Sublimacijos būdai

[G.Patton]

Įvadas

Kai kurie junginiai gali sublimuotis, t. y. tiesiogiai keisti fazę iš kietosios medžiagos į dujas. Kietasis anglies dioksidas yra medžiagos, kuri lengvai sublimuojasi esant atmosferos slėgiui, pavyzdys, nes sauso ledo gabalėlis neištirps, o tarsi "išnyks", nes tiesiogiai virs anglies dioksido dujomis. Sublimacija yra analogiškas virimo procesas, nes jis vyksta, kai junginio garų slėgis yra lygus jo slėgiui (dažniausiai atmosferos slėgiui). Skirtumas tas, kad sublimacija vyksta ne skysčio, o kietojo kūno garų slėgiui veikiant. Daugumos kietųjų medžiagų garų slėgis lengvai pasiekiamoje temperatūroje yra nežymus, todėl sublimacija yra neįprasta. Junginiai, galintys sublimuotis, paprastai yra tie, kurių tarpmolekulinės jėgos kietoje būsenoje yra silpnos. Prie tokių priskiriami simetriškos arba sferinės struktūros junginiai. Toliau pateikiami sublimuoti galinčių junginių pavyzdžiai: DMT; magnio 4-hidroksibutiratas; TMA ir t. t.

Šis metodas naudojamas medžiagoms gryninti. Šių procesų privalumai yra šie: santykinai aukštas pusiausvyros atskyrimo koeficientas; galimybė, naudojant dujų mišinius, pašalinti tirpiklių garavimą (skirtingai nuo absorbcijos ir rektifikacijos); žemesnė darbinė temperatūra nei distiliuojant; lengva kontroliuoti dengimo procesą; galimybė iš karto gauti komercinės formos tikslinius produktus (dispersines daleles, monokristalus, kietąsias plėveles), didelio grynumo medžiagas, nesusiliejančių komponentų kompozicijas (nemetalų ūselius metalinėje matricoje), plonus ir labai plonus metalų, jų oksidų miltelius.

Junginiai, kuriuos galima sublimuoti vakuuminiu būdu

Kadangi sublimuoti gali palyginti nedaug kietųjų medžiagų, šis procesas gali būti puikus valymo metodas, kai laki kietoji medžiaga užteršta nelakiomis priemaišomis. Nešvari kietoji medžiaga kaitinama indo dugne netoli šalto paviršiaus, vadinamo "šaltuoju pirštu" (1 pav.). Kai lakioji kietoji medžiaga sublimuojasi, ji nusėda ant šaltojo piršto paviršiaus (kur vėliau gali būti išgauta) ir taip atskiriama nuo inde likusios nelakios medžiagos. Tačiau šis procesas nėra itin veiksmingas atskiriant lakiąsias kietąsias medžiagas vieną nuo kitos.

Spoileris: 1 pav.

Iš kietųjų medžiagų, kurių garų slėgis kambario temperatūroje yra pastebimas, daugeliui vis dar reikia gana aukštos temperatūros, kad aktyviai sublimuotųsi (kai jų garų slėgis prilygsta atmosferos slėgiui - beveik 760 mm Hg). Jei šios kietosios medžiagos kaitinamos iki jų sublimacijos taškų esant atmosferos slėgiui, kai kurios iš jų proceso metu suanglėja ir suyra. Dėl šios priežasties labai dažnai sublimavimas atliekamas esant sumažintam slėgiui (vakuuminis sublimavimas). Analogiškai vakuuminei distiliacijai, kai skystis užverda, kai jo garų slėgis yra lygus sumažintam slėgiui aparate, vakuuminės sublimacijos metu kietoji medžiaga sublimuojasi, kai jos garų slėgis yra lygus sumažintam slėgiui aparate. Vakuuminės distiliacijos metu sumažinus slėgį skysčiai užverda žemesnėje temperatūroje. Panašiai sumažinus slėgį vakuuminės sublimacijos metu kietosios medžiagos sublimuojasi žemesnėje temperatūroje, kurioje išvengiama skilimo.

Žingsnis po žingsnio sublimacijos procedūros

Esant atmosferos slėgiui

Šiame skirsnyje parodyta sublimacija rodo 0,29 g feroceno, kuris Petri lėkštelių dugne ir viršuje išaugo ilgomis adatėlėmis, išgryninimą (90 % regeneracija).

