Делительная воронка: виды и применение. Способ разделения смесей с помощью делительной воронки

Делительные воронки - это простые, но очень полезные лабораторные инструменты для разделения жидких смесей. Химики используют их повсеместно при проведении синтезов и анализов. Давайте разберемся в устройстве, видах и правилах работы с этими приборами.

Устройство и назначение делительных воронок

Делительная воронка представляет собой сосуд из стекла или пластика грушевидной или цилиндрической формы. Она состоит из корпуса, крана и пробки. В нижней части воронки расположен кран для слива жидкости. В верхней части находится отверстие, которое закрывается притертой пробкой. Пробка обеспечивает герметичность воронки при перемешивании реакционной смеси.

Основная функция делительной воронки - разделение двух несмешивающихся жидкостей. Благодаря разнице в плотности жидкости расслаиваются, и их можно поочередно слить через кран. Это позволяет эффективно проводить жидкостную экстракцию и выделять целевые вещества из реакционных смесей.

Существует несколько разновидностей делительных воронок:

1. Грушевидные воронки имеют расширение в средней части. Это позволяет лучше перемешивать содержимое при встряхивании.
2. Цилиндрические воронки имеют равномерный диаметр по всей длине. Их часто делают с мерной шкалой для замера объема.
3. Шаровидные.

Делительные воронки выпускают объемом от 10 мл до 10 литров. Для каждой конкретной задачи подбирают воронку оптимального размера.

Кроме того, воронки делят по типу стекла, термостойкости, по материалу краника и пробки, по наличию градуировки.

Для быстрого спускания полученного слоя удобно брать вороки с углом 60°, длинным носиком со срезанным кончиком.

Подготовка делительной воронки к работе

Перед использованием делительную воронку тщательно проверяют и подготавливают:

1. Визуально осматривают на предмет сколов, трещин, инородных включений.
2. Тщательно моют водой, затем органическим растворителем и сушат.
3. Смазывают кран вакуумной смазкой для обеспечения плавного хода.
4. Закрепляют воронку в штативе над приемной колбой.
5. При работе с летучими и опасными жидкостями обязательно используют вытяжной шкаф.

Правильная подготовка воронки гарантирует удобство ее использования и безопасность проведения эксперимента.

Порядок работы с делительной воронкой

После установки воронки в штатив приступают к разделению жидкой смеси:

1. В воронку помещают исходную смесь объемом не более 2/3 вместимости воронки.
2. Добавляют экстрагент в количестве, достаточном для эффективного разделения фаз.
3. Закрывают воронку пробкой и встряхивают для перемешивания содержимого.
4. Периодически через кран выпускают газы, выделяющиеся в процессе экстракции.
5. После расслаивания фаз аккуратно сливают нижний слой через кран.
6. Затем сливают верхний слой либо через кран, либо через горлышко воронки.

Важно не встряхивать воронку слишком сильно, чтобы не образовывались стойкие эмульсии. При появлении эмульсии рекомендуется осторожно покачивать воронку или дождаться расслаивания.

Таким образом осуществляют поочередное выделение фракций из исходной смеси с помощью делительной воронки.

Примеры использования делительных воронок

Рассмотрим конкретные случаи применения делительных воронок в лабораторной практике.

Классический пример - разделение смеси воды и растительного масла. Вода обладает большей плотностью, поэтому располагается в нижней части воронки. Масло всплывает наверх. Последовательным сливом фракций через кран мы разделяем эти две жидкости.

Многие органические вещества хорошо экстрагируются из водных растворов неполярными растворителями - бензолом, толуолом, гексаном. Добавляя такой растворитель в делительную воронку, мы можем выделить целевой компонент из водной фазы в органическую.

С помощью делительной воронки осуществляют очистку и выделение конечных продуктов органического синтеза. Это позволяет отделить целевые вещества от примесей и реагентов после проведения химической реакции.

Таким образом, делительные воронки являются универсальным инструментом для фракционирования жидких смесей в лабораторных условиях.

Принцип работы делительной воронки

Рассмотрим более подробно принцип работы делительной воронки. Как уже упоминалось ранее, основан он на разнице в плотности разделяемых жидкостей. Более плотная жидкость опускается вниз, а менее плотная всплывает наверх. Так образуются два разделенных слоя.

Важную роль играет правильный подбор экстрагента. Он должен хорошо смешиваться с одной из фаз и плохо - с другой. Это обеспечивает эффективное разделение компонентов смеси.

Выбор оптимального объема делительной воронки

При выборе делительной воронки следует обращать внимание на ее объем. Оптимальный объем зависит от количества разделяемой смеси.

Не рекомендуется заполнять воронку более чем на 2/3 объема. При большем заполнении ухудшается перемешивание и возрастает вероятность разбрызгивания содержимого.

С другой стороны, использование слишком большой воронки приводит к неоправданному расходу экстрагента и увеличению времени разделения.

Особенности разделения вязких смесей

Разделение вязких смесей в делительной воронке имеет свои особенности. Из-за высокой вязкости затруднено перемешивание и последующее расслаивание фаз.

В таких случаях рекомендуется использовать подогрев с помощью термостатирующей рубашки. Это позволяет снизить вязкость смеси и облегчить процесс разделения.

Автоматизация процесса разделения

Существуют способы автоматизации процесса разделения смесей с помощью делительной воронки.

Например, можно использовать автоматический шейкер, обеспечивающий равномерное перемешивание смеси. Также возможно автоматизировать слив фракций с помощью соленоидных клапанов.

Альтернативные методы разделения жидких смесей

Помимо делительной воронки, существуют и другие способы разделения смесей жидкостей, в том числе:

• центрифугирование;
• хроматография;
• экстракция с помощью мешалки;
• ректификация.

Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки. Выбор оптимального метода зависит от конкретной задачи и особенностей разделяемой смеси.