Átkristályosítás.
A kémiában az átkristályosítás a vegyi anyagok tisztítására használt technika. A szennyeződések és egy vegyület megfelelő oldószerben történő feloldásával vagy a kívánt vegyület vagy a szennyeződések eltávolíthatók az oldatból, a másik pedig visszamarad. Nevét a vegyület kicsapódásakor gyakran keletkező kristályokról kapta. Az átkristályosodás alternatívaként utalhat a nagyobb jégkristályok természetes növekedésére a kisebbek rovására.
A tisztítási módszer azon az elven alapul, hogy a legtöbb szilárd anyag oldhatósága a hőmérséklet növelésével nő. Ez azt jelenti, hogy a hőmérséklet növekedésével nő az oldószerben oldható oldott anyag mennyisége.
Egy tisztátalan vegyületet feloldanak (a szennyeződéseknek is oldódniuk kell az oldószerben), hogy magas hőmérsékleten nagy koncentrációjú oldatot készítsenek. Az oldatot lehűtjük. A hőmérséklet csökkentésével az oldatban lévő szennyeződések és a tisztítandó anyag oldhatósága csökken. A tisztátalan anyag ekkor előbb kristályosodik ki, mint a szennyeződések - feltételezve, hogy több volt a tisztátalan anyag, mint a szennyeződés. A tisztátalan anyag tisztább formában kristályosodik ki, mert a szennyeződések még nem kristályosodnak ki, ezért a szennyeződések az oldatban maradnak. Ekkor szűrési eljárást kell alkalmazni a tisztább kristályok leválasztására. Az eljárás megismételhető. Az oldhatósági görbék felhasználhatók az átkristályosítási eljárás eredményének előrejelzésére.
Az átkristályosítás akkor működik a legjobban, ha.
A tisztítási módszer azon az elven alapul, hogy a legtöbb szilárd anyag oldhatósága a hőmérséklet növelésével nő. Ez azt jelenti, hogy a hőmérséklet növekedésével nő az oldószerben oldható oldott anyag mennyisége.
Egy tisztátalan vegyületet feloldanak (a szennyeződéseknek is oldódniuk kell az oldószerben), hogy magas hőmérsékleten nagy koncentrációjú oldatot készítsenek. Az oldatot lehűtjük. A hőmérséklet csökkentésével az oldatban lévő szennyeződések és a tisztítandó anyag oldhatósága csökken. A tisztátalan anyag ekkor előbb kristályosodik ki, mint a szennyeződések - feltételezve, hogy több volt a tisztátalan anyag, mint a szennyeződés. A tisztátalan anyag tisztább formában kristályosodik ki, mert a szennyeződések még nem kristályosodnak ki, ezért a szennyeződések az oldatban maradnak. Ekkor szűrési eljárást kell alkalmazni a tisztább kristályok leválasztására. Az eljárás megismételhető. Az oldhatósági görbék felhasználhatók az átkristályosítási eljárás eredményének előrejelzésére.
Az átkristályosítás akkor működik a legjobban, ha.
- A szennyeződések mennyisége kicsi.
- A kívánt oldott anyag oldhatósági görbéje gyorsan emelkedik a hőmérséklettel.
Egyoldásos kristályosítás, példa magyarázatokkal.
A képen látható kristályosítás egy kb. 1 g-os régi NBS - brómszukcinimid (NBS) minta tisztítását mutatja be, amelyet a reagens üvegében narancssárga por formájában találtunk. A kristályosításhoz vizet használnak oldószerként, amely nem okoz éghetőségi problémákat, ezért forrólemezt használnak.Ha a kristályosítást gyúlékony szerves oldószerekkel kell elvégezni, gőzfürdő használata ajánlott és bizonyos helyzetekben szükséges (dietil-éter, aceton vagy alacsony forráspontú petróleuméter használata esetén). Az alábbi eljárást a folyamatra vonatkozó iránymutatásként kell használni, és néhány kulcsfontosságú különbséget a víz és a szerves oldószerek használata között egy későbbi szakaszban tárgyalunk.