Spoileris:

2 pav.

a) Ferrocenas prieš sublimavimą, b) mėginys su viršutine Petri lėkštele ir ant vielos tinklelio ant karštos plokštės, c) Petri lėkštelės su šalta stikline

1. Neapdorotą, sausą kietąją medžiagą, kuri bus sublimuojama, plonu sluoksniu paskleiskite ant "apatinės" Petri lėkštelės (2 pav., a). Jei stambus gabalas, pirmiausia sutrinkite skiedikliu ir grūstuvu. Nustatykite tuščią viršutinio Petri lėkštelės lėkštelės masę. Svarbu, kad grynintina kietoji medžiaga būtų sausa: jei mėginys bus drėgnas su tirpikliu, sublimacijos metu ant viršutinės Petri lėkštelės gali susidaryti kondensatas. Pradiniame sublimacijos etape nedidelį kondensato kiekį nuo viršutinės Petri lėkštelės galima nuvalyti popieriniu rankšluosčiu. Tačiau per didelis kondensato kiekis gali nuplauti kristalus nuo viršutinės lėkštelės.

2 . Uždenkite apatinį Petri indelį viršutiniu indeliu ir pastatykite ant vielinio tinklelio ant kaitvietės garų gaubte (2 pav., b), įkaitintoje iki atitinkamos temperatūros (priklausomai nuo dominančio junginio sublimacijos temperatūros, galbūt vidutinės žemos). Vielos tinklelis padeda tolygiai išsklaidyti šilumą į lėkštę ir sumažina apanglėjimą.

3 . Ant Petri lėkštelės pastatykite didelę 600 ml stiklinę, pripildytą ledinio vandens (2 c pav.).

Spoileris: 3 pav. 3 pav. Ferroceno sublimacija iš apatinio Petri lėkštelės indo į viršutinį Petri lėkštelę

4. Laikui bėgant mėginys sublimuojasi ir kaupiasi ant viršutinės Petri lėkštelės (3 pav.). Stebėkite sublimavimą, nes proceso metu junginiai gali sudegti (jei pradeda juoduoti, sumažinkite kaitinimą). Toliau tęskite sublimavimą, kol apatinėje Petri lėkštelėje liks mažai (arba visai neliks) kietosios medžiagos. Labai įprasta, kad kristalai auga ir palei dugno lėkštelės šonus.

5. Švelniai nuimkite Petri lėkšteles nuo kaitvietės naudodami medvilnines pirštines (4 pav., a) arba silikoninę karštų rankų apsaugą. Stumdant lėkšteles, iš viršutinės Petri lėkštelės iškris sublimuoti kristalai.

Saugos pastaba: leiskite abiem lėkštelėms atvėsti nepažeistoms ant keraminės plytelės garų gaubte (4 pav., b). Neišimkite viršutinio Petri lėkštelės indelio iš karto, nes gali išsiskirti kenksmingi garai.

6. Viršutinėje Petri lėkštelėje esantys kristalai yra išgryninti, todėl juos reikėtų pasilikti (ir nustatyti jų masę). Kartais galima išsaugoti ir apatinėje lėkštelėje esančią medžiagą, jei ji atrodo kristalinė (tai reiškia, kad joje vyko sublimacijos procesas) ir ji neatrodo užteršta anglimi (4 c pav.).

Spoileris: 4 pav.

a) Sublimacijos aparato nuėmimas nuo kaitlentės, b) aušinimas ant keraminės plytelės, c) Atskirti Petri indeliai: apatinis indelis (kairėje), viršutinis indelis (dešinėje).

Esant sumažintam slėgiui (vakuuminė sublimacija)

Šioje dalyje sublimacija rodo kamparo išgryninimą dviem mastais: 2,28 g (didelis mastas, 77 % išgryninimas) ir maždaug 0,2 g (mažas mastas).

Spoileris

:

5 pav.

a) Kamforas sumaltas skiedinyje, b) Kamforo įpylimas į mažos skalės sublimatorių, c) didelės skalės sublimatorius su kamforu dugne, d) sumalto stiklo sandūros sutepimas

1. Jei sublimuojama kietoji medžiaga yra stambi, pirmiausia ją sutrinkite skiedikliu ir trintuvu (5 pav., a). Tada į sublimavimo aparato dugną įdėkite rupią, sausą kietąją medžiagą (5 pav., b). Svarbu, kad kietoji medžiaga būtų sausa: jei mėginys bus drėgnas nuo tirpiklio, sublimacijos metu ant šalto piršto gali susidaryti kondensatas. Per didelė kondensacija gali nuplauti kristalus nuo šaltojo piršto.

2. Pritvirtinkite aparatą prie žiedinio stovo arba grotelių (5 c ir d pav.). Mažų skalių atveju aparatą paremkite platforma (5 pav., d). Didelių mastelių sublimacijos aparatas parodytas 5 c pav.

3. Lengvai sutepkite jungtį, jungiančią du sublimacinio stiklo indus. Tepalą galima lengvai užtepti tepalo pilnu švirkštu. Jei naudojamas šlifuotas stiklas, lengvai sutepkite jungtį ties galu, kuris nesiliečia su mėginiu (5 d pav.).

