干燥方法

2024年2月13日發(作者：美麗的春天作文)

干燥方法

干燥與干燥劑的使用

除去固體、液體或氣體內少量水分的方法稱干燥。有機實驗中幾乎所做的每一步反應都會遇到試劑、溶劑和產品的干燥問題，所以干燥是實驗室中最普通但最重要的一項操作。如果試劑和產品不進行干燥或干燥不完全，將直接影響有機反應、定性分析、定量分析、波譜鑒定和物理常數測定的結果。

干燥方法可分為物理方法與化學方法兩種。物理方法有吸附（包括離子交換樹脂法和分子篩吸附法）、共沸蒸餾、分餾、冷凍、加熱和真空干燥等，化學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合生成水合物，如氯化鈣、硫酸鈉等；一類與水會發生劇烈的化學反應，如金屬鈉、五氧化二磷等。下面按有機物的物理狀態介紹各種干燥的方法和實驗操作。

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皿中，盡量平鋪成一薄層、再用濾紙或培養皿覆蓋上，以免灰塵沾污，然后在室溫下放置直到干燥為止，這對于低沸點溶劑的除去是既經濟又方便的方法。

（2）紅外燈干燥。固體中如含有不易揮發的溶劑時，為了加速干燥，常用紅外燈干燥。干燥的溫度應低于晶體的熔點，干燥時旁邊可放一支溫度計，以便控制溫度。要隨時翻動固體，防止結塊。但對于常壓下易升華或熱穩定性差的結晶不能用紅外燈干燥。紅外燈可用可調變壓器來調節溫度，使用時溫度不要調得過高，嚴防水滴濺在燈泡上而發生炸裂。

（3）烘箱烘干。實驗室內常用帶有自動溫度控制系統的電熱鼓風干燥箱，其使用溫度一般為50～300℃，通常使用溫度應控制在100～200℃的范圍內。烘箱用來干燥無腐蝕、無揮發性、加熱不分解的物品。切忌將揮發、易燃、易爆物放在烘箱內烘烤，以免發生危險。

（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，所費時間較長。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皿裝盛，置于瓷板上面，所用干燥劑由被除去溶劑的性質而定。

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，以減少應力，如果部分干燥的硅膠有內應力，浸入溶液中即會發生炸裂，變成更小的顆粒狀，當吸收的水分使它質量增了原質量的1/5時，浸入20％氯化鈷的乙醇溶液中，15～30分鐘后取出晾干，再置于250～300℃的烘箱中活化至恒重，即得變色硅膠。它干燥時為藍色，吸水后變成紅色，烘干后可再使用。

分子篩是一種硅鋁酸鹽晶體，在晶體內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入，大的分子排除在外，從而達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。當加熱至350℃以上時，吸附后的分子篩又可以解吸活化，所以它能反復使用（市售的分子篩應放在馬弗爐內加熱至550±10℃活化2h，待溫度降到200℃左右取出，小心地存放在干燥器內備用。

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的干燥。用水泵抽氣時，要接上安全瓶，以免在水壓變化時使水倒吸入器內。放氣取樣時，要用濾紙片擋住入氣口，防止沖散樣品。對于空氣敏感的物質，可通入氮氣保護。

圖1 普通干燥器、真空干燥器

干燥槍，又稱真空恒溫干燥器，干燥效率很高，可除去結晶水或結晶醇，常常用于元素定量分析樣品的干燥。使用時將裝有樣品的小試管或小舟放入夾層內，曲頸瓶內放置五氧化二磷，并混雜一些玻璃棉。用水泵（或油泵）抽到一定真空度時，就可關閉活塞，停止抽氣。如繼續抽氣，反而有可能使水汽擴散到槍內。另外要根據樣品的性質，選用沸點低于樣品熔點的溶劑加熱夾層外套，并每隔一定時間再行抽氣，使樣品在減壓或恒定的溫度下進行干燥。

冷凍干燥，是使有機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，然后利用冰的蒸氣壓力較高的性質，使水分從冰凍的體系中升華，有機物即成固體或粉末。對于受熱時不穩定物質的干燥，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物，常含有許多水分，如不干燥脫水，直接蒸餾將會增加前餾分，產品也可能與水形成共沸混合物，此外，水分如不除去，還可能與有機物發生化學反應，影響產品純度。所以，蒸餾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

在選用干燥劑時首先應注意其適用范圍（表1），即選用的干燥劑不能與待干燥的液體發生化學反應，或溶解其中，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量干燥劑所吸收的水量，而干燥效能是指達到平衡時仍舊留在溶液中的水量。