ábra
a) Tisztátalan NBS hozzáadása a lombikhoz, b) Víz melegítése egy főzőlapon, c) Forró víz hozzáadása a szilárd anyaghoz, a főzőpohár tartására papírtörlő-tartót használva, d) Forró víz hozzáadása a szilárd anyaghoz (nem NBS, más rendszer), szilikonos forró kézvédő segítségével.Készítse elő a beállítást:
- A kristályosítandó tisztátalan szilárd anyagot helyezzük át egy megfelelő méretű Erlenmeyer-lombikba (2. ábra a). Ha a szilárd anyag szemcsés, akkor először porlasztjuk szét egy üveg keverőpálcával.
- Nem ajánlott a kristályosítást főzőpohárban végezni. Az Erlenmeyer-lombik szűk szája lehetővé teszi a könnyebb keverést és a folyamat során a minimálisra csökkentett párolgást, mivel az oldószergőzök ehelyett a lombik falán kondenzálódnak (a lombik oldalán "visszaáramlanak"). Az Erlenmeyer-lombik szűk szája azt is lehetővé teszi, hogy a lombikot könnyebben le lehessen fedni a hűtési szakaszban, vagy akár el is lehet zárni hosszú kristályosítások esetén. A kerek aljú lombik szintén nem ideális a kristályosításhoz, mivel a lombik alakja megnehezíti a szilárd anyag visszanyerését a folyamat végén.
- Fontos, hogy a lombik ne legyen túlságosan tele vagy túlságosan üres a kristályosítás során. Ha a lombik több mint félig tele lesz forró oldószerrel, nehéz lesz megakadályozni, hogy a lombik átforrjon. Ha a lombik 1 cm-nél kisebb magasságig tartalmaz oldószert, az oldat túl gyorsan fog lehűlni. Általában 10-50-szer annyi oldószert használunk, mint amennyi a minta, és durva iránymutatásként olyan lombikot használunk, amelynek alját a minta éppen csak vékony rétegben fedi.
- Tegyünk egy kevés oldószert egy főzőpohárba vagy Erlenmeyer-lombikba néhány forró kővel együtt a hőforrásra, és forraljuk fel gyengén. Használjon főzőpoharat, ha az oldószert kiöntjük, és Erlenmeyer-lombikot, ha az oldószert pipettázzuk. Ha az eljárás későbbi szakaszában egy forró szűrési lépést tervezünk, készítsünk elő egy gyűrűs bilincset is, amely egy tölcsért tartalmaz, benne egy bordázott szűrőpapírral (2. ábra b).
Adja hozzá a minimális mennyiségű forró oldószert.
- Amikor az oldószer forr, fogjuk meg a főzőpoharat egy forró kézvédővel (2. ábra d), pamutkesztyűvel vagy egy papírtörlő tartóval, amelyet egy papírtörlő lap hosszú téglalap alakúra való feltekerésével készítünk (2. ábra c). A hőforrás oldalára öntsünk egy kis adag forró oldószert a tisztátalan szilárd anyagot tartalmazó lombikba, hogy a lombik alját bevonja. Ha a kristályosítást kis léptékben végezzük (50 ml-es vagy kisebb Erlenmeyer-lombikot használunk), egyszerűbb lehet pipettát használni az oldószer egyes részeinek a lombikba történő átviteléhez.
- Az oldószer hozzáadása előtt nem szokás a száraz szilárd anyagot a hőforrás tetejére helyezni, különben a szilárd anyag elbomolhat. Amikor a szilárd anyag kis mennyiségű oldószerben eloszlott, akkor lehet a hőforrásra helyezni.
.
- Helyezze a tisztátalan szilárd anyagot és az oldószert tartalmazó lombikot a hőforrás tetejére. Használjunk valamilyen módszert a felütés megakadályozására (forrázó köveket, ha "forró szűrést" tervezünk, forrázópálcát), és az oldatot hozzuk enyhe forrásig (3. ábra a).
- Adagolva adjuk hozzá az oldószert (3. ábra b), kevergetve, hogy segítsük az oldódást, amíg a szilárd anyag éppen csak fel nem oldódik (3. ábra d). 100 mg-1 g vegyülethez adjunk egyszerre 0,5-2 ml adagot. Vegyük figyelembe, hogy a szilárd anyag teljes feloldódása időbe telhet, mivel az oldódásnak van egy kinetikai aspektusa. Minden egyes adagot hagyni kell teljesen felforrni, mielőtt további oldószert adnánk hozzá, és a két adagolás között is hagyni kell némi időt. A kristályosítás során a hibák fő forrása, ha nem hagyunk időt az oldódásra, és ennek következtében túl sok oldószert adunk hozzá.
Nem ritka, hogy a melegítés során folyadékcseppek láthatók (4. ábra). Ilyenkor az anyag "kiolajozódik", vagy megolvad, mielőtt feloldódna. Ha ez történik, akkor a folyadékcseppek már a kristályosítandó vegyületet jelentik, ezért folytassa az oldószer adagolását adagokban, amíg a folyadékcseppek is teljesen fel nem oldódnak. - Figyelmesen figyelje az oldatot, hogy megítélje, változik-e a szilárd darabok (vagy a folyadékcseppek) mérete a további oldószerrel: ha nem változik, akkor lehet, hogy oldhatatlan szennyeződésről van szó. A többlet oldószer hozzáadása az oldhatatlan szennyeződések feloldására tett kísérlet során negatívan befolyásolja a kinyerést. Ha oldhatatlan szilárd szennyeződések vannak jelen, az oldatot szűrni kell (ezen a ponton illesszen be egy forró szűrési lépést). A színes szennyeződéseket is el lehet távolítani ezen a ponton faszénnel.
Hagyja az oldatot lassan lehűlni.
- Amikor a szilárd anyag éppen csak feloldódott, a lombikot forró kézvédő, papírtörlő tartó vagy kesztyű segítségével vegye le a hőforrásról, és tegye félre hűlni. Távolítsa el a forrázópálcát vagy a keverőpálcát, ha a bütyök védelmére használta (a forrázó köveket később ki lehet szedni a szilárd anyagból, ha használta).
- A lassú lehűlés elősegítése érdekében helyezze a lombikot egy olyan felületre, amely nem vezeti jól a hőt, például egy összehajtogatott papírtörlőre. A hő és az oldószer megtartása érdekében fedjük le az Erlenmeyer-lombik száját egy óraüveggel (5. ábra a). Hagyjuk, hogy az oldat lassan szobahőmérsékletűvé váljon.
- Ahogy az oldat lehűl, végül szilárd kristályoknak kell kialakulniuk (5. ábra b). Ha az oldat csak meleg tapintású vagy zavaros, és nem képződtek kristályok, akkor egy üvegkeverő rúddal karcoljuk meg az üveget, és indítsuk el a kristályosodást.
- Miután a kristályosodás megkezdődött, a kristályoknak a hőmérséklet csökkenésével lassan növekedniük kell. Az ideális kristályosodás a skálától függően 5-20 percig tart, amíg teljesen kikristályosodik. A teljes kristályosodás 5 percnél rövidebb idő alatt túl gyors.
- Amikor az oldat szobahőmérsékleten van, helyezze a lombikot 10-20 percre jégfürdőbe (jég-víz szappanos vízbe), hogy a vegyület oldhatósága még jobban csökkenjen és a kristályképződés maximalizálódjon (5. ábra d). Tegyünk egy adag oldószert is a jégfürdőbe, hogy később a szívószűrés során öblítésre használhassuk.
- Szívószűréssel nyerjük ki a szilárd anyagot az elegyből.
Vegyes oldószeres kristályosítás, példa magyarázatokkal.
Az ebben a részben ábrázolt kristályosítás egy kb. 1 g-os transz-fahéjsav minta tisztítását mutatja be. A transz-fahéjsav metanolban oldódik és vízben nem oldódik, és ez a kristályosítás metanolból és vízből álló vegyes oldószerrel 74%-os kinyerést eredményez.
Feltételezzük, hogy az ezt a technikát végző kísérletező korábban már végzett vagy olvasott egyoldós kristályosításról.
- Határozzunk meg két keverhető oldószert, amelyet a kristályosításhoz használhatunk (7. ábra a): a kívánt vegyületnek az egyik oldószerben (az úgynevezett "oldható oldószerben") oldódnia kell, a másik oldószerben (az úgynevezett "oldhatatlan oldószerben") pedig nem oldódnia.
- A kristályosítandó tisztátalan szilárd anyagot tegyük át egy megfelelő méretű Erlenmeyer-lombikba (7. b ábra).
- Tegyünk a lombikba némi "oldható oldószert" (7. ábra c), adjunk hozzá egy forró pálcikát (vagy ha úgy tetszik, forró köveket), majd melegítsük fel gőzfürdőn (7. ábra d). Óvatosan használhatunk forrázólapot, ha a metanol/víz vagy etanol/víz oldószerkeverékeket használjuk.
ábra
a) A transz-fahéjsav vízben nem oldódik, metanolban oldódik, b) A szilárd anyag hozzáadása a lombikhoz, c) A metanol hozzáadása a hőforrásról levéve, d) Annyi metanol hozzáadása, hogy a szilárd anyag feloldódjon.- Adagolva adjunk még az "oldható oldószerből", amíg a szilárd anyag éppen csak feloldódik (8. a) ábra). Ügyeljen arra, hogy a két adagolás között hagyjon időt, és hagyja, hogy minden adag teljesen felforrjon, mielőtt újabbat adna hozzá.
- Adagolva adjuk hozzá az "oldhatatlan oldószert", addig melegítve, amíg az oldat éppen csak zavarossá nem válik (8. ábra c).
- Adjuk hozzá az "oldható oldószert" cseppenként, melegítés mellett, amíg az oldat ismét tisztul (8. ábra d).
ábra
a) Éppen annyi oldható oldószer (metanol) hozzáadása, hogy a szilárd anyag feloldódjon, b) Az oldhatatlan oldószer (víz) cseppenkénti hozzáadása, c) Tartós zavarosság az elegendő oldhatatlan oldószer hozzáadása után, d) Az oldható oldószer hozzáadása a tisztuláshoz.- Vegyük le a lombikot a hőforrásról, távolítsuk el a forrázópálcát, és helyezzük a lombikot egy többször összehajtogatott papírtörlőre. Fedjük le az Erlenmeyer-lombik száját egy óraüveggel, és hagyjuk, hogy az oldat lassan szobahőmérsékletűre hűljön (9. a) ábra).
- Ahogy az oldat lehűl, végül szilárd kristályoknak kell kialakulniuk (9. ábra b). Szükség esetén egy üveg keverőpálcával karcoljuk meg a lombikot, és indítsuk el a kristályosodást. Tegyük a kristályokat 10-20 percre jeges vízfürdőbe, és szívószűréssel gyűjtsük össze a szilárd anyagot.
Forró szűrés.
A forró szűrést általában egyes kristályosításoknál alkalmazzák, amikor a szilárd anyag olyan szennyeződéseket tartalmaz, amelyek a kristályosító oldószerben nem oldódnak. Szükség van rá akkor is a kristályosításban, amikor faszénnel távolítják el az erősen elszíneződött szennyeződéseket a szilárd anyagból, mivel a faszén olyan finom, hogy dekantálással nem lehet eltávolítani.
A forró szűrést úgy végzik, hogy először néhány ml oldószert átöntik egy "bordázott szűrőpapírt" tartalmazó tölcséren. A bordázott szűrőpapírnak sok bemélyedése és nagy felülete van, ami gyors szűrést tesz lehetővé. A tölcsért hagyjuk felforrósodni, miközben a szűrendő keveréket felforraljuk. A forrásban lévő keveréket ezután adagokban átöntjük a szűrőpapíron (10. ábra b és d).
A forró szűrést úgy végzik, hogy először néhány ml oldószert átöntik egy "bordázott szűrőpapírt" tartalmazó tölcséren. A bordázott szűrőpapírnak sok bemélyedése és nagy felülete van, ami gyors szűrést tesz lehetővé. A tölcsért hagyjuk felforrósodni, miközben a szűrendő keveréket felforraljuk. A forrásban lévő keveréket ezután adagokban átöntjük a szűrőpapíron (10. ábra b és d).
ábra
a) Az oldószer forrón átöntése a tölcséren (megjegyzés: ebben a helyzetben forrólemezt használunk, mivel az oldószer víz), b) Oldhatatlan szennyeződéseket tartalmazó oldat szűrése, c és d) Variációk, amikor a tölcsér tartására gyűrűs bilincs helyett papírkapcsot használunk.A szűrőtölcsér rögzítéséhez a legjobb gyűrűs bilincset használni, bár a tölcsért egyszerűen a lombik tetejére is lehet helyezni. Ha nem használunk gyűrűs bilincset, akkor ajánlott egy hajlított papírkapcsot a lombik és a tölcsér közé helyezni, hogy a folyadék lefolyása közben a kiszorított levegő távozhasson a lombik aljából (10. ábra c és d). Gyűrűs bilincs nélkül a berendezés hajlamosabb a felborulásra, ezért a gyűrűs bilincs használata lényegesen biztonságosabb.
A forró szűrő olyan oldatok szűrésére szolgál, amelyek a lehűlés során kikristályosodnak. Ezért fontos, hogy a szűrés során a tölcsért forró oldógőzökkel érintkezve melegen tartsuk, különben a szűrőpapíron vagy a tölcsér szárában idő előtt kristályok alakulhatnak ki (11. ábra).
A forró szűrő olyan oldatok szűrésére szolgál, amelyek a lehűlés során kikristályosodnak. Ezért fontos, hogy a szűrés során a tölcsért forró oldógőzökkel érintkezve melegen tartsuk, különben a szűrőpapíron vagy a tölcsér szárában idő előtt kristályok alakulhatnak ki (11. ábra).
A szűrőpapíron történő kristályosodás eltömítheti a berendezést, és hozamveszteséget okozhat (mivel a szűrőpapírt később ki kell dobni). A szárban történő kristályosodás akadályozza a szűrést, és dugóként hathat a tölcsér alján. A forró szűrés előnye, hogy a szűrőlombikban lévő forrásban lévő oldószer segít feloldani a tölcsér szárában idő előtt kialakuló kristályokat. Forró szűrés esetén ajánlatos rövid szárú tölcsért (12. a) vagy szár nélküli tölcsért (12. c) használni a hosszú szárú tölcsér (12. b) helyett, ha van ilyen, mivel a rövid vagy hiányzó szárban kevésbé valószínű, hogy az anyag kikristályosodik.
. ábra
a) Rövid szárú tölcsér, b) Hosszú szárú tölcsér (ne használja forró szűréshez), c) Szár nélküli tölcsérMivel lényeges, hogy az oldat gyorsan szűrődjön, mielőtt a tölcsérben esélye lenne lehűlni, a gravitációs szűrésnél néha használt kvadránsra hajtogatott szűrőpapír (13. a ábra) helyett általában "bordázott szűrőpapírt" (13. b és c ábra) használnak. A bordázott szűrőpapír nagyobb számú hajlítása nagyobb felületet és gyorsabb szűrést eredményez. A hajtások emellett helyet teremtenek a szűrőpapír és az üvegtölcsér között, így a kiszorított levegő könnyebben távozik a lombikból, miközben a folyadék lefolyik.
Lépésről lépésre történő eljárások.
A forró szűrést gyakran alkalmazzák kristályosítással, és ezt az eljárást az oldási lépés után, de az oldat lassú lehűlésre való félretétele előtt kell beiktatni.
Készítse elő a szűrési elrendezést
- Szerezzen be egy szár nélküli vagy rövid szárú tölcsért (14. a) ábra), és helyezze be egy gyűrűs állványhoz vagy rácsszerkezethez rögzített gyűrűs szorítóba (vagy alternatívaként szerezzen be egy hajlított papírkapcsot a 14. b) ábrán látható célra).
- A tölcsérnek megfelelő méretű szűrőpapírt fuvolázza harmonika alakúra (az utasításokat a 15. ábra, az így kapott harmonikát pedig a 14. a ábra mutatja). A tölcsérbe helyezve a papír nem lehet rövidebb, mint a tölcsér teteje, különben az oldat kiöntéskor kicsúszhat a szűrőpapír mellett.
.
- A kristályosításhoz megfelelő méretű tiszta Erlenmeyer-lombikot a tölcsér alá és a hőforrásra állítva öntsünk néhány ml forró oldószert a tölcsérbe (14. ábra d).
a) Ha gyűrűs szorítót használunk, állítsuk be a szorítót úgy, hogy az Erlenmeyer-tölcsér szája és a tölcsér alja között egy kis rés legyen: ez lehetővé teszi a levegő kiszorítását, amikor a folyadék a lombikba áramlik. Ha a rés túl nagy, a forró gőzök a tölcsér felmelegítése nélkül távoznak.
b) Ha nem használunk gyűrűs szorítót, helyezzünk egy hajlított gemkapcsot a lombik és a tölcsér közé (14. ábra b). - Hagyja, hogy az oldószer felforrjon, és az egész elrendezés felforrósodjon. Ha szenet használ, akkor ezt az eljárást most illessze be.
ábra
a) Forró szűrés, b) Forró lombik tartása papírtörlő-tartóval, c) A túl széles papírtörlő-tartót nedvesítő folyadék.Szűrje az oldatot adagokban.
- Amikor a szűrőlombik már egészen forró, és a szűrni kívánt oldat forr, a forró keveréket adagokban öntsük a szűrőtölcsérbe. Öntés közben érintse a lombikot a tölcsérben lévő szűrőpapírhoz (16. a ábra).
- Biztonsági megjegyzés: a lombik nagyon forró lehet, és a forró gőzök leforrázhatják a kezét, amikor önti (öntse oldalra, hogy a keze ne legyen a tölcsér felett). Ha a lombik túl forró ahhoz, hogy a kezünkkel tartsuk, használjunk "papírtörlő-tartót" a lombik tartásához (16. ábra a):
a) Hajtsa össze többször a papírtörlő egy részét úgy, hogy az így kapott csík nagyjából egy hüvelyk széles legyen. Ha szükséges, rögzítse a csíkot néhány darab ragasztószalaggal.
b) A lombik tartásakor a papírtörlő-tartónak a lombik széle alatt kell lennie. Így a folyadék nem fog a papírtörlő felé folyni, amikor kiöntjük (a 16. a) ábrán a törülköző száraz marad, a 16. c) ábrán a túl széles törülközővel viszont nedves marad).
- Amikor nem öntjük a szűrendő keveréket, a lombikot tegyük vissza a hőforráshoz (17. a) ábra).
- Amikor a keveréket teljesen leszűrtük, tegyük az üres lombikot a munkaasztal lapjára (biztonsági megjegyzés: ne melegítsünk üres lombikot, mert megrepedhet). Ellenőrizzük a tölcsért: ha a szűrőpapíron kristályokat látunk (mint a 17. b. ábrán), öblítsük át néhány ml forró oldószerrel, hogy feloldódjanak. A 17. c. ábrán nincs szükség öblítésre.
- Vizsgáljuk meg a szűrletet (a szűrőpapíron áthaladt folyadékot). Ha szenet használtunk, és a szűrlet szürke, vagy finom fekete részecskéket látunk, akkor a szén vagy egy lyukon keresztül jutott át a szűrőpapíron, vagy a szűrőszemek nem megfelelő méretét használtuk. Ha az osztálytársak oldatában nincs szürke, akkor valószínűleg lyuk volt. Ismételjük meg a forró szűrési lépést új szűrőpapírral és lombikkal.
Last edited by a moderator:
