Лабораторные нагревательные приборы

В статье рассмотрены газонагревательные приборы, нагревательные приборы на жидком топливе, электронагревательные приборы и правила работы с нагревательными приборами

Газонагревательные приборы

Газовая горел ка Бунзена (рис. 25) представляет собой металлическую трубку, укрепленную на подставке. Через боковой отросток, на который надета резиновая трубка, в горелку подают газ. Для сжигания газа необходим кислород воздуха, поэтому в нижней части трубки есть отверстия для поступления воздуха, которые закрывают и открывают с помощью железной муфты с отверстиями. Муфта вращается на трубке. Если отверстия трубки и муфты совпадают, то доступ воздуха свободный, если они не совпадают, воздух не поступает. Такую горелку зажигают следующим образом: закрывают доступ воздуху, открывают газовый кран и поджигают газ у выхода горелки. Если газ не загорается сразу, что указывает на излишнюю подачу воздуха, то ему надо дать выйти и зажечь горелку. Сначала пламя будет коптить. Регулируя поступление воздуха, можно добиться некоптящего пламени прозрачного голубоватого цвета.

Рис. 25. Газовая горелка Бунзена. 1 — отросток для подачи газа; 2 — отверстия для подачи воздуха; 3 — вращающаяся муфта для регулирования подачи воздуха.

Горелка Теклу (рис. 26) имеет трубку, расширяющуюся книзу в конус. В дне конуса имеются 4 отверстия: через одно из них (среднее) поступает газ, а 3 других служат для подачи воздуха и могут закрываться вращающимся диском. Если диск прижат снизу к конусу, то доступа воздуха нет. В этом положении следует зажигать горелку. В подставке, от которой отходит отросток для подачи газа из сети, имеется винт, с помощью которого можно регулировать подачу газа. При зажигании горелки следует открыть газовый кран, и поджечь у выхода из горелки газ, затем с помощью диска отрегулировать доступ воздуха, а с помощью винта – высоту пламени.

Рис. 26. Газовая горелка Теклу. 1 - отросток для подачи газа; 2 — винт для регулирования подачи газа; 3 — вращающийся диск для регулирования подачи воздуха

При неправильном пользовании газ сгорает внутри горелки, которая при этом сильно накаляется. Горение сопровождается специфическим «хрипящим» звуком. Горелку в этом случае нужно немедленно, погасить и дать ей полностью остыть. Лишь после этого ею можно снова пользоваться. За горелками необходим постоянный уход. Их нужно систематически разбирать и чистить, следя за тем, чтобы ничто не попадало внутрь горелки. Гасить газовые горелки нужно, перекрывая газовый кран. Регулировочный винт на горелке Теклу нужно использовать только для регулирования высоты пламени.

Необходимо помнить, что утечка газа весьма опасна, так как это может вызвать отравление. Смесь газа с воздухом, скопившаяся в помещении, чрезвычайно взрывоопасна. Надо внимательно следить за исправностью газовых приборов. В случае попадания газа помещения лаборатории следует тщательно проветрить, прежде чем применять открытое пламя или включать электроприборы или освещение.

Нагревательные приборы на жидком топливе

Спиртовая горелка (спиртовка) представляет собой небольшой стеклянный баллон, заполняемый денатури
рованным спиртом. В горло баллончика вставляют фитиль, сделанный из ниток или ватного жгута. Фитиль закрепляют в подвижном металлическом держателе, который свободно кладут на горло баллона. В баллоне с помощью воронки наливают спирт. Заправленную спиртовку хранят плотно закрытой притертым колпачком чтобы предотвратить испарение спирта с фитиля. При сжигании спиртовки нужно снять колпачок и поджечь фитиль спичкой или зажженной лучиной. При этом следует стараться не прикасаться к фитилю, так как можно сдвинуть держатель фитиля и пламя проскочит внутрь спиртовки, что вызовет сильную вспышку и разбрызгивание горящего спирта.

Нельзя поджигать спиртовку, наклоняя ее к другой, так как при этом может перелиться спирт и сдвинуться держатель фитиля. Нельзя дуть на пламя, чтобы погасить спиртовку. Для этого следует просто закрыть спиртовку колпачком.

