干燥和干燥剂

干燥是指从有机物中除去少量水分或少量溶剂，使有机物由“湿”变“干”的过程。

有机物在进行定性、定量分析、波谱分析之前，少量水与有机物可形成共沸混合物，少量水与有机物长时间共存或加热可能会发生反应，许多有机反应须在绝对无水条件下进行，以上种种均需要对有机物进行干燥处理，有些有机反应过程也要防止水气进入等。

有机物的干燥方法有分馏、共沸蒸馏、冷冻、自然晾干、加热烘干、真空干燥以及采用干燥剂干燥等方法。

2.2.1液体有机物的干燥

实验室中，干燥液体有机物最常采用的方法是用干燥剂进行干燥。

1．干燥剂的分类

按照干燥剂与水的作用方式不同，可将干燥剂分为第一类干燥剂和第二类干燥剂。

第一类干燥剂是指能够与水可逆地生成水合物或能够吸附水的干燥剂，如氯化钙、硫酸钠、硫酸镁、硫酸钙、碳酸钾、分子筛、硅胶等。干燥后的有机物在进行蒸馏等操作之前，必须先将此类干燥剂过滤除去。

第二类干燥剂是指能够与水反应生成新的化合物的干燥剂，如金属钠、五氧化二磷、氧化钙等。这类干燥剂加入液体后，蒸馏时可不必除去。

2．干燥剂的选择

干燥剂必须与被干燥的有机物不发生化学反应，并且与干燥后的有机物可以完全分离；干燥剂的吸水容量或干燥效能应较大。

吸水容量是指单位重量干燥剂所吸收水的重量；干燥效能是指吸水达平衡时，有机液体被干燥的程度，常用吸水后，结晶的水蒸汽压来表示。

例如：

硫酸钠能形成10个结晶水的化合物，其吸水容量为1.25；25℃时，其结晶的水蒸气压力为1.92mmHg。

氯化钙最多能形成6个结晶水的水合物，吸水容量为0.97；25℃时，其结晶的水蒸气压为0.20 mmHg。

即：硫酸钠吸水容量大，但干燥效能差。氯化钙吸水容量小，但干燥效能大。

第二类干燥剂吸水容量小，但干燥效能大。

3．影响干燥的因素

⑴ 温度

温度低，含水结晶物的蒸汽压小，干燥效能高。

温度高，可加快干燥剂水合，但含水结晶物的蒸气压增大，干燥效能减小，干燥剂会失水，故液体在蒸馏之前必须除去干燥剂。

⑵ 干燥剂颗粒大小

块状干燥剂（如氯化钙）用时要破碎成黄豆粒大小的颗粒。颗粒太大，吸水慢；颗粒太小，虽然干燥效能好，但过滤困难，难分离。

⑶ 干燥时间

根据液体含水量、含水情况而定，一般约需30~40分钟，甚至更长，极性有机物干燥所需时间较长。

⑷ 干燥剂用量

根据有机物对水的溶解度估计总水量，再根据干燥剂的吸水容量可确定干燥剂的理论用量。

实际加入量通常为干燥剂理论量的10倍左右，因干燥时短时间往往达不到干燥剂的干燥容量。极性有机物含亲水基时，干燥剂用量更大一些，一般干燥剂用量为每10ml液体需0.5~1g干燥剂。

4．干燥方法及效果

⑴ 第一类干燥剂干燥

对含水多，不透明液体，可先用吸水容量大的干燥剂干燥。干燥剂应分批加入，振摇，如果干燥剂全部粘在一起，说明用量不足，继续加入，直到出现松动的干燥剂颗粒，溶液变透明，但透明不能说明不含水，因只要含水量不超过有机物对水的溶解度，含水液液体总是透明的，此时可加入吸水容量小，但干燥效能大的干燥剂进一步干燥。

⑵ 第一、二类干燥剂混合使用

对需绝对无水的反应，可先用第一类干燥剂除去大部分水分，再用第二类干燥剂干燥除去残留的水分。第二类干燥剂可和水生成比较稳定的产物，有时可不必过滤而直接进行蒸馏。

5．常用的干燥剂

⑴ 无水氯化钙：吸水容量为0.97，干燥效能为中等，吸水速度不快，因而用于干燥的时间较长。由于其价格便宜，所以在实验室中广泛地使用它。

工业上生产的氯化钙往往还含有少量的氢氧化钙，因此这一干燥剂不能用于酸或酸性物质的干燥。同时氯化钙还能和小分子醇、酚、酰胺、胺以及某些醛和酯等形成络合物，所以也不能用于这些化合物的干燥。主要用于烃和卤代烃的干燥。

⑵ 无水硫酸钠：吸水容量为1.25，干燥效能弱，吸水速度缓慢。属中性干燥剂，使用范围很广。常适用于含水量较多的溶液的初步干燥，残留水分再用干燥效能更强的干燥剂来进一步干燥。硫酸钠的水合物在32.4℃就要分解而失水，所以温度在32.4℃以上时不宜用它作干燥剂。

