Bevezetés
Egyes vegyületek képesek szublimálódni, ami a szilárdból gázzá történő közvetlen fázisátalakulást jelenti. A szilárd szén-dioxid példa olyan anyagra, amely légköri nyomáson könnyen szublimálódik, mivel egy darab szárazjég nem olvad el, hanem látszólag "eltűnik", mivel közvetlenül szén-dioxid gázzá alakul. A szublimáció a forrással analóg folyamat, mivel akkor következik be, amikor a vegyület gőznyomása megegyezik az alkalmazott nyomással (gyakran a légköri nyomással). A különbség az, hogy a szublimáció a szilárd anyag gőznyomását érinti, nem pedig a folyadékét. A legtöbb szilárd anyagnak nincs számottevő gőznyomása könnyen elérhető hőmérsékleten, és emiatt a szublimáció képessége nem gyakori. A szublimációra képes vegyületek általában olyanok, amelyek szilárd állapotban gyenge intermolekuláris erőkkel rendelkeznek. Ezek közé tartoznak a szimmetrikus vagy gömb alakú szerkezetű vegyületek. A szublimálható vegyületek példáit az alábbiakban mutatjuk be: DMT; magnézium-4-hidroxibutirát; TMA és így tovább.
Ezt a módszert anyagok tisztítására használják. Ezen eljárások előnyei közé tartoznak: viszonylag magas egyensúlyi elválasztási együttható; a lehetőség, hogy gázkeverékek használata esetén kizárható az oldószerek elpárolgása (szemben az abszorpcióval és a rektifikációval); alacsonyabb üzemi hőmérséklet, mint desztilláció során; a bevonási folyamat könnyű ellenőrizhetősége; a céltermékek azonnali kereskedelmi formában történő előállításának lehetősége (diszpergált részecskék, egykristályok, szilárd filmek), nagy tisztaságú anyagok, nem fúziós komponensek kompozíciói (nem fémekből származó whiskerek fémes mátrixban), fémek vékony és ultrafinom porai, azok oxidjai.
Ezt a módszert anyagok tisztítására használják. Ezen eljárások előnyei közé tartoznak: viszonylag magas egyensúlyi elválasztási együttható; a lehetőség, hogy gázkeverékek használata esetén kizárható az oldószerek elpárolgása (szemben az abszorpcióval és a rektifikációval); alacsonyabb üzemi hőmérséklet, mint desztilláció során; a bevonási folyamat könnyű ellenőrizhetősége; a céltermékek azonnali kereskedelmi formában történő előállításának lehetősége (diszpergált részecskék, egykristályok, szilárd filmek), nagy tisztaságú anyagok, nem fúziós komponensek kompozíciói (nem fémekből származó whiskerek fémes mátrixban), fémek vékony és ultrafinom porai, azok oxidjai.
Vákuumos szublimálással szublimálható vegyületek
Mivel viszonylag kevés szilárd anyag szublimálható, az eljárás kiváló tisztítási módszer lehet, ha egy illékony szilárd anyag nem illékony szennyeződésekkel szennyezett. A tisztátalan szilárd anyagot egy edény alján, egy hideg felület, az úgynevezett "hideg ujj" (1. ábra) közvetlen közelében melegítik fel. Ahogy az illékony szilárd anyag szublimál, az a hideg ujj felületén lerakódik (ahol később visszanyerhető), és így elválik az edényben maradt nem illékony anyagtól. Az eljárás azonban nem különösebben hatékony az illékony szilárd anyagok egymástól való elválasztásában.
A szobahőmérsékleten számottevő gőznyomással rendelkező szilárd anyagok közül soknak még mindig meglehetősen magas hőmérsékletre van szüksége ahhoz, hogy aktívan szublimáljon (amikor a gőznyomásuk megegyezik a közel 760 mm Hg légköri nyomással). Ha ezeket a szilárd anyagokat légköri nyomáson szublimációs pontjukig hevítjük, néhányuk elszenesedik és elbomlik a folyamat során. Ezért nagyon gyakori, hogy a szublimációt csökkentett nyomáson (vákuumszublimáció) végzik. A vákuumdesztillációhoz hasonlóan, amikor a folyadék akkor forr, amikor a gőznyomása megegyezik a készülékben uralkodó csökkentett nyomással, a vákuumszublimáció során a szilárd anyag akkor szublimál, amikor a gőznyomása megegyezik a készülékben uralkodó csökkentett nyomással. A vákuumdesztillációban a nyomás csökkentése lehetővé teszi, hogy a folyadékok alacsonyabb hőmérsékleten forrjanak. Hasonlóképpen, a nyomás csökkentése a vákuumszublimációban lehetővé teszi, hogy a szilárd anyagok alacsonyabb hőmérsékleten szublimáljanak, ami elkerüli a bomlást.
Lépésről lépésre történő szublimációs eljárások
Atmoszférikus nyomáson
Az ebben a szakaszban bemutatott szublimáció 0,29 g ferrocén tisztítását mutatja, amely hosszú tűkben nőtt a Petri-csészék alján és tetején (90%-os visszanyerés).1. A szublimálandó nyers, száraz szilárd anyagot vékony rétegben terítsük az "alsó" Petri-csészére (2. a) ábra). Ha darabos, akkor először mozsárral és mozsártörővel törjük össze. Határozzuk meg a felső Petri-csésze üres tömegét. Fontos, hogy a tisztítandó szilárd anyag száraz legyen: ha a minta oldószertől nedves, a szublimálás során kondenzáció képződhet a felső Petri-csészén. A szublimáció kezdeti szakaszában kis mennyiségű kondenzátumot papírtörlővel le lehet törölni a felső Petri-csészéről. A túl sok kondenzáció azonban lemossa a kristályokat a felső tálról.
2 . Fedjük le az alsó Petri-edényt a felső edénnyel, és helyezzük egy drótháló tetejére, a megfelelő hőmérsékletre (a vizsgált vegyület szublimációs pontjától függően, talán közepesen alacsony) állított melegítőlapra a füstelszívóban (2. ábra b). A drótháló segít egyenletesen elvezetni a hőt az edénybe, és minimalizálja a szenesedést.
3 . Helyezzünk egy nagy, 600 ml-es, jeges vízzel töltött főzőpoharat a Petri-csésze tetejére (2. ábra c).
2 . Fedjük le az alsó Petri-edényt a felső edénnyel, és helyezzük egy drótháló tetejére, a megfelelő hőmérsékletre (a vizsgált vegyület szublimációs pontjától függően, talán közepesen alacsony) állított melegítőlapra a füstelszívóban (2. ábra b). A drótháló segít egyenletesen elvezetni a hőt az edénybe, és minimalizálja a szenesedést.
3 . Helyezzünk egy nagy, 600 ml-es, jeges vízzel töltött főzőpoharat a Petri-csésze tetejére (2. ábra c).
.
4. Idővel a minta szublimálódik és összegyűlik a felső Petri-csészén (3. ábra). Figyelje a szublimációt, mivel a vegyületek a folyamat során elszenesedhetnek (ha elkezd feketedni, csökkentse a hőfokot). Folytassa a szublimációt, amíg úgy tűnik, hogy az alsó Petri-csészén kevés (vagy egyáltalán nem) szilárd anyag marad. Nagyon gyakori, hogy az alsó edény oldala mentén is kristályok képződnek.
5. Óvatosan vegye le a Petri-csészéket a forró lemezről pamutkesztyű (4. ábra a) vagy szilikonos forró kézvédő segítségével. Az edények lökdösődése miatt a felső Petri-csészéből szublimált kristályok hullanak ki.
Biztonsági megjegyzés: Hagyja a két edényt épségben kihűlni a füstelvezetőben egy kerámiacsempén (4. ábra b). Ne vegye ki azonnal a felső Petri-csészét, különben mérgező gőzök szabadulhatnak ki.
