Химические устройства: воронка Бюхнера

Эрнст Бюхнер в фойе виллы Бюхнера в Пфунгштадте, автопортрет 1902 года

Изобретение воронки Бюхнера сыграло важную роль в истории химии. Очень простая по строению, но эффективная в применении, она стала первой в своём роде и чрезвычайно упростила фильтрацию под вакуумом. В нашем материале мы рассмотрим историю создания воронки Бюхнера, её конструкцию, принцип работы и значение в химических исследованиях.

Соврременная воронка Бюхнера

История создания

Немецкий химик Эрнст Бюхнер (1850-1924, не путать с биохимиком Эдуардом Бухнером, нобелевским лауреатом), выросший в семье химика-промышленника Вильгельма Бюхнера, внесшего большой вклад в развитие химической промышленности в Германии, стал известен благодаря своим исследованиям и вкладу в область органической химии. Он долгое время искал способы улучшения лабораторных методов фильтрации и в 1888 году изобрёл и запатентовал новое оборудование, предназначенное для фильтрования под вакуумом: колбу и воронку, носящие его имя по сей день.

Эрнст Бюхнер с отцом Вильгельмом

До изобретения этого устройства нового поколения фильтрация в лабораториях осуществлялась следующими методами:

Гравитационная фильтрация, при которой жидкость под действием силы тяжести проходит через размещённый в обычной стеклянной воронке фильтрующий материал (бумагу или ткань). Главным недостатком этого процесса является низкая скорость фильтрации.

Установка для гравитационного фильтрования

Фильтр-прессы с тканевыми фильтрами, через которые под давлением прокачивалась жидкость. Этот метод был чуть эффективнее, чем гравитационная фильтрация.
Декантация – метод, при котором сначала смесь отстаивают, пока твёрдые частицы не осядут на дно, а потом аккуратно сливают жидкость из сосуда, оставляя осадок на дне ёмкости.

Но эти методы занимали огромное количество времени и были неэффективными при работе с вязкими жидкостями и мелкодисперсными суспензиями. И ответом на необходимость ускорить процесс фильтрации и сделать его более эффективным и оказалось изобретение Бюхнером его системы вакуумной фильтрации.

Конструкция и принцип работы

Воронка Бюхнера обычно изготавливается из фарфора или пластика, реже из стекла. Она состоит из двух основных частей: широкой цилиндрической части и перфорированной пластины, расположенной на дне цилиндра. Конструкция позволяет использовать фильтровальную бумагу или другие фильтрующие материалы.

Для работы с воронкой Бюхнера используется также колба Бюхнера (вакуумная колба) и источник вакуума, который подключается к колбе.

Схема установки для вакуумного фильтрования с воронкой Бюхнера

Вот как происходит этот процесс:

Подготовка: На перфорированную пластинку воронки кладётся фильтровальная бумага, соответствующая диаметру воронки.
Соединение с вакуумом: Воронка устанавливается на горлышко колбы Бюхнера, и соединение герметизируется с помощью резиновой пробки или специального адаптера.
Создание вакуума: Вакуумный насос подключается к боковому отводу колбы, создавая пониженное давление.
Фильтрация: Раствор, который необходимо профильтровать, наливается в воронку. Вакуум, создаваемый в колбе, способствует быстрому прохождению жидкости через фильтровальную бумагу, твёрдые частицы остаются при этом на её поверхности.

Воронка Бюхнера, разработанная Эрнстом Бюхнером, оказала значительное влияние на методы лабораторной фильтрации. Она продолжает оставаться важным инструментом в современных химических лабораториях благодаря своей эффективности, простоте использования и универсальности. Этот изобретение является ярким примером того, как простые, но продуманные решения могут существенно улучшать научные методы и практики.

Текст: Вера Воинова