Zahřívání

Zahřívání patří mezi základní operace používané v chemických laboratořích. Obvyklým zdrojem tepla pro práce za vyšší teploty je plynový kahan. Je to jednoduché zařízení sloužící k vytváření směsi vzduchu a ply­nu, která se spaluje a tvoří na konci mísící trubky plamen. Nejběžnějším typem kaha­nu je kahan Bunsenův a kahan Tecluho, v některých speciálních případech se používá též kahanu Mékerova.

 

Bunsenův kahan

Hlavní součástí je mísící trubice opatřená v dolní části dvěma nebo třemi kruhovými otvory. Na její vnější straně je v těchto místech navlečena otáčivá prstencová objímka, jejíž otáčením lze regulovat přístup vzduchu nasávaného plynem proudícím z plynové trysky. Průměr plynové trysky, mísící trubice a vzduchových otvorů je volen tak, aby se plyn mohl smísit asi s 60 % vzduchu. Směs vzduchu a plynu zapálená na konci mísící trubice hoří pak klidným, nesvítivým plamenem, při čemž nad ústím mísící trubky lze pozo­rovat vnitřní nazelenalý redukční kužel, který se odlišuje od vnějšího namodralého nesvítivého obalu. Vnitřní kužel obsahuje směs nespáleného plynu a primárního vzduchu. Tato směs se spaluje částečně na povrchu vnitřního redukčního kuželu a spalování se dokončuje ve vnějším obalu sekundárním vzduchem, který jednak do něho difunduje, jednak proudí kolem něho. Vlivem neúplného spalování je v redukční oblasti plamene pochopitelně nižší teplota. Rozměry vnitřního kužele i vnějšího obalu plamene se zmenšují s rostoucím množstvím primárního vzduchu a naopak. Uzavřeme-li otočením objímky vzduchové otvory, přestane se plyn mísit s primárním vzduchem a plamen se stane svítivým.

Svítivý plamen má tři pásma: vnitřní tmavé, střední svítivé a vnější nesvítivé. Vnitřní jádro je studené, neboť je v něm ještě nespálený plyn. Ve středním, svíti­vém pásmu se plyn spaluje okolním vzduchem, který do něho proniká difúzí. Vyvinutým teplem se uhlovodíky plynu rozkládají a jemné částečky uhlíku se rozpalují a svítí. Ve vnějším, nesvítivém obalu se spalování plynu i uhlíku dokončuje vnějším vzduchem. Jelikož se plyn spaluje jen při styku s okolním vzduchem, zaujímá svítivý plamen větší objem než plamen nesvítivý.

Rozvrstvení teplot v nesvítivém plameni kahanů je patrno z obrázku: a) Mékerův kahan, b) Bunsenův kahan.

 

Tecluho kahan

Tento kahan je zlepšenou konstrukcí ka­hanu Bunsenova; má vlastní regulaci pro přívod plynu a umožňuje také spalování směsi s větším obsahem vzduchu. Přívod plynu se reguluje šroubem umístěným proti přívodní plynové trubici. Přívod vzduchu se ovládá šroubovým kotoučem, který se pohybuje po závitech vyříznutých na vnější straně trysky. Vhodnou regulací množství připouštěného vzduchu a plynu lze tedy u Tecluho kahanu dobře regulovat velikost plamene, jeho teplotu i tvar a velikost vnitřního re­dukčního kužele. S rostoucím množstvím přiváděného vzduchu se plamen stává zmen­šením svého objemu výhřevnějším a vnitřní redukční kužel se stále více zkracuje, takže při přílišném přívodu vzduchu převýší již jeho obsah ve spalované směsi pří­slušný poměr a plamen může vyšlehnout do mísící trubice a hořet přímo v otvoru trysky. Kahan při tom vydává charakteristický zvuk a jeho plamen se obvykle zbarví zeleně od rozpálených mosazných součástí (měď barví plamen zeleně). Jakmile kahan začne ,,hořet uvnitř", musíme uzavřít přívod plynu, přivřít přívod vzduchu a kahan znovu zapálit.

 

Mékerův kahan

 

Čím více vzduchu do plynu přimísíme, tím méně ho bude přirozeně zapotřebí pro dodatečné spalování na vnějším povrchu. Plamen pak bude méně objemný a produkce tepla koncentrovanější. Tyto podmínky splňuje vhodná konstrukce kaha­nu Mékerova. Mísící trubice u tohoto kahanu je u horního konce rozšířena a do jejího ústí je nasazen klobouček s mřížkovým roštem. Regulace přívodu vzduchu je obdobná jako u Bunsenova kahanu jen vzduchových otvorů je více. Poměr vzduchu a plynu ve směsi spalované v Mékerově hořáku je 5 : 1 a zpětnému šlehnutí plamene do mísící trubice zabraňuje při tomto velkém mísícím poměru mřížkový rošt, který rozloží vnitřní kužel plamene, takže se netvoří velký chladný redukční prostor. Objem plamene se zmenší a dosáhne se vyšší a stejnoměrnější teploty.

 

Elektrický ohřev

K bezpečnému zahřívání hořlavých a snadno vznětlivých látek se v laboratoři používá elektrického ohřevu ať už s použitím klasického elektrického vařiče, nebo různě modifikovaných topných lázní. Jistou nevýhodou může být velká tepelná kapacita elektrických topných těles, která znemožňuje rychlou re­gulaci topení a způsobuje, že rozehřívání a chladnutí je zdlouhavé.

 

Topné lázně

Vodní lázeň slouží k ohřívání látek až k bodu varu vody, tj. do 100ºC. Nejjednodušší vodní lázní je nádoba naplněná vodou vyhřívaná elektrickou spirálou. Často jsou využívány také kovové bloky s otvory pro zkumavky nebo jiné laboratorní nádoby, teplota těchto zařízení je regulována termostatem. Ve speciálních případech se používá písková lázeň, vytápění se řeší elektricky.

 

Jaroslava Vávrová

.