Необходимо следить за тем, чтобы спиртовка не перегревалась. Это ведет к испарению спирта и опасности взрыва. Нельзя оставлять ее пустой, так как скапливающиеся пары спирта могут воспламениться и взорваться. Лучше использовать спиртовки с металлическим баллоном, который менее хрупкий и в случае перегрева не может лопнуть. Долго работать с одной спиртовкой нельзя, поэтому при длительном нагревании лучше пользоваться двумя спиртовками. Большим недостатком спиртовых горелок является то, что они дают пламя низкой температуры.

Электронагревательные приборы

Шнур любого электронагревательного прибора должен иметь хорошую изоляцию и надежную вилку. Включать прибор следует лишь в ту сеть, на напряжение которой рассчитан прибор.

Электроплитки могут быть с закрытой и открытой спиралью. Открытую спираль легко сменить при порче, но она неудобна тем, что на ней нельзя нагревать легковоспламеняющиеся вещества. Плитки с закрытой спиралью проще чистить, на них можно нагревать любые вещества и при разливе жидкости не происходит замыкания тока. Спираль у таких плиток закрыта керамикой или стальной крышкой, Они дают более равномерное нагревание. Плитки с керамикой нередко используют как песочные бани, насыпав на них песок. Электроплитки со стальными крышками часто бывают снабжены реостатами, позволяющими с помощью двух выключателей регулировать нагревание.

Сушильный шкаф (рис. 27) имеет камеру с дырчатыми полками. Стенки шкафа металлические, двойные, снаружи облицованы асбестом. Между стенками, а также в дне шкафа вмонтирована электроспираль. Температура в шкафу достигает 200°С. Регулируют температуру автоматически терморегулятором с сигнальной лампой или последовательно присоединенным реостатом, а контролируют по термометру, вставленному в специальное отверстие в потолке шкафа.

Рис. 27. Сушильный шкаф.

В вакуум-шкафу сушка происходит быстрее. Такой шкаф чаще имеет вид горизонтального цилиндра, который при помощи трубки соединяется с вакуум-насосом. В нем можно сушить вещества при более низкой температуре, чем в обычном сушильном шкафу. За разрежением в таком шкафу следят по вакуумметру, а за температурой – по термометру.

Муфельная печь представляет собой керамический резервуар (муфель) различной формы, часто в виде горизонтально расположенного полуцилиндра, у которого свод полукруглый, а под (дно) – плоский. Снаружи муфель обмотан проволокой и помещен в металлический корпус, выложенный изнутри теплоизоляционным материалом.

Муфель имеет керамическую дверцу с окошечком для наблюдений. Открытая дверца служит наружным продолжением анода муфеля. Обычно на нее ставят вынутые из муфеля тигли для остывания. Муфель рассчитан на температуру 800-1000-1200°С. Муфельная печь снабжена автоматическим терморегулятором.

Тигельная печь похожа на муфельную, но имеет меньшие размеры, так как она рассчитана только на сушку материала в тиглях. Загрузка тигельной печи производится сверху.

Очень часто в практике приходится нагревать вещества до невысоких температур, но длительно. Это удобнее всего производить на различных банях.

Бани бывают водяные (рис. 28), на которых можно получить температуру не выше 100°С. Водяная баня имеет вид медной или алюминиевой кастрюли, установленной на электрической плитке, с которой ее можно легко снять. Сверху баня закрывается рядом съемных колец разного диаметра, благодаря которым можно регулировать отверстие бани по величине помещаемого сосуда. Сбоку имеется водомерное стекло с воронкой, по которому следят за уровнем воды, через воронку доливают воду в баню при необходимости. За температурой воды наблюдают по термометру, хранящемуся отдельно. Его периодически опускают в баню для измерения температуры.

Рис. 28. Водяная баня с установленным внутри круглым штативом – стойкой для нагревания в бане пробирок

При нагревании в бане пробирок рекомендуется поставить в нее круглый штатив из пластмассы, соответствующий по диаметру бане. В нем пробирки будут стоять устойчиво. Баню заполняют водой наполовину или на 2/3. Посуда (за исключением пробирок) должна входить в баню на 1 см.

Воздушная баня служит для нагревания веществ с помощью горячего воздуха. По устройству она напоминает водяную баню, но не имеет дна и водомерного стекла. Воздушная баня установлена на электрической плитке.