Spoileris: 6 pav.

a) Tinkamai suteptas mažos apimties sublimacijos aparatas, b) Didelės apimties sublimacijos aparatas su šaltu pirštu, pripildytu ledinio vandens, c) Aparatas šildomas šiluminiu pistoletu, d) Kietos nuosėdos ant stiklo indo išorės.

4. Įdėkite viršutinę sublimacijos aparato dalį (šaltąjį pirštą) ir sukite abi stiklinės dalis kartu, kad tepalas pasiskirstytų sandūroje. Kai naudojamas šlifuotas stiklas, dėl tepalo apatinė jungties pusė turėtų tapti skaidri visame plote (6 pav., a). Jei visa jungtis tampa skaidri, tepalo buvo panaudota per daug ir dalį jo reikia nuvalyti.

5. Storasieniais guminiais vamzdeliais (6 a pav. - skaidri žarna) prijunkite aparatą prie vakuumo šaltinio (vakuuminės linijos arba vandens aspiratoriaus). Taikykite vakuumą. Nustatymas neturi šnypšti, arba sistemoje yra nuotėkis.

6. Paruoškite šaltą pirštą.

a) Jei šaltasis pirštas turi kondensatorių, vandens žarnas prijunkite taip, kad apatinė rankena būtų prijungta prie vandens čiaupo, o viršutinė rankena nutekėtų į kriauklę (įdegusios žarnos pavaizduotos 6 pav. a). Pradėkite cirkuliuoti vandenį per kondensatorių.

b) Jei šalčio pirštas yra tuščias vamzdelis, pripildykite šalčio pirštą ledu iki kraštų, tada įpilkite tiek vandens, kad pirštas būtų užpildytas maždaug iki trijų ketvirtadalių (6 pav., b). Kai kuriais atvejais šaltąjį pirštą galima užpildyti sausuoju ledu ir acetonu.

c) Tinkama technika - prieš atšaldant pirštą taikyti vakuumą, kad nesusidarytų vandens kondensatas, kuris galėtų nuplauti kristalus nuo šalto piršto.

7. Kietąją medžiagą kaitinkite šiluminiu pistoletu (6 pav., c) arba Bunseno degikliu, pradėdami lėtai, judesiais pirmyn ir atgal ir nedideliu karščiu. Nerekomenduojama sublimacijai naudoti smėlio vonelės ar kaitinimo mantijos, nes kaitinimas dažnai būna per lėtas ir gali nukreipti šilumą tik į aparato dugną, o ne į šonus. Jei sublimacija neprasideda per kelias minutes, padidinkite kaitinimo greitį.

8. Per trumpą laiką ant šalto piršto turėtų pradėti nusėsti kieta medžiaga. Ji neabejotinai nusės ir ant stiklinių indų išorinių paviršių (6 d pav.). Kietąją medžiagą nuo stiklinės išorinės pusės link šaltojo piršto galima nukreipti periodiškai braukiant šiluminiu pistoletu arba degikliu per stiklinės šonus.

Spoileris: 7 pav.

9. Tęskite sublimavimą tol, kol visa lakioji medžiaga iš apatinės stiklinės dalies bus perkelta ant šalto piršto (7 pav.). Jei junginys pradeda tamsėti, sumažinkite kaitinimo greitį, kad išvengtumėte skilimo.

10. Iš šaltojo piršto pašalinkite aušinimo skystį.

a) Jei buvo naudojamas kondensatorius, išjunkite cirkuliuojantį vandenį ir išimkite vandens žarnas iš aparato (atsargiai, nepadarydami didelės netvarkos).

b) Jei naudotas ledinio vandens aušinimo skystis, jei įmanoma, išskobkite ledą ir pašalinkite vandenį pipete (arba, jei tai dideli masteliai, kalakutienos skiedikliu, 7 pav. a).

11. Leiskite sistemai pasiekti kambario temperatūrą.

12. Švelniai atkurkite oro slėgį aparate (7 b pav.), atkreipdami dėmesį į tai, kad staigiai atidarius sistemą, oras smarkiai pateks į aparatą ir, tikėtina, iš šalto piršto išsiskirs kristalai.

13. Atsargiai išimkite iš aparato ištuštintą šaltąjį pirštą ir sublimuotus kristalus subraižykite ant laikrodžio stikliuko (7 c pav.). Arba per piltuvėlį nuplaukite kristalus nuo šaltojo piršto tirpikliu į kolbą su apvaliu dugnu(7 d pav.), kad vėliau tirpiklį pašalintumėte rotaciniu garintuvu.

Spoileris: 8 pav.

a) ledo vandens pašalinimas iš šaltojo piršto naudojant kalakutienos švirkštą, b) slėgio atleidimas po sublimacijos, c) kristalų nuėmimas nuo šaltojo piršto, d) šaltojo piršto nuplovimas į kolbą su apvaliu dugnu vėlesniam išgarinimui.