對于形成水合物的干燥劑，常用吸水后結晶水的蒸氣壓表示干燥效能，蒸氣壓越小，干燥效能越強。例如，無水硫酸鈉可形成10個結晶水的水合物，在 25℃時結晶水的蒸氣壓為 256 Pa（1.92 mmHg）。吸水容量為1.25。而無水氯化鈣最多能形成6個結晶水的水合物，25℃時結晶水的蒸氣壓為 40 Pa（0.30 mmHg），吸水容量為0.97，因此氯化鈣的干燥效能比硫酸鈉強，但吸水容量小。對于含水較多的溶液，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的干燥劑。

影響干燥效能的因素很多，如干燥時的溫度、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℃以上易失去水，所以液體的干燥通常在室溫下進行，在蒸餾之前應將干燥劑濾去。

根據水在液體中的溶解度和干燥劑的吸水容量，雖然可以計算出干燥劑的理論用量，但實際用量遠遠超過理論用量。一般操作中很難確定具體的數量，多數是憑經驗加入。通常以加入后液體由混濁變澄清，或每10mL液體中加入0.5～1 g干燥劑，作為加入量的大致標準。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用范圍

干燥劑 吸水產物

干吸水干燥燥容量 性能 速度

— 強 快

應用范圍

醚、烴、鹵代烴、腈中痕量水分，不適用于醇、酸、胺、酮

醚、烴類中痕量水分，切成小塊或壓成鈉絲使用

適于各類有機化合物的干燥

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，用于胺及雜環等堿性化合物，不能干燥醇、醛、酮、酯、酸、酚等

弱堿性，用于醇、酮、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、腈、酰胺等類化合物

五氧化二磷

金屬鈉

分子篩

硫酸鈣

氯化鈣

H3PO4

NaOH + H2

物理吸附

— 強 快

快

快

較快

～0.25 強

2 CaSO4·H2O 0.06 強

CaCl2·nH2O 0.97

中等

中等

氫氧化鉀 溶于水 — 快

碳酸鉀 K2CO3·0.5 H2O 0.2

較弱

較弱

慢

硫酸鎂 MgSO4·nH2O 1.05

較快

應當注意，金屬鈉通常以鈉片或鈉絲的形式使用，并限于醚類（如乙醚）、烴類（如苯）的干燥。在干燥過程中，鈉與水發生反應有氫氣產生，為了使氫氣逸出，防止潮氣侵入，在容器上應裝配氧化鈣干燥管。

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，不時旋搖，促使水合平衡的建立。干燥時間應根據液體量及含水情況而定，一般約需0.5 h以上。如時間許可的話，最好放置過夜。然后將干燥的液體濾入蒸餾瓶中蒸餾。

干燥時如出現下列情況，要進行相應處理：容器下面出現水層，須將水層分出后再加入新的干燥劑；干燥劑互相粘結，附在器壁上，說明用量不夠，應補加干燥劑；粘稠液體的干燥應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，共沸點低于溶劑的本身，因此當共沸混合物蒸完，剩下的就是無水溶劑。顯然，這些溶劑不需要加干燥劑干燥。如工業乙醇通過簡單蒸餾只能得到95.5%的乙醇，即使用最好的分餾柱，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行共沸蒸餾。先蒸出的是苯—水—乙醇共沸混合物（沸點65℃），然后是苯—乙醇混合物（沸點68℃），殘余物繼續蒸出即為無水乙醇。

共沸干燥法也可用來除去反應時生成的水。如羧酸與乙醇的酯化過程中，為了使酯的產率提高，可加入苯，使反應所生成的水—苯—乙醇形成三元共沸混合物而蒸餾出來。

3．氣體的干燥

有氣體參加反應時，常常將氣體發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。液體干燥劑則裝在各種形式的洗氣瓶內。要根據被干燥氣體的性質、用量、潮濕程度以及反應條件，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、烴類、H2，O2，N2，CO2，SO2等，濃硫酸常用來干燥HCl、烴類、Cl2，N2，H2，CO2等。

用無水氯化鈣干燥氣體時，切勿用細粉末，以免吸潮后結塊堵塞。如用濃硫酸干燥，酸的用量要適當，并控制好通入氣體的速度。為了防止發生倒吸，在洗氣瓶與反應瓶之間應連接安全瓶。

用干燥塔進行干燥時，為了防止干燥劑在干燥過程中結塊，那些不能保持其固有形態的干燥劑（如五氧化二磷）應與載體（如石棉繩、玻璃纖維、浮石等）混合使用。低沸點的氣體可通過冷阱將其中的水或其它可凝性雜質冷凍而除去，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裝置可加干燥管，進行空氣的干燥。