Rekrystalizace.
Rekrystalizace je v chemii technika používaná k čištění chemických látek. Rozpuštěním nečistot i sloučeniny ve vhodném rozpouštědle lze z roztoku odstranit buď požadovanou sloučeninu, nebo nečistoty a ponechat ostatní. Je pojmenována podle krystalů, které často vznikají při vysrážení sloučeniny. Alternativně může rekrystalizace označovat přirozený růst větších krystalů ledu na úkor menších.
Metoda čištění je založena na principu, že rozpustnost většiny pevných látek se zvyšuje se zvyšující se teplotou. To znamená, že s rostoucí teplotou se zvyšuje množství rozpuštěné látky, kterou lze rozpustit v rozpouštědle.
Rozpustí se nečistá sloučenina (nečistoty musí být rovněž rozpustné v rozpouštědle), aby se připravil vysoce koncentrovaný roztok při vysoké teplotě. Roztok se ochladí. Snížení teploty způsobí, že rozpustnost nečistot v roztoku a čištěné látky se sníží. Nečistá látka pak krystalizuje dříve než nečistoty - za předpokladu, že nečisté látky bylo více než nečistot. Nečistá látka bude krystalizovat v čistší formě, protože nečistoty ještě nekrystalizují, a proto nečistoty zůstanou v roztoku. K oddělení čistších krystalů je v tomto okamžiku nutné použít filtrační proces. Tento postup lze opakovat. K předpovědi výsledku postupu rekrystalizace lze použít křivky rozpustnosti.
Rekrystalizace funguje nejlépe, když.
Metoda čištění je založena na principu, že rozpustnost většiny pevných látek se zvyšuje se zvyšující se teplotou. To znamená, že s rostoucí teplotou se zvyšuje množství rozpuštěné látky, kterou lze rozpustit v rozpouštědle.
Rozpustí se nečistá sloučenina (nečistoty musí být rovněž rozpustné v rozpouštědle), aby se připravil vysoce koncentrovaný roztok při vysoké teplotě. Roztok se ochladí. Snížení teploty způsobí, že rozpustnost nečistot v roztoku a čištěné látky se sníží. Nečistá látka pak krystalizuje dříve než nečistoty - za předpokladu, že nečisté látky bylo více než nečistot. Nečistá látka bude krystalizovat v čistší formě, protože nečistoty ještě nekrystalizují, a proto nečistoty zůstanou v roztoku. K oddělení čistších krystalů je v tomto okamžiku nutné použít filtrační proces. Tento postup lze opakovat. K předpovědi výsledku postupu rekrystalizace lze použít křivky rozpustnosti.
Rekrystalizace funguje nejlépe, když.
- Množství nečistot je malé.
- Křivka rozpustnosti požadovaného roztoku rychle stoupá s teplotou.
Krystalizace s jedním rozpouštědlem, příklad s vysvětlením.
Krystalizace vyobrazená v této části ukazuje čištění zhruba 1g vzorku starého NBS - bromosukcinimidu (NBS), který byl nalezen v lahvičce s činidlem jako oranžový prášek. Při krystalizaci se jako rozpouštědlo používá voda, která nemá problémy s hořlavostí, a proto se používá horká deska.Pokud se má provést krystalizace za použití hořlavých organických rozpouštědel, doporučuje se a v některých situacích je nezbytná parní lázeň (při použití diethyletheru, acetonu nebo nízkovroucího petroletheru). Následující postup by měl být použit jako vodítko pro tento proces a některé klíčové rozdíly mezi použitím vody a organických rozpouštědel jsou diskutovány v některém z dalších oddílů.
Příprava nastavení:
- Přeneste nečistou pevnou látku určenou ke krystalizaci do Erlenmeyerovy baňky vhodné velikosti (obr. 2 a). Pokud je pevná látka granulovaná, nejprve ji rozmělněte skleněnou míchací tyčinkou.
- Nedoporučuje se provádět krystalizaci v kádince. Úzké hrdlo Erlenmeyerovy baňky umožňuje snadnější víření a minimalizuje odpařování během procesu, protože páry rozpouštědla místo toho kondenzují na stěnách baňky ("refluxují" na stěnách baňky). Úzké ústí Erlenmeyerovy baňky také umožňuje snadnější zakrytí baňky během fáze chlazení nebo dokonce případné zazátkování při dlouhých krystalizacích. Baňka s kulatým dnem také není pro krystalizaci ideální, protože tvar baňky ztěžuje získání pevné látky na konci procesu.
- Je důležité, aby baňka nebyla během krystalizace příliš plná ani příliš prázdná. Pokud bude baňka více než z poloviny naplněna horkým rozpouštědlem, bude obtížné zabránit varu baňky. Pokud bude baňka obsahovat rozpouštědlo do výšky menší než 1 cm, bude roztok příliš rychle chladnout. Běžně se používá 10-50krát více rozpouštědla než vzorku a hrubým vodítkem je použít baňku, kde vzorek pouze pokrývá dno v tenké vrstvě.
- Do kádinky nebo Erlenmeyerovy baňky dejte trochu rozpouštědla spolu s několika varnými kameny na zdroj tepla a přiveďte k mírnému varu. Pokud se rozpouštědlo bude nalévat, použijte kádinku, pokud se bude rozpouštědlo pipetovat, použijte Erlenmeyerovu baňku. Pokud se v pozdější fázi postupu předpokládá krok filtrace za tepla, připravte si také kroužkovou svorku obsahující nálevku s rýhovaným filtračním papírem (obr. 2 b).
Přidejte minimální množství horkého rozpouštědla.
- Když rozpouštědlo vře, uchopte kádinku pomocí chrániče horkých rukou (obr. 2 d), bavlněných rukavic nebo držáku papírových ručníků vyrobeného srolováním listu papírového ručníku do dlouhého obdélníku (obr. 2 c). Stranou od zdroje tepla nalijte do baňky obsahující nečistou pevnou látku malou dávku vroucího rozpouštědla, aby se pokrylo dno baňky. Pokud se krystalizace provádí v malém měřítku (s použitím 50 ml Erlenmeyerovy baňky nebo menší), může být jednodušší použít k přenesení částí rozpouštědla do baňky pipetu.
- Je obvyklé, že před přidáním rozpouštědla se suchá pevná látka neumisťuje na zdroj tepla, jinak by se mohla rozložit. Když je pevná látka rozptýlena v malém množství rozpouštědla, lze ji poté umístit na zdroj tepla.
.
- Umístěte baňku obsahující nečistou pevnou látku a rozpouštědlo na vrchol zdroje tepla. Použijte nějaký způsob, který zabrání narážení (varné kameny, pokud plánujete "horkou filtraci", varnou tyčinku), a přiveďte roztok k mírnému varu (obr. 3 a).
- Rozpouštědlo přidávejte po částech (obr. 3 b), vířivým pohybem napomáhejte rozpouštění, dokud se pevná látka nerozpustí (obr. 3 d). Pro 100 mg-1 g sloučeniny přidávejte po 0,5-2 ml porcích. Všimněte si, že úplné rozpuštění pevné látky může trvat delší dobu, protože rozpouštění má kinetický aspekt. Před přidáním dalšího rozpouštědla by se měl každý přídavek nechat zcela vyvařit a mezi jednotlivými přídavky by se měl ponechat určitý čas. Nedostatek času na rozpuštění a následné přidání příliš velkého množství rozpouštědla je hlavním zdrojem chyb při krystalizaci.
Během zahřívání se nezřídka objevují kapičky kapaliny (obr. 4). To je případ, kdy se materiál "vymaže" nebo roztaje dříve, než se rozpustí. Pokud k tomu dojde, kapičky kapaliny jsou nyní krystalizovanou sloučeninou, proto pokračujte v přidávání rozpouštědla po částech, dokud se kapičky kapaliny také zcela nerozpustí. - Pozorně sledujte roztok a posuďte, zda se velikost pevných kousků (nebo kapiček kapaliny) s dalším rozpouštědlem mění: pokud ne, může se jednat o nerozpustnou příměs. Přidání přebytečného rozpouštědla ve snaze rozpustit nerozpustné nečistoty negativně ovlivní výtěžnost. Pokud jsou přítomny nerozpustné pevné nečistoty, měl by se roztok přefiltrovat (v tomto bodě vