Rekryštalizácia.
V chémii je rekryštalizácia technika používaná na čistenie chemických látok. Rozpustením nečistôt aj zlúčeniny vo vhodnom rozpúšťadle možno z roztoku odstrániť buď požadovanú zlúčeninu, alebo nečistoty, pričom ostatné zostanú. Je pomenovaná podľa kryštálov, ktoré často vznikajú pri vyzrážaní zlúčeniny. Alternatívne sa rekryštalizácia môže vzťahovať na prirodzený rast väčších kryštálov ľadu na úkor menších.
Metóda čistenia je založená na princípe, že rozpustnosť väčšiny pevných látok sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. To znamená, že so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje množstvo rozpustenej látky, ktorú možno rozpustiť v rozpúšťadle.
Nečistá zlúčenina sa rozpustí (nečistoty musia byť tiež rozpustné v rozpúšťadle), aby sa pripravil vysoko koncentrovaný roztok pri vysokej teplote. Roztok sa ochladí. Zníženie teploty spôsobí, že rozpustnosť nečistôt v roztoku a čistenej látky sa zníži. Nečistá látka potom kryštalizuje skôr ako nečistoty - za predpokladu, že nečistej látky bolo viac ako nečistôt. Nečistá látka vykryštalizuje v čistejšej forme, pretože nečistoty ešte nevykryštalizujú, a preto nečistoty zostanú v roztoku. Na oddelenie čistejších kryštálov sa v tomto bode musí použiť proces filtrácie. Postup sa môže opakovať. Na predpovedanie výsledku postupu rekryštalizácie možno použiť krivky rozpustnosti.
Rekryštalizácia funguje najlepšie, keď.
Metóda čistenia je založená na princípe, že rozpustnosť väčšiny pevných látok sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. To znamená, že so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje množstvo rozpustenej látky, ktorú možno rozpustiť v rozpúšťadle.
Nečistá zlúčenina sa rozpustí (nečistoty musia byť tiež rozpustné v rozpúšťadle), aby sa pripravil vysoko koncentrovaný roztok pri vysokej teplote. Roztok sa ochladí. Zníženie teploty spôsobí, že rozpustnosť nečistôt v roztoku a čistenej látky sa zníži. Nečistá látka potom kryštalizuje skôr ako nečistoty - za predpokladu, že nečistej látky bolo viac ako nečistôt. Nečistá látka vykryštalizuje v čistejšej forme, pretože nečistoty ešte nevykryštalizujú, a preto nečistoty zostanú v roztoku. Na oddelenie čistejších kryštálov sa v tomto bode musí použiť proces filtrácie. Postup sa môže opakovať. Na predpovedanie výsledku postupu rekryštalizácie možno použiť krivky rozpustnosti.
Rekryštalizácia funguje najlepšie, keď.
- množstvo nečistôt je malé.
- Krivka rozpustnosti požadovanej rozpustenej látky rýchlo stúpa s teplotou.
Kryštalizácia s jedným rozpúšťadlom, príklad s vysvetlením.
Kryštalizácia zobrazená v tejto časti ukazuje čistenie približne 1 g vzorky starého NBS - brómosukcinimidu (NBS), ktorý sa nachádzal vo fľaši s činidlom ako oranžový prášok. Pri kryštalizácii sa ako rozpúšťadlo používa voda, ktorá nemá problémy s horľavosťou, a preto sa používa horúca platňa.Ak sa má kryštalizácia vykonať s použitím horľavých organických rozpúšťadiel, odporúča sa a v niektorých situáciách je nevyhnutný parný kúpeľ (pri použití dietyléteru, acetónu alebo nízkovrúceho petroléteru). Nasledujúci postup by sa mal použiť ako usmernenie pre tento proces a niektoré kľúčové rozdiely medzi použitím vody a organických rozpúšťadiel sú uvedené v budúcej časti.
Príprava nastavenia:
- Nečistú pevnú látku, ktorá sa má kryštalizovať, preneste do Erlenmeyerovej banky primeranej veľkosti (obr. 2 a). Ak je tuhá látka zrnitá, najprv ju rozprášte sklenenou miešacou tyčinkou.
- Neodporúča sa vykonávať kryštalizáciu v kadičke. Úzke hrdlo Erlenmeyerovej banky umožňuje ľahšie vírenie a minimalizuje odparovanie počas procesu, pretože pary rozpúšťadla namiesto toho kondenzujú na stenách banky ("refluxujú" na stenách banky). Úzke hrdlo Erlenmeyerovej banky tiež umožňuje ľahšie zakrytie banky počas fázy chladenia alebo dokonca jej prípadné zazátkovanie pri dlhých kryštalizáciách. Baňa s okrúhlym dnom tiež nie je ideálna na kryštalizáciu, pretože tvar banky sťažuje obnovenie tuhej látky na konci procesu.
- Je dôležité, aby banka nebola počas kryštalizácie príliš plná alebo príliš prázdna. Ak bude banka viac ako do polovice naplnená horúcim rozpúšťadlom, bude ťažké zabrániť tomu, aby sa banka prevrela. Ak bude banka obsahovať rozpúšťadlo do výšky menšej ako 1 cm, roztok bude príliš rýchlo chladnúť. Bežne sa používa 10 až 50-násobok rozpúšťadla oproti vzorke a hrubým vodítkom je použiť banku, v ktorej vzorka pokrýva len dno v tenkej vrstve.
- Umiestnite trochu rozpúšťadla do kadičky alebo Erlenmeyerovej banky spolu s niekoľkými varnými kameňmi na zdroj tepla a priveďte do mierneho varu. Ak sa rozpúšťadlo bude nalievať, použite kadičku a ak sa rozpúšťadlo bude pipetovať, použite Erlenmeyerovu banku. Ak sa v ďalšej časti postupu predpokladá krok filtrácie za tepla, pripravte si aj krúžkovú svorku obsahujúcu lievik s ryhovaným filtračným papierom (obr. 2 b).
Pridajte minimálne množstvo horúceho rozpúšťadla.
- Keď rozpúšťadlo vrie, uchopte kadičku pomocou chrániča horúcich rúk (obr. 2 d), bavlnených rukavíc alebo držiaka na papierové utierky vyrobeného zrolovaním listu papierovej utierky do dlhého obdĺžnika (obr. 2 c). Na stranu zdroja tepla nalejte malú časť vriaceho rozpúšťadla do banky obsahujúcej nečistú pevnú látku, aby ste pokryli dno banky. Ak sa kryštalizácia vykonáva v malom rozsahu (s použitím 50 ml Erlenmeyerovej banky alebo menšej), môže byť jednoduchšie použiť pipetu na prenos častí rozpúšťadla do banky.
- Pred pridaním rozpúšťadla je zvykom neumiestňovať suchú pevnú látku na vrchol zdroja tepla, inak sa môže pevná látka rozložiť. Keď je pevná látka rozptýlená v malom množstve rozpúšťadla, možno ju potom umiestniť na zdroj tepla.
)
- Banku s nečistou tuhou látkou a rozpúšťadlom umiestnite na vrchol zdroja tepla. Použite nejakú metódu na zabránenie nárazom (varné kamene, ak plánujete "horúcu filtráciu", varnú tyčinku) a roztok priveďte do mierneho varu (obr. 3 a).
- Rozpúšťadlo pridávajte po častiach (obr. 3 b), pričom ho otáčajte, aby ste napomohli rozpúšťaniu, až kým sa pevná látka nerozpustí (obr. 3 d). Pre 100 mg - 1 g zlúčeniny pridávajte po 0,5 - 2 ml porciách. Všimnite si, že úplné rozpustenie tuhej látky môže trvať určitý čas, pretože rozpúšťanie má kinetický aspekt. Každý prídavok by sa mal nechať úplne zovrieť pred pridaním ďalšieho rozpúšťadla a medzi jednotlivými prídavkami by sa mal ponechať určitý čas. Nedostatok času na rozpustenie a následné pridanie príliš veľkého množstva rozpúšťadla je hlavným zdrojom chýb pri kryštalizácii.
Počas zahrievania sa nezriedka objavia kvapôčky kvapaliny (obr. 4). Je to vtedy, keď sa materiál "vyleje" alebo sa rozpustí skôr, ako sa rozpustí. Ak sa to stane, kvapôčky kvapaliny sú teraz zlúčeninou, ktorú kryštalizujete, preto pokračujte v pridávaní rozpúšťadla po častiach, kým sa aj kvapôčky kvapaliny úplne nerozpustia. - Pozorne sledujte roztok, aby ste posúdili, či sa veľkosť pevných kúskov (alebo kvapôčok kvapaliny) mení s ďalším rozpúšťadlom: ak sa nemení, môže ísť o nerozpustnú prímes. Pridanie prebytočného rozpúšťadla v snahe rozpustiť nerozpustné nečistoty negatívne ovplyvní výťažnosť. Ak sú prítomné nerozpustné tuhé nečistoty, roztok by sa mal prefiltrovať (v tomto bode vložte krok horúcej filtrácie). Farebné nečistoty možno v tomto bode odstrániť aj pomocou dreveného uhlia.
"
a) Zaolejované kvapky acetanilidu v roztoku odfarbenom dreveným uhlím, b a c) Zaolejované kvapky obsahujúce metylovú červeň a acetanilid vo vode.Nechajte roztok pomaly vychladnúť.
- Keď sa tuhá látka práve rozpúšťa, odstráňte banku zo zdroja tepla pomocou chrániča horúcich rúk, držiaka na papierové utierky alebo rukavice a odložte ju, aby vychladla. Odstráňte varnú tyčinku alebo miešadlo, ak sa použilo na ochranu pred nárazmi (ak sa použili varné kamene, môžu sa z tuhej látky vybrať neskôr).
- Ak chcete podporiť pomalé chladnutie, postavte banku na povrch, ktorý dobre nevedie teplo, napríklad na zložený papierový uterák. Ústie Erlenmeyerovej banky zakryte hodinovým sklíčkom, aby sa udržalo teplo a rozpúšťadlo (obr. 5 a). Nechajte roztok pomaly dosiahnuť izbovú teplotu.
- Keď sa roztok ochladí, mali by sa vytvoriť pevné kryštály (obr. 5 b). Ak je roztok na dotyk len teplý alebo zakalený a nevytvorili sa žiadne kryštály, použite sklenenú miešaciu tyčinku, aby ste poškriabali sklo a iniciovali kryštalizáciu.
- Po začatí kryštalizácie by mali kryštály s klesajúcou teplotou pomaly rásť. Ideálna kryštalizácia trvá 5 až 20 minút, kým sa úplne vykryštalizuje, v závislosti od stupnice. Úplná kryštalizácia za menej ako 5 minút je príliš rýchla.
- Keď má roztok izbovú teplotu, umiestnite banku do ľadového kúpeľa (ľadová kaša) na 10 - 20 minút, aby sa ešte viac znížila rozpustnosť zlúčeniny a maximalizovala sa tvorba kryštálov (obr. 5 d). Do ľadového kúpeľa umiestnite aj časť rozpúšťadla, ktoré sa neskôr použije na oplachovanie počas odsávacej filtrácie.
- Na získanie pevnej látky zo zmesi použite odsávaciu filtráciu.
Kryštalizácia zmiešaného rozpúšťadla, príklad s vysvetlením.
Kryštalizácia znázornená v tejto časti ukazuje čistenie približne 1 g vzorky kyseliny trans-cinnamovej. Kyselina trans-cinnamová je rozpustná v metanole a nerozpustná vo vode a pri tejto kryštalizácii sa používa zmiešané rozpúšťadlo metanol a voda, čím sa dosiahne 74 % výťažnosť.
Obr
a) Počiatočná vzorka kyseliny trans-cinnamovej, b) Kryštalizácia s použitím metanolu/vody, c) Vykryštalizovaná kyselina trans-cinnamová.Predpokladá sa, že experimentátor vykonávajúci túto techniku predtým vykonal alebo čítal o kryštalizácii s jedným rozpúšťadlom.
- Určite dve miešateľné rozpúšťadlá, ktoré možno použiť na kryštalizáciu (obr. 7 a): požadovaná zlúčenina by mala byť rozpustná v jednom rozpúšťadle (nazývanom "rozpustné rozpúšťadlo") a nerozpustná v druhom rozpúšťadle (nazývanom "nerozpustné rozpúšťadlo").
- Preneste nečistú pevnú látku, ktorá sa má kryštalizovať, do Erlenmeyerovej banky vhodnej veľkosti (obr. 7 b).
- Do banky umiestnite trochu "rozpustného rozpúšťadla" (obr. 7 c), pridajte varnú tyčinku (alebo varné kamene, ak chcete) a potom zahrievajte v parnom kúpeli (obr. 7 d). Horáková platňa sa môže používať opatrne, ak sa používajú zmiešané rozpúšťadlá metanol/voda alebo etanol/voda.
- Po častiach pridávajte ďalšie "rozpustné rozpúšťadlo", kým sa pevná látka nerozpustí (obr. 8 a). Medzi jednotlivými prídavkami nezabudnite ponechať čas a pred pridaním ďalších prídavkov nechajte každý prídavok úplne zovrieť.
- "Nerozpustné rozpúšťadlo" pridávajte po častiach a zahrievajte, kým sa roztok nezakalí (obr. 8 c).
- Pridávajte "rozpustné rozpúšťadlo" po kvapkách a zahrievajte, kým sa roztok opäť nevyjasní (obr. 8 d).
- Odstráňte banku zo zdroja tepla, odstráňte varnú tyčinku a banku položte na niekoľkokrát preloženú papierovú utierku. Zakryte ústie Erlenmeyerovej banky hodinovým sklíčkom a nechajte roztok pomaly vychladnúť na izbovú teplotu (obr. 9 a).
- Ako sa roztok ochladzuje, mali by sa nakoniec vytvoriť pevné kryštály (obr. 9 b). Ak je to potrebné, použite sklenenú miešaciu tyčinku na poškrabanie banky a iniciovanie kryštalizácie. Umiestnite kryštály do ľadového vodného kúpeľa na 10 - 20 minút a tuhú látku zachyťte odsávacou filtráciou.
Filtrácia za tepla.
Horká filtrácia sa vo všeobecnosti používa pri niektorých kryštalizáciách, keď tuhá látka obsahuje nečistoty, ktoré sú nerozpustné v kryštalizačnom rozpúšťadle. Je potrebná aj pri kryštalizácii, keď sa na odstránenie vysoko sfarbených nečistôt z pevnej látky používa drevené uhlie, pretože drevené uhlie je také jemné, že sa nedá odstrániť dekantáciou.
Horká filtrácia sa vykonáva tak, že sa najprv naleje niekoľko ml rozpúšťadla cez lievik obsahujúci "ryhovaný filtračný papier". Rýhovaný filtračný papier má veľa zárezov a veľký povrch, čo umožňuje rýchlu filtráciu. Lievik sa nechá zohriať, zatiaľ čo zmes, ktorá sa má filtrovať, sa privedie do varu. Vriaca zmes sa potom po častiach prelieva cez filtračný papier (obr. 10 b a d).
Horká filtrácia sa vykonáva tak, že sa najprv naleje niekoľko ml rozpúšťadla cez lievik obsahujúci "ryhovaný filtračný papier". Rýhovaný filtračný papier má veľa zárezov a veľký povrch, čo umožňuje rýchlu filtráciu. Lievik sa nechá zohriať, zatiaľ čo zmes, ktorá sa má filtrovať, sa privedie do varu. Vriaca zmes sa potom po častiach prelieva cez filtračný papier (obr. 10 b a d).
.
a) nalievanie rozpúšťadla cez lievik za horúca (poznámka: v tejto situácii sa používa horúca platňa, pretože rozpúšťadlom je voda), b) filtrovanie roztoku obsahujúceho nerozpustné nečistoty, c a d) varianty s použitím papierovej svorky namiesto krúžkovej svorky na pridržanie lievika.Najlepšie je použiť krúžkovú svorku na upevnenie filtračného lievika, hoci lievik by sa mohol jednoducho umiestniť aj na vrch banky. Ak nepoužijete krúžkovú svorku, odporúča sa umiestniť medzi banku a lievik ohnutú papierovú svorku, aby vytlačený vzduch mohol uniknúť zo spodnej časti banky pri odtoku kvapaliny (obr. 10 c a d). Bez kruhovej svorky je zostava náchylnejšia na prevrátenie, a preto je použitie kruhovej svorky podstatne bezpečnejšie.
Horká filtrácia sa používa na filtrovanie roztokov, ktoré po ochladení kryštalizujú. Preto je dôležité, aby sa lievik počas filtrácie udržiaval horúci prostredníctvom kontaktu s horúcimi parami rozpúšťadla, inak sa na filtračnom papieri alebo v stopke lievika môžu predčasne vytvoriť kryštály (obr. 11).
Horká filtrácia sa používa na filtrovanie roztokov, ktoré po ochladení kryštalizujú. Preto je dôležité, aby sa lievik počas filtrácie udržiaval horúci prostredníctvom kontaktu s horúcimi parami rozpúšťadla, inak sa na filtračnom papieri alebo v stopke lievika môžu predčasne vytvoriť kryštály (obr. 11).
Kryštalizácia na filtračnom papieri môže upchať nastavenie a spôsobiť stratu výťažku (keďže filtračný papier sa neskôr vyhodí). Kryštalizácia v stopke bráni filtrácii a môže pôsobiť ako zátka na dne lievika. Výhodou horúcej filtrácie je, že vriace rozpúšťadlo vo filtračnej banke pomáha rozpúšťať kryštály, ktoré sa predčasne tvoria v stopke lievika. Pri horúcej filtrácii sa odporúča použiť lievik s krátkou stopkou (obr. 12 a) alebo lievik bez stopky (obr. 12 c), ak je k dispozícii, namiesto lievika s dlhou stopkou (obr. 12 b), pretože je menej pravdepodobné, že materiál vykryštalizuje v krátkej alebo chýbajúcej stopke.
Keďže je dôležité, aby sa roztok rýchlo prefiltroval, kým stihne v lieviku vychladnúť, bežne sa používa "ryhovaný filtračný papier" (obr. 13 b a c) namiesto štvorhranne zloženého filtračného papiera, ktorý sa niekedy používa pri gravitačnej filtrácii (obr. 13 a). Väčší počet ohybov na ryhovanom filtračnom papieri sa prejavuje vo väčšej ploche povrchu a rýchlejšej filtrácii. Záhyby tiež vytvárajú priestor medzi filtračným papierom a skleneným lievikom, čo umožňuje vytlačenému vzduchu ľahšie opustiť banku pri odtoku kvapaliny.
Postupy krok za krokom.
Horúca filtrácia sa často používa pri kryštalizácii a tento postup by sa mal vložiť po kroku rozpúšťania, ale pred odložením roztoku na pomalé ochladenie.
Obr
a) lievik s krátkou stopkou, b) ak nepoužívate krúžkovú svorku, medzi lievik a Erlenmeyerovu banku umiestnite ohnutú sponku na papier, c) ryhovaný filtračný papier (rozložený), d) nalievanie rozpúšťadla cez lievik, aby sa lievik zahrial.Príprava filtračnej zostavy
- Získajte lievik bez stopky alebo s krátkou stopkou (obr. 14 a) a vložte ho do kruhovej svorky, pripevnenej ku kruhovému stojanu alebo mriežke (prípadne získajte ohnutú papierovú sponu na účel znázornený na obr. 14 b).
- Filtračný papier správnej veľkosti pre váš lievik zvlňte do tvaru harmoniky (návod je na obr. 15 a výsledná harmonika je na obr. 14 a). Po vložení do lievika by papier nemal byť kratší ako horná časť lievika, inak by sa roztok mohol pri nalievaní prešmyknúť okolo filtračného papiera.
- S čistou Erlenmeyerovou bankou správnej veľkosti na kryštalizáciu pod lievikom a na zdroji tepla nalejte do lievika niekoľko ml horúceho rozpúšťadla (obr. 14 d).
a) Ak používate krúžkovú svorku, nastavte svorku tak, aby medzi ústím Erlenmeyerovej banky a dnom lievika bola malá medzera: to umožní vytlačenie vzduchu pri prúdení kvapaliny do banky. Ak je medzera príliš veľká, horúce pary uniknú bez toho, aby sa lievik zahrial.
b) Ak nepoužívate krúžkovú svorku, medzi banku a lievik umiestnite ohnutú sponku na papier (obr. 14 b). - Nechajte rozpúšťadlo zovrieť a celú zostavu zahrejte. Ak používate drevené uhlie, vložte tento postup teraz.
Filtrovanie roztoku po častiach.
- Keď je filtračná banka pomerne horúca a roztok, ktorý sa má filtrovať, je vriaci, nalejte vriacu zmes do filtračného lievika po častiach. Pri nalievaní sa dotknite banky filtračným papierom v lieviku (obr. 16 a).
- Bezpečnostné upozornenie: banka môže byť dosť horúca a horúce výpary vám môžu pri nalievaní popáliť ruku (nalievajte zboku, aby ste nemali ruku nad lievikom). Ak je banka príliš horúca na to, aby ste ju mohli držať rukami, použite "držiak na papierové utierky", aby ste banku udržali (obr. 16 a):
a) Niekoľkokrát preložte časť papierovej utierky tak, aby bol výsledný pás široký približne jeden palec. Ak je to potrebné, upevnite pásik pomocou niekoľkých kúskov pásky.
b) Pri držaní banky by mal byť držiak papierovej utierky pod okrajom banky. Takto nebude kvapalina pri nalievaní kývať smerom k papierovému uteráku (uterák zostane suchý na obr. 16 a), ale mokrý pri príliš širokom uteráku na obr. 16 c).
- Keď sa zmes, ktorá sa má filtrovať, nevylieva, vráťte banku na zdroj tepla (obr. 17 a).
- Keď je zmes úplne prefiltrovaná, postavte prázdnu banku na dosku stola (bezpečnostné upozornenie: prázdnu banku nezahrievajte, inak môže prasknúť). Skontrolujte lievik: ak sa na filtračnom papieri objavia kryštáliky (ako na obr. 17 b), opláchnite ich niekoľkými ml vriaceho rozpúšťadla, aby sa rozpustilo. Na obr. 17 c nie je oplachovanie potrebné.
- Skontrolujte filtrát (kvapalinu, ktorá prešla cez filtračný papier). Ak bolo použité drevené uhlie a filtrát je sivý alebo vidíte jemné čierne častice, potom drevené uhlie prešlo cez filtračný papier buď cez dieru, alebo použitím nesprávnej veľkosti filtračných ôk. Ak spolužiaci nemajú vo svojich roztokoch sivú farbu, pravdepodobne išlo o dieru. Zopakujte krok filtrácie za tepla s novým filtračným papierom a bankou.
Last edited by a moderator:
