常用干燥劑及其使用

1、實(shí)驗(yàn)室常用干燥劑及其使用除去固體、液體或氣體內(nèi)少量水分的方法稱干燥。有機(jī)實(shí)驗(yàn)中幾乎所做的每一步反應(yīng)都會(huì)遇到試劑、溶劑和產(chǎn)品的干燥問題，所以干燥是實(shí)驗(yàn)室中最普通但最重要的一項(xiàng)操作。如果試劑和產(chǎn)品不進(jìn)行干燥或干燥不完全，將直接影響有機(jī)反應(yīng)、定性分析、定量分析、波譜鑒定和物理常數(shù)測(cè)定的結(jié)果。干燥方法可分為物理方法與化學(xué)方法兩種。物理方法有吸附(包括離子交換樹脂法和分子篩吸附法)、共沸蒸儲(chǔ)、分儲(chǔ)、冷凍、加熱和真空干燥等，化學(xué)方法按去水作用的方式又可分為兩類：一類與水能可逆地結(jié)合生成水合物，如氯化鈣、硫酸鈉等；一類與水會(huì)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，如金屬鈉、五氧化二磷等。下面按有機(jī)物的物理狀態(tài)介紹各種干燥的方法

2、和實(shí)驗(yàn)操作。1 .固體的干燥(1)晾干：將待干燥的固體放在表面皿上或培養(yǎng)皿中，盡量平鋪成一薄層、再用濾紙或培養(yǎng)皿覆蓋上，以免灰塵沾污，然后在室溫下放置直到干燥為止，這對(duì)于低沸點(diǎn)溶劑的除去是既經(jīng)濟(jì)又方便的方法。(2)紅外燈干燥：固體中如含有不易揮發(fā)的溶劑時(shí)，為了加速干燥，常用紅外燈干燥。干燥的溫度應(yīng)低于晶體的熔點(diǎn)，干燥時(shí)旁邊可放一支溫度計(jì)，以便控制溫度。要隨時(shí)翻動(dòng)固體，防止結(jié)塊。但對(duì)于常壓下易升華或熱穩(wěn)定性差的結(jié)晶不能用紅外燈干燥。紅外燈可用可調(diào)變壓器來調(diào)節(jié)溫度，使用時(shí)溫度不要調(diào)得過高，嚴(yán)防水滴濺在燈泡上而發(fā)生炸裂。(3)烘箱烘干：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用帶有自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)的電熱鼓風(fēng)干燥箱，其使用溫度一般

3、為50300C,通常使用溫度應(yīng)控制在100200c的范圍內(nèi)。烘箱用來干燥無腐蝕、無揮發(fā)性、加熱不分解的物品。切忌將揮發(fā)、易燃、易爆物放在烘箱內(nèi)烘烤，以免發(fā)生危險(xiǎn)。(4)干燥器干燥：普通干燥器一般適用于保存易潮解或升華的樣品。但干燥效率不高，所費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。干燥劑通常放在多孔瓷板下面，待干燥的樣品用表面皿或培養(yǎng)皿裝盛，置于瓷板上面，所用干燥劑由被除去溶劑的性質(zhì)而定。1 .變色硅膠是使用較普遍的干燥劑，其制備方法是：將無色硅膠平鋪在盤中，在大氣中放置幾天，任其吸收水分，以減少應(yīng)力，如果部分干燥的硅膠有內(nèi)應(yīng)力，浸入溶液中即會(huì)發(fā)生炸裂，變成更小的顆粒狀，當(dāng)吸收的水分使它質(zhì)量增了原質(zhì)量的1/5時(shí)，浸入20

4、%氯化鉆的乙醇溶液中，1530分鐘后取出晾干，再置于250300c的烘箱中活化至包重，即得變色硅膠。它干燥時(shí)為藍(lán)色，吸水后變成紅色，烘干后可再使用。2 .分子篩是一種硅鋁酸鹽晶體，在晶體內(nèi)部有許多孔徑均一的孔道。它可允許比孔徑小的分子如水分子進(jìn)入，大的分子排除在外，從而達(dá)到將大小不同的分子分離的目的。分子篩通常按微孔表觀直徑大小進(jìn)行分類，如“5?分子篩”，即表示它可吸附直徑為5?的分子，因此也能吸附直徑為3?的水分子。當(dāng)加熱至350c以上時(shí)，吸附后的分子篩又可以解吸活化，所以它能反復(fù)使用(市售的分子篩應(yīng)放在馬弗爐內(nèi)加熱至550土10c活化2h,待溫度降到200c左右取出，小心地存放在干燥器內(nèi)備

5、用。真空干燥器比普通干燥器干燥效率高，但這種干燥器不適用于易升華物質(zhì)的干燥。用水泵抽氣時(shí)，要接上安全瓶，以免在水壓變化時(shí)使水倒吸入器內(nèi)。放氣取樣時(shí)，要用濾紙片擋住入氣口，防止沖散樣品。對(duì)于空氣敏感的物質(zhì)，可通入氮?dú)獗Ｗo(hù)。(5)干燥槍，又稱真空恒溫干燥器，干燥效率很高，可除去結(jié)晶水或結(jié)晶醇，常常用于元素定量分析樣品的干燥。使用時(shí)將裝有樣品的小試管或小舟放入夾層內(nèi)，曲頸瓶?jī)?nèi)放置五氧化二磷，并混雜一些玻璃棉。用水泵(或油泵)抽到一定真空度時(shí)，就可關(guān)閉活塞，停止抽氣。如繼續(xù)抽氣，反而有可能使水汽擴(kuò)散到槍內(nèi)。另外要根據(jù)樣品的性質(zhì)，選用沸點(diǎn)低于樣品熔點(diǎn)的溶劑加熱夾層外套，并每隔一定時(shí)間再行抽氣，使樣品在減

6、壓或恒定的溫度下進(jìn)行干燥。(6)冷凍干燥，是使有機(jī)物的水溶液或混懸液在高真空的容器中，先冷凍成固體狀態(tài)，然后利用冰的蒸氣壓力較高的性質(zhì)，使水分從冰凍的體系中升華，有機(jī)物即成固體或粉末。對(duì)于受熱時(shí)不穩(wěn)定物質(zhì)的干燥，該方法特別適用。2 .液體的干燥從水溶液中分離出的液體有機(jī)物，常含有許多水分，如不干燥脫水，直接蒸儲(chǔ)將會(huì)增加前儲(chǔ)分，產(chǎn)品也可能與水形成共沸混合物，止匕外，水分如不除去，還可能與有機(jī)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，影響產(chǎn)品純度。所以，蒸儲(chǔ)前一般都要用干燥劑干燥，有些溶劑的干燥也可采用共沸干燥法。(1)干燥劑去水在選用干燥劑時(shí)首先應(yīng)注意其適用范圍(表1),即選用的干燥劑不能與待干燥的液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或溶

7、解其中，如無水氯化鈣與醇、胺類易形成配合物，因而它不能用來干燥這兩類化合物；其次要充分考慮干燥劑的干燥能力，即吸水容量、干燥效能和干燥速度。吸水容量是指單位質(zhì)量干燥劑所吸收的水量，而干燥效能是指達(dá)到平衡時(shí)仍舊留在溶液中的水量。對(duì)于形成水合物的干燥劑，常用吸水后結(jié)晶水的蒸氣壓表示干燥效能，蒸氣壓越小，干燥效能越強(qiáng)。例如，無水硫酸鈉可形成10個(gè)結(jié)晶水的水合物，在250寸結(jié)晶水的蒸氣壓為256Pa(1.92mmHg)。吸水容量為1.25。而無水氯化鈣最多能形成6個(gè)結(jié)晶水的水合物，250寸結(jié)晶水的蒸氣壓為40Pa(0.30mmHg),吸水容量為0.97,因此氯化鈣的干燥效能比硫酸鈉強(qiáng)，但吸水容量小。對(duì)

8、于含水較多的溶液，為了使干燥的效果更好，常先用吸水容量大的干燥劑除去大部分水分，然后再用干燥效能強(qiáng)的干燥劑。影響干燥效能的因素很多，如干燥時(shí)的溫度、干燥劑用量和顆粒大小、干燥劑與待干燥液體接觸的時(shí)間等。加熱雖然可以加快干燥速度，但由于水蒸氣壓隨之增大，使干燥效能減弱，而且生成的水合物在30©上易失去水，所以液體的干燥通常在室溫下進(jìn)行，在蒸儲(chǔ)之前應(yīng)將干燥劑濾去。根據(jù)水在液體中的溶解度和干燥劑的吸水容量，雖然可以計(jì)算出干燥劑的理論用量，但實(shí)際用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過理論用量。一般操作中很難確定具體的數(shù)量，多數(shù)是憑經(jīng)驗(yàn)加入。通常以加入后液體由混濁變澄清，或每10mL液體中加入0.51g干燥劑，作為加入

9、量的大致標(biāo)準(zhǔn)。顯然加入干燥劑不能太多，否則將吸附液體，引起更大的損失。表1常用干燥劑的性能與應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍呢水產(chǎn)物吸水干燥燥吸水廠物容量性能速度金屬鈉分子篩硫酸鈣氯化鈣碳酸鉀硫酸鎂HPONaOH+H物理吸附2CaSO匕0CaCl2-nH2O溶于水KCO-0.5H20MgSO-nhbO0.250.060.970.21.05醴、姓、鹵代姓、月青中痕量水分，不適用于醇、酸、胺、酮醴、姓:類中痕量水分，切成小塊或壓成鈉絲使用適于各類有機(jī)化合物的干燥常與硫酸鎂配合，作最后干燥不能用來干燥醇、酚、胺、酰胺、某些醛、酮及酸弱堿性，用于胺及雜環(huán)等堿性化合物，不能干燥醇、醛、酮、酯、酸、酚等弱堿性，用于醇、酮

10、、酯、胺等堿性化合物，不適用酸、酚及其他酸性化合物中性，可代替氯化鈣，也可用于酯、醛、酮、月青、酰胺等類化合物應(yīng)當(dāng)注意，金屬鈉通常以鈉片或鈉絲的形式使用，并限于醴類（如乙醴）、姓類（如苯）的干燥。在干燥過程中，鈉與水發(fā)生反應(yīng)有氫氣產(chǎn)生，為了使氫氣逸出，防止潮氣侵入,在容器上應(yīng)裝配氧化鈣干燥管。加入干燥劑前必須盡可能將待干燥液體中的水分分離干凈，不應(yīng)有任何可見的水層及懸浮的水珠，并置于錐形瓶中。加入顆粒大小合適的干燥劑，用塞子塞緊，不時(shí)旋搖，促使水合平衡的建立。干燥時(shí)間應(yīng)根據(jù)液體量及含水情況而定，一般約需0.5h以上如時(shí)間許可的話，最好放置過夜。然后將干燥的液體濾入蒸儲(chǔ)瓶中蒸儲(chǔ)。干燥時(shí)如出現(xiàn)下列

11、情況，要進(jìn)行相應(yīng)處理：容器下面出現(xiàn)水層，須將水層分出后再加入新的干燥劑；干燥劑互相粘結(jié)，附在器壁上，說明用量不夠，應(yīng)補(bǔ)加干燥劑；粘稠液體的干燥應(yīng)先用溶劑稀釋后再加干燥劑。未知物溶液的干燥，常用中性干燥劑干燥，例如，硫酸鈉或硫酸鎂。（2）共沸干燥法許多溶劑能與水形成共沸混合物，共沸點(diǎn)低于溶劑的本身，因此當(dāng)共沸混合物蒸完，剩下的就是無水溶劑。顯然，這些溶劑不需要加干燥劑干燥。如工業(yè)乙醇通過簡(jiǎn)單蒸儲(chǔ)只能得到95.5%的乙醇，即使用最好的分儲(chǔ)柱，也無法得到無水乙醇。為了將乙醇中的水分完全除去，可在乙醇中加入適量苯進(jìn)行共沸蒸儲(chǔ)。先蒸出的是苯一水一乙醇共沸混合物（沸點(diǎn)65C）,然后是苯一乙醇混合物（沸點(diǎn)6

12、8C）,殘余物繼續(xù)蒸出即為無水乙醇。共沸干燥法也可用來除去反應(yīng)時(shí)生成的水。如竣酸與乙醇的酯化過程中，為了使酯的產(chǎn)率提高，可加入苯，使反應(yīng)所生成的水一苯一乙醇形成三元共沸混合物而蒸儲(chǔ)出來。3 .氣體的干燥有氣體參加反應(yīng)時(shí)，常常將氣體發(fā)生器或鋼瓶中氣體通過干燥劑干燥。固體干燥劑一般裝在干燥管、干燥塔或大的U形管內(nèi)。液體干燥劑則裝在各種形式的洗氣瓶?jī)?nèi)。要根據(jù)被干燥氣體的性質(zhì)、用量、潮濕程度以及反應(yīng)條件，選擇不同的干燥劑和儀器。氧化鈣、氫氧化鈉等堿性干燥劑常用來干燥甲胺、氨氣等堿性氣體，氯化鈣常用來干燥HCl、姓:類、H2,Q,N,CO,SO等，濃硫酸常用來干燥HCl、姓:類、CI2,N,H,CO等。

13、用無水氯化鈣干燥氣體時(shí)，切勿用細(xì)粉末，以免吸潮后結(jié)塊堵塞。如用濃硫酸干燥，酸的用量要適當(dāng)，并控制好通入氣體的速度。為了防止發(fā)生倒吸，在洗氣瓶與反應(yīng)瓶之間應(yīng)連接安全瓶。用干燥塔進(jìn)行干燥時(shí)，為了防止干燥劑在干燥過程中結(jié)塊，那些不能保持其固有形態(tài)的干燥劑（如五氧化二磷）應(yīng)與載體（如石棉純、玻璃纖維、浮石等）混合使用。低沸點(diǎn)的氣體可通過冷阱將其中的水或其它可凝性雜質(zhì)冷凍而除去，從而獲得干燥的氣體,固體二氧化碳與甲醇組成的體系或液態(tài)空氣都可用作為冷阱的冷凍液。為了防止大氣中的水氣侵入，有特殊干燥要求的開口反應(yīng)裝置可加干燥管，進(jìn)行空氣的干燥。注：實(shí)驗(yàn)室中常用的干燥劑及其特性:1 .無水氯化鈣（CaCl2）

14、：無定形顆粒狀（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CaC12nH2O（n=1,2,4,6）。最終吸水產(chǎn)物為CaC126H2O（30C以下），是實(shí)驗(yàn)室中常用的干燥劑之一。但是氯化鈣能水解成Ca（OH）2或Ca（OH）C1,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CaC124C2H5OH、與甲胺生成CaC122cH3NH2,與丙酮生成CaC122（CH3）2CO等，因此不能作為上述各類有機(jī)物的干燥劑。_2 .無水硫酸鈉（Na2SO4）:白色粉末狀，吸水后形成帶10個(gè)結(jié)晶水的硫酸鈉（Na2s04

15、10H2。）。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MgS04nH2O（n=1,2,4,5,6,7）。最終吸水產(chǎn)物為MgS047H2O（48C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水氯化鈣干燥的有機(jī)物常用它來干燥。_

16、4 .無水硫酸鈣（CaSO4）:白色粉末，吸水容量小，吸水后形成2CaSO4H2O（100C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100c以下較穩(wěn)定，所以凡沸點(diǎn)在100c以下的液體有機(jī)物，經(jīng)無水硫酸鈣干燥后，不必過濾就可以直接蒸儲(chǔ)。如甲醇、乙醇、乙醴、丙酮、乙醛、苯等，用無水硫酸鈣脫水處理效果良好。15 .無水碳酸鉀（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（K2CO32H2O）,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

17、、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。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水硫酸鎂或無水硫酸鈉除去大部分水，殘留的微量水分再用P2O5干燥。它可用于干燥烷姓、鹵代烷、鹵代芳姓、醴等，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）:常用作醴類、苯等惰性溶劑的最后干燥。一般先用無水氯化鈣或無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（制無水甲醇、無水乙醇等除外卜酸、酯、有機(jī)鹵代物、酮、醛及某些胺。H9 .氧化鈣（CaO）:是堿性干燥劑。與