Выпаривание используют для частичного или полного удаления растворителя из раствора. В зависимости от преследуемой цели, природы растворенного вещества и растворителя выпаривание можно проводить следующими способами:
- при комнатной температуре и нормальном давлении, когда растворитель легколетучий (например, этиловый эфир);
- при температуре немного выше комнатной и пониженном давлении, когда растворитель малолетучий и выделяемое вещество разлагается при нагревании;
- нагреванием на водяной бане водных растворов и среднелетучих растворителей;
- нагреванием на песчаной бане, когда необходимо быстро удалить малолетучий растворитель;
- нагреванием на открытом пламени для быстрого удаления слаболетучих растворителей или уменьшения количества раствора.
Для выпаривания используют посуду с большой площадью испарения (испарительные чашки, часовые стекла, стаканы).
Следует помнить, что удаление растворителя из концентрированного раствора всегда идет медленнее, чем из разбавленного, особенно в тех случаях, когда растворенное вещество может образовывать кристаллогидраты или кристаллосольваты.
Особую осторожность следует соблюдать при выпаривании горючих растворителей (спирты, ацетон, бензин и др.). Использование горелки в этом случае недопустимо.
В сушильном шкафу выпаривают преимущественно водные растворы или подсушивают влажные осадки, содержащие большое количество воды. Огнеопасные органические жидкости выпаривать в сушильном шкафу не рекомендуется – их выпаривают «беспламенным» способом.
Для сгущения растворов термочувствительных веществ применяют пленочные испарители, используя для этого закрытые электроплитки.
Для предотвращения «ползучести» при выпаривании водных растворов твердых веществ пользуются приспособлением из двух фарфоровых чашек, помещенных одна в другую, из которых внутренняя немного меньше внешней и более плоская. Выпариваемый раствор наливают во внутреннюю чашку, а наружную подогревают. Так как при этом края внутренней чашки нагреваются быстрее, чем дно, то выпавшая корочка кристаллов начинает просыхать сверху вниз и препятствует «ползучести» вещества.
Иногда требуется путем упаривания раствора повысить его концентрацию Можно заранее подсчитать, до какого объема нужно сгущать жидкость.
Пример. До какого объема следует сгущать 1 дм3 10%-ного раствора NaCl, чтобы получить 20%-ный раствор?
Плотность 10%-ного раствора NaCl при 20 ºС равна 1,070 г/см3, следовательно, в 1 дм3 его (масса 1070 г) содержится 1070 · 10/100= 107г NaС1. Это же количество соли должно остаться после сгущения выпариванием в 20%-ном растворе. Вычислим массу 1 дм3 20%-ного раствора:
100 – 20
х – 107
х = 100 · 107 / 20 = 535 г.
Если плотность 20%-ного раствора NaCl составляет 1,147 г/см3, то объем нужного раствора равен 535/1,147 = 466,4 ≈ 466 см3.
Таким образом, 1дм3 10%-ного раствора должен быть сгущен до объема 466 см3, то есть должно быть выпарено 1000 – 466 = 534 см3 воды.
Общие формулы для расчетов имеют следующий вид
Количество соли (К, г) в растворе:
K = Vdk / 100,
где V – объем исходного раствора, см3; d – плотность исходного раствора, г/см3; k – концентрация исходного раствора, %.
Масса (Р, г) раствора после сгущения
Р = К · 100 / ρ – Vdk / ρ,
где ρ – концентрация раствора после упаривания.
Объем V1 раствора после упаривания:
V1 = P / d = Vdk / pd1,
где d1 – плотность раствора после упаривания г/см3.
Объем жидкости V2 подлежащий испарению, см3
V2 = V – V1.