Песочная баня допускает более сильное нагревание, чем первые два вида бань. Она представляет собой электрическую плитку с бортом, со спиралью, закрытой керамикой, на которую насыпают песок. Песок должен быть чистый, просеянный и прокаленный. Нагреваемый сосуд не должен касаться дна бани.

Масляная баня устроена так же, как и водяная, только заполняется минеральным маслом. В зависимости от сорта масла в ней допускается температура от 180 до 270°С. При более высокой температуре масло может вспыхнуть. Загоревшееся масло гасят, закрывая баню листом асбеста, который всегда должен быть под рукой. Если в бане греется прибор, который нельзя быстро вынуть, заготовленный лист асбеста можно разрезать на две половины, вырезать их по форме прибора и закрывать баню, надвигая листы асбеста с двух сторон. Нагревание при этом, разумеется, следует прекратить. Работать с масляной баней нужно под тягой. Ни в коем случае нельзя допускать попадания воды в масло.

Описанные приборы служат для нагревания веществ в различной посуде, поэтому важно знать, какую посуду, как и в чем можно греть.

Стеклянную посуду с плоским дном (круглые плоскодонные колбы, конические колбы Эрленмейера, химические стаканы и пр.) нельзя нагревать на открытом пламени или на электрической плитке с открытой спиралью.
    
Круглодонную посуду (пробирки, круглодонные колбы, реторты) можно греть на открытом пламени, не боясь их растрескивания. Такую посуду необходимо укреплять либо в держателе, либо в лапке штатива, поэтому нагревать ее на электрической плитке менее удобно, чем в пламени горелки или на банях.

Прежде чем производить интенсивный нагрев на открытом пламени, нужно обязательно прогреть все части нагреваемого сосуда. Для этого следует либо перемещать сосуд в пламени, чтобы нагревались разные его части, либо перемещать горелку.

Поскольку в любом случае не исключена возможность растрескивания сосуда, следует всячески избегать держать руки под сосудом при перемещении горелки. Газовую горелку нужно слегка наклонить, а спиртовую поставить на сетку и осторожно передвигать, держа сетку за уголок.

Фарфоровую посуду (выпарительные чашки, стаканы, тигли) можно нагревать на открытом пламени или на банях, а также в тигельных и муфельных печах. Реже применяют электрические плитки (для стакана). В тигельных и муфельных печах обычно нагревают тигли. Для нагревания фарфоровой чашки ее ставят либо на кольцо штатива соответствующего диаметра, либо на керамический треугольник. Кроме муфельных печей, тигли нагревают только на керамических треугольниках.

Некоторую посуду ни в коем случае нельзя нагревать, например склянки Тищенко и Вульфа, кристаллизаторы, чашки Петри и другую толстостенную стеклянную посуду. Нельзя также нагревать мерную посуду (она после нагревания теряет точность) и неградуированные цилиндры. Нельзя нагревать и фарфоровые ступки.

Термостат (рис. 29) – прибор, предназначенный для постоянного поддерживания определенной температуры. Чаще всего термостат устанавливают на температуру человеческого тела, т. е. на 37°С. В термостате выращивают на питательных средах культуры бактерий, с его помощью осуществляют ряд серологических и биохимических реакций.

Рис. 29. Термостат

Термостаты обогреваются электричеством или газом, но принцип их устройства одинаков. Термостат представляет собой камеру с двойными деревянными стенками (стенки могут быть пластмассовые или металлические). В толще наружной стенки прокладывают слой теплоизолирующего материала, плохо проводящего тепло (пробку, асбест, войлок). Между стенками термостата, в зависимости от конструкции, либо наливают воду, либо по трубкам циркулирует нагретый воздух, либо имеются спирали, по которым проходит электрический ток. Постоянство температуры в термостате и установку нового термостата на заданную температуру производят при помощи терморегулятора. Терморегулятор имеет наружный рычажок, передвигающийся вдоль делений.  Установку проверяют по показателям контрольного  термометра.

Правила работы с нагревательными приборами

1. Не нагревать неперемешанные растворы.
2. При нагревании растворов в химическом стакане в него следует опустить стеклянную палочку и время от времени перемешивать ею содержимое стакана во избежание неравномерного нагревания.
3. Нагревать легковоспламеняющиеся жидкости только на банях.
4. Не оставлять без присмотра работающие нагревательные приборы.