⑶无水硫酸镁：吸水容量为1.05，干燥效能较弱，吸水速度较快。属中性干燥剂，可用于干燥不能用氯化钙来干燥的许多化合物，如某些醛、酯等。

⑷ 无水硫酸钙：吸水容量为0.06，干燥效能强，吸水速度快。属中性干燥剂，常与硫酸钠或硫酸镁配合，作最后的干燥。

⑸ 无水碳酸钾：吸水容量为0.2，干燥效能较弱，吸水速度慢。弱碱性干燥剂，可用于醇、腈、酮、酯、胺、杂环等碱性化合物的干燥。但不能用于酸、酚和其他酸性物质的干燥。

⑹ 氢氧化钠和氢氧化钾：溶于水，干燥效能中等，吸水速度快。用于胺类、杂环等碱性化合物的干燥比较有效。因为氢氧化钠(或氢氧化钾)能和很多有机化合物起反应，也能溶于某些液体有机化合物中，所以它的使用范围很有限，不能用于醇、酯、醛、酮、酸和酚等的干燥。

⑺ 分子筛(4A，5A)：与水的作用为物理吸附，吸水容量约0.25，干燥效能强，吸水速度快。适用于各类有机物的干燥，一般用于要求含水量很低的物质的干燥。分子筛价格很贵，常常是使用后在真空加热下活化，再重新使用。

⑻ 金属钠：与水反应生成氢氧化钠和氢气，干燥效能强，干燥速度快。限用于干燥醚、烃类中的痕量水分，这些物质在用钠干燥以前，首先要用氯化钙等干燥剂把其中的大量水分去掉。使用时，金属钠要用刀切成薄片，最好是用金属钠压丝机把钠压成细丝后投入溶液中，以增大钠和液体的接触面。

⑼ 五氧化二磷：与水反应生成磷酸，干燥效能强，干燥速度快，但干燥剂表面为粘浆液覆盖，操作不便。适于干燥醚、烃、卤代烃、腈中的痕量水分。不适用于醇、酸、胺、酮等。

⑽ 氧化钙：与水反应生成氢氧化钙，干燥效能强，干燥速度较快，适用于低级醇的干燥。氧化钙和氢氧化钙均不溶于醇类，对热都很稳定，又均不挥发，故不必从醇中除去，即可对醇进行蒸馏。由于它具有碱性，所以它不能用于酸性化合物和酯的干燥。

2.2.2固体有机物的干燥

实验室常用的干燥方法有：

1．在空气中晾干

固体在空气中自然晾干是最简便、最经济的干燥方法。把要干燥的物质先放在滤纸上面或多孔性的瓷板上面压干，再在一张滤纸上薄薄地摊开并覆盖起来，然后放在空气中慢慢地晾干。

2．加热干燥

对热稳定，不易升华且熔点较高的化合物可以采用加热烘干的方法进行干燥。

把要烘干的物质放在表面皿或蒸发皿中，放在水浴上、砂浴上或两层隔开的石棉铁丝网的上层烘干，也可放在恒温烘箱中或用红外线灯烘干。在烘干过程中，要注意防止温度过高。

3．用干燥器进行干燥

对易吸潮、易分解、易升华、易变色或熔点较低的固体有机物，最好放在干燥器中进行干燥。

常用的干燥器有普通干燥器、真空干燥器、真空恒温干燥器（干燥枪）。最常用的干燥剂是五氧化二磷、浓硫酸和硅胶。

2.2.3气体的干燥

干燥气体常用装有干燥剂的干燥管、干燥塔、U 形管、各种吸气瓶（用来盛液体干燥剂）等进行干燥。

2.3 气体的吸收

1．气体的吸收

在有机合成实验中，常用有刺激性甚至有毒的气体如氯、溴、氯化氢、溴化氢、三氧化硫、光气等为反应物，多数情况下这些反应物不能完全转化，会散发到空间；在有些实验中，合成的产物是气体；更多的是生成有害气体作为副产物，如氯化氢、溴化氢、二氧化硫、氧化氮等。无论是从实验者的安全考虑还是从保护环境出发，对有害气体必须进行处理。最方便、最有效的方法是用吸收剂将其吸收后再作处理。

2．吸收剂

气体吸收主要有两种方法，一种是物理吸收法，即气体溶解于吸收剂中。另一种是化学吸收法，即气体与吸收剂反应生成新的物质。

物理吸收法使用的吸收剂由气体的溶解度决定。如有机物气体常用有机溶剂做吸收剂，而无机物气体常用水做吸收剂。卤化氢可由水吸收得到稀的氢卤酸溶液，少量的氯也可用水吸收得到氯水。

化学吸收法的吸收剂由被吸收的气体化学性质决定。酸性气体如卤化氢、二氧化硫、硫醇等可用NaOH、Na2CO3等碱性溶液吸收，氯也可用碱溶液吸收。碱性气体如有机胺可用盐酸溶液吸收。

    3．吸收装置

气体的吸收装置很简单，可以用倒置在吸收剂表面上的锥形漏斗，使气体与吸收剂接触，锥形漏斗口不要全埋入吸收剂中。一些极易溶解或极易反应的气体，可以通过一根离开吸收剂表面1-5 mm的玻璃管与吸收剂作用。对一些难被吸收的气体，可以通过一根插入吸收剂深处的玻璃管与吸收剂作用，但这时要细心操作，防止吸收剂倒吸入反应体系中。