекла. Поэтому перед работой колбу Бунзена надо внимательно осмотреть. Если в стекле будут обнаружены пузырьки или царапины на поверхности, то она для фильтрования под вакуумом непригодна.
При фильтровании больших количеств жидкости применяют колбы с нижним тубусом (рис. 22, в) для слива фильтрата. В этом случае перед сливом отключают водоструйный насос и в колбу впускают воздух. Для удаления фильтрата без отключения вакуума используют колбы Бунзена с трехходовым краном (рис. 22, б).
Для перегонки жидкостей применяют весьма разнообразные по конструкции колбы. Наиболее простыми из них являются колбы Вюрца - круглодонные колбы с боковым отростком (рис. 23, а), к которому присоединяют холодильник. Для работы с жидкостями с высокой температурой кипения тросток должен быть расположен ближе к шарообразной части колбы. Легкокипящие жидкости перегоняют в колбах Вюрца с отростком, расположенным ближе к открытому концу горла. В этом случае в дистиллят попадает меньше брызг жидкости.
Вюрц Шарль Адольф (1817-1884) - французский химик, президент Парижской Академии наук.
Рис. 24. Колбы для перегонки жидкостей: Клайзена (а), Арбузова (б, в) и Стоута и Шуэтта (г)
Узкогорлая колба с внутренним диаметром горла 1б±1 мм, вместимостью 100 мл и высотой горла 150 мм с боковым отростком как у колбы Вюрца, но расположенным почти по центру горла колбы, получила название колбы Энглера. Ее применяют для перегонки нефти с целью определения выхода нефтяных фракций.
(Энглер Карл Оствальд Виктор (1842-1925) - немецкий химик-органик, предложил теорию происхождения нефти из жира животных.)
Колбы с саблеобразным отростком (рис. 23, б) применяют для перегонки или сублимации легко застывающих и легко конденсирующихся веществ. временно воздушным холодильником и приемником конденсата или десублимата.
Исследование лабораторного оборудования в кабинете химии, его назначение и особенности использования. Лаборатория химическая* - Общее устройство.
Если воронка плотно прилегает к горлу сосуда, в который переливают жидкость, то переливание затрудняется, так как внутри сосуда создается повышенное давление. Чем меньше емкость воронки, тем тоньше ее стенки, и наоборот. Воронки укрепляют в горле колбы на шлифе или при помощи корковой либо резиновой пробки.
Применение конической колбы (в химии)
Разновидность технических сосудов, применяемых в химических лабораториях. Колбы применяются в лабораториях в качестве реакционных сосудов. Для подогревания колб в лабораториях и в химических производствах используют специализированные и универсальные колбонагреватели.
Внимательно следить за тем, чтобы сверло сохранило свое первоначальное направление. Жидкость нужно помешивать стеклянной палочкой тем концом, на котором надета резиновая трубочка. Газоотводную трубку внесем в стакан с известковой водой так, чтобы конец трубки был погружен в воду. Сначала надо нагреть всю пробирку, а потом только в том месте, где находится малахит.
Наличие качественной, удобной в использовании и безопасной в работе с реактивами, химической посуды обеспечивает высокие результаты исследований проводимых в той или иной лаборатории. Стекло имеет высокие термоустойчивые показатели, именно поэтому его применение в качестве основного материала при производстве лабораторной посуды является наиболее актуальным.
К мерной химической посуде, предназначенной для измерения объема жидкостей, относятся мерные колбы, измерительные цилиндры, градуированные пробирки, бюретки, пипетки и мензурки.
Не менее востребована в химической промышленности и пластиковая лабораторная посуда, которая изготавливается из различных полимерных материалов, обеспечивающих легкий вес и прочность. В современном производстве колб, пробирок, воронок, мензурок и пипеток используется высокотехнологичное оборудование, что позволяет сделать такое производство наименее затратным.
К основной лабораторной химической посуде относятся колбы, стаканы, пробирки, чашки, воронки, холодильники, дефлегматоры и другие сосуды различных конструкций. Чаще всего химическую посуду изготавливают из стекла различных марок. Такая посуда отличается стойкостью к воздействию большинства химических реагентов, прозрачна, легко моется.
Колбы в зависимости от их назначения изготавливают различной вместимости и формы.
а - круглодонная; б - плоскодонная; в - круглодонные с двумя и тремя горловинами под углом; г - коническая (колба Эрленмейера); д - колба Къельдаля; е - грушевидная; ж - остродонная; з - круглодонная для перегонки (колба Вюрца); и - остродонная для перегонки (колба Кляйзена); к - колба Фаворского; л - колба с тубусом (колба Бунзена)
а - стакан; б - бюкс
Круглодонные колбы предназначены для работы при высокой температуре, для перегонки при атмосферном давлении и для работ под вакуумом. Использование круглодонных колб с двумя и более горловинами позволяет в процессе синтеза одновременно выполнять несколько операций: применять мешалку, холодильник, термометр, капельную воронку и т. п.
Плоскодонные колбы пригодны только для работы при атмосферном давлении и для хранения жидких веществ. Конические колбы широко используют для кристаллизации, так как их форма обеспечивает минимальную поверхность испарения.
Толстостенные конические колбы с тубусом (колбы Бунзена) применяют для фильтрования под вакуумом до 1,33 кПа (10 мм рт. ст.) в качестве приемников фильтрата.
Стаканы предназначены для фильтрования, выпаривания (при температуре не более 100 °С) и приготовления растворов в лабораторных условиях, а также для проведения отдельных синтезов, при которых образуются плотные, трудно извлекаемые из колб осадки. Нельзя использовать стаканы при работе с низкокипящими или огнеопасными растворителями.
Бюксы, или стаканы для взвешивания, применяют для взвешивания и хранения летучих, гигроскопичных и легкоокисляющихся на воздухе веществ.
Чашки используют при выпаривании, кристаллизации, возгонке, сушке и других операциях.
Пробирки выпускают различной вместимости. Пробирки с конусным шлифом и отводной трубкой применяют для фильтрования небольших объемов жидкостей под вакуумом.
Стеклянное лабораторное оборудование включает в себя. также соединительные элементы (переходы, алонжи, насадки, затворы), воронки (лабораторные, делительные,
а - цилиндрическая с развернутым краем; б - цилиндрическая без отгиба; в- остродонная (центрифужная); г - с взаимозаменяемыми конусными шлифами; д - с конусным шлифом и отводной трубкой
Соединительные элементы предназначены для сборки на шлифах различных лабораторных установок.
Воронки в химической лаборатории используются для наливания, фильтрования и разделения жидкостей.
Воронки лабораторные используются при наливании жидкостей в узкогорлые сосуды и для фильтрования растворов через бумажный складчатый фильтр.
а - лабораторная; б - фильтрующая с впаянным стеклянным фильтром; в делительные; г - капельная с боковой трубкой для выравнивания давления.
Воронки со стеклянными фильтрами применяют обычно для фильтрования агрессивных жидкостей, разрушающих бумажные фильтры.
Воронки делительные предназначены для разделения несмешивающихся жидкостей при экстрагировании и очистке веществ.
Воронки капельные предназначены для регулируемого приливания (добавления) жидких реагентов в ходе проведения синтеза. Они похожи на делительные воронки, но их различное назначение предопределяет некоторые конструктивные особенности. У капельных воронок отвод трубки обычно длиннее, а кран располагается под самим резервуаром. Их максимальная емкость не превышает 0,5 л.
Эксикаторы используют для высушивания веществ под вакуумом и для хранения гигроскопичных веществ.
Чашки или стаканы с веществами, подлежащими сушке, устанавливают в ячейках фарфоровых вкладышей, а на дно эксикатора помещают вещество - поглотитель влаги.
а - вакуум-эксикатор; б - обычный
Холодильники лабораторные стеклянные применяют для охлаждения и конденсации паров.
Холодильники воздушные используют для кипячения и перегонки высококипящих (ґклп > 160 °С) жидкостей. Охлаждающим агентом служит окружающий воздух.
Холодильники с водяным охлаждением отличаются от воздушных наличием водяной рубашки (охлаждающий агент - вода). Водяное охлаждение применяют для сгущения паров и перегонки веществ с < 160 °С, причем в интервале 120-160 °С охлаждающим агентом служит непроточная, а ниже 120 °С - проточная вода.
Холодильник Либиха используют для перегонки жидкостей.
Шариковый и спиральные холодильники наиболее применимы в качестве обратных при кипячении жидкостей, так как имеют большую охлаждающую поверхность.
Дефлегматоры служат для более тщательного разделения фракций смеси при ее дробной (фракционной) разгонке.
В лабораторной практике для работ, связанных с нагреванием, применяют посуду из фарфора: стаканы, выпарительные чашки, тигли, лодочки и др.
а - чашка выпарительная; б - воронка Бюхнера; в - тигель; г - ступка и пестик; д - ложка; е - стакан; ж - лодочка для сжигания; з - шпатель
Для фильтрования и промывания осадков под вакуумом используют фарфоровые нутч-фильтры - воронки Бюхнера.
Ступки с пестикамипредназначены для измельчения и смешивания твердых и вязких веществ.
Для сборки и закрепления различных приборов в химической лаборатории пользуются штативами с наборами колец, держателей (лапок) и зажимов.
Для фиксации пробирок используют штативы из нержавеющей стали, сплавов алюминия или пластмассы, а также держатели ручные.
а - штатив; б - держатели ручные
Герметичность соединения составных частей лабораторных приборов достигается с помощью шлифов, а также резиновых или пластиковых пробок. Пробки подбирают по номерам, которые равны внутреннему диаметру закрываемой горловины сосуда или отверстия трубки.
Наиболее универсальным и надежным способом герметизации лабораторного прибора является соединение его отдельных деталей с помощью конусных шлифов посредством стыковки наружной поверхности керна с внутренней поверхностью муфты.