6. A felső Petri-csészében lévő kristályok megtisztultak, és meg kell tartani őket (és meg kell határozni a tömegüket). Néha az alsó tálon lévő anyag is megőrizhető, ha kristályosnak tűnik (ami azt jelzi, hogy szublimációs folyamaton ment keresztül), és nem tűnik szénnel szennyezettnek (4. ábra c).
5. Óvatosan vegye le a Petri-csészéket a forró lemezről pamutkesztyű (4. ábra a) vagy szilikonos forró kézvédő segítségével. Az edények lökdösődése miatt a felső Petri-csészéből szublimált kristályok hullanak ki.
Biztonsági megjegyzés: Hagyja a két edényt épségben kihűlni a füstelvezetőben egy kerámiacsempén (4. ábra b). Ne vegye ki azonnal a felső Petri-csészét, különben mérgező gőzök szabadulhatnak ki.
6. A felső Petri-csészében lévő kristályok megtisztultak, és meg kell tartani őket (és meg kell határozni a tömegüket). Néha az alsó tálon lévő anyag is megőrizhető, ha kristályosnak tűnik (ami azt jelzi, hogy szublimációs folyamaton ment keresztül), és nem tűnik szénnel szennyezettnek (4. ábra c).
Csökkentett nyomáson (vákuumszublimáció)
A szublimáció ebben a részben a kámfor tisztítását mutatja két mérlegen 2,28 g (nagyméretű, 77%-os visszanyerés), és nagyjából 0,2 g (kisméretű).
1. Ha a szublimálandó szilárd anyag darabos, először mozsárban és mozsárban törjük össze (5. ábra a). Ezután helyezze a nyers, száraz szilárd anyagot a szublimáló készülék aljára (5. ábra b). Fontos, hogy a szilárd anyag száraz legyen: ha a minta oldószertől nedves, a hideg ujjon a szublimáció során kondenzáció képződhet. Atúl sok kondenzáció kristályokat moshat le a hideg ujjról.
2. Rögzítse a készüléket egy gyűrűs állványra vagy rácsra (5. ábra c és d). Kis méretek esetén támassza meg a készüléket egy emelvénnyel (5. ábra d). Egy nagyméretű szublimátor az 5. c ábrán látható.
3. Enyhén kenje be a két szublimációs üvegkészüléket összekötő kötést. A zsiradék könnyen felhordható egy zsiradékkal teli fecskendővel. Ha őrölt üveget használ, enyhén zsírozza meg az illesztést annak a végének közelében, amely nem érintkezik a mintával (5. ábra d).
4. Helyezze be a szublimációs készülék felső darabját (hideg ujj), és csavarja össze a két üvegedényt, hogy a zsiradékot szétterítse az illesztésben. Ha őrölt üveget használunk, a zsiradéknak a kötés alsó felét körös-körül átlátszóvá kell tennie (6. ábra a). Ha az egész fuga átlátszóvá válik, akkor túl sok zsírt használtunk, és egy részét le kell törölni.
5. Használjon vastag falú gumicsövet (a 6. a) ábrán átlátszó tömlő) a készülék vákuumforráshoz (vákuumvezeték vagy vízszívó) való csatlakoztatásához. Alkalmazza a vákuumot. A berendezésnek nem szabad sziszegnie, különben szivárgás van a rendszerben.
6. Készítse elő a hideg ujjat.
5. Használjon vastag falú gumicsövet (a 6. a) ábrán átlátszó tömlő) a készülék vákuumforráshoz (vákuumvezeték vagy vízszívó) való csatlakoztatásához. Alkalmazza a vákuumot. A berendezésnek nem szabad sziszegnie, különben szivárgás van a rendszerben.
6. Készítse elő a hideg ujjat.
a) Ha a hidegujj rendelkezik kondenzátorral, csatlakoztassa a víztömlőket úgy, hogy az alsó kar a vízcsaphoz csatlakozik, a felső kar pedig a mosogatóba folyik (barnásbarna tömlők a 6. a) ábrán). Kezdje el a víz keringtetését a kondenzátoron keresztül.
b) Ha a hideg ujj egy üres cső, töltse meg a hideg ujjat csordultig jéggel, majd öntsön bele annyi vizet, hogy az ujj körülbelül háromnegyedig megteljen (6. ábra b). Bizonyos esetekben a hideg ujjat szárazjéggel és acetonnal is meg lehet tölteni.
c) Megfelelő technika, ha az ujj hűtése előtt vákuumot alkalmazunk, hogy megakadályozzuk a vízkondenzáció kialakulását, amely kristályokat moshat le a hideg ujjról.
7. Hőpisztollyal (6. ábra c) vagy Bunsen-égővel melegítsük fel a szilárd anyagot, lassan, előre-hátra mozgással és alacsony hőfokon kezdjük. Nem ajánlott homokfürdőt vagy fűtőköpenyt használni a szublimáláshoz, mivel a fűtés gyakran túl lassú, és csak a készülék aljára tudja irányítani a hőt, az oldalaira nem. Ha a szublimáció néhány percen belül nem indul meg, növelje a fűtési sebességet.
8. Rövid idő alatt szilárd anyagnak kell elkezdenie lerakódnia a hideg ujjon. Kétségtelen, hogy az üvegedények külső oldalain is lerakódik (6. ábra d). Aszilárd anyagot az üvegedények külsejéről a hideg ujj felé lehet csalogatni, ha a hőlégfúvóval vagy az égővel időnként az üveg oldalán végighintünk.
8. Rövid idő alatt szilárd anyagnak kell elkezdenie lerakódnia a hideg ujjon. Kétségtelen, hogy az üvegedények külső oldalain is lerakódik (6. ábra d). Aszilárd anyagot az üvegedények külsejéről a hideg ujj felé lehet csalogatni, ha a hőlégfúvóval vagy az égővel időnként az üveg oldalán végighintünk.
9. Folytassa a szublimációt, amíg az összes illékony anyag át nem kerül az üvegedény alsó darabjából a hideg ujjra (7. ábra). Ha a vegyület sötétedni kezd, csökkentse a fűtés sebességét a bomlás megakadályozása érdekében.
10. Távolítsa el a hűtőközeget a hideg ujjból.
10. Távolítsa el a hűtőközeget a hideg ujjból.
a) Ha kondenzátort használtunk, kapcsoljuk ki a keringtetett vizet, és távolítsuk el a víztömlőket a készülékből (óvatosan, anélkül, hogy nagy rendetlenséget csinálnánk).
b) Ha jeges vizes hűtőfolyadékot használtunk, lehetőség szerint kanalazzuk ki a jeget, és pipettával (vagy nagyméretű mérlegek esetén pulykafogóval, 7. ábra a) távolítsuk el a vizet.
11. Hagyja, hogy a rendszer szobahőmérsékletűvé váljon.
12. Óvatosan állítsuk vissza a levegő nyomását a készülékbe (7. b) ábra), figyelembe véve, hogy a rendszer hirtelen kinyitása a levegő erőszakos belépését okozza a készülékbe, és valószínűleg a kristályok kioldódását okozza a hideg ujjból.
13. Állítsuk vissza a levegő nyomását a készülékbe (7. b) ábra). Óvatosan vegyük ki a kiürített hideg ujjat a készülékből, és kaparjuk le a szublimált kristályokat egy óralapra (7. ábra c). Alternatív megoldásként öblítsük ki a kristályokat a hideg ujjból oldószerrel egy tölcséren keresztül egy kerek aljú lombikba (7. ábra d), hogy később az oldószert rotációs elpárologtatóval távolítsuk el.
13. Állítsuk vissza a levegő nyomását a készülékbe (7. b) ábra). Óvatosan vegyük ki a kiürített hideg ujjat a készülékből, és kaparjuk le a szublimált kristályokat egy óralapra (7. ábra c). Alternatív megoldásként öblítsük ki a kristályokat a hideg ujjból oldószerrel egy tölcséren keresztül egy kerek aljú lombikba (7. ábra d), hogy később az oldószert rotációs elpárologtatóval távolítsuk el.
Last edited by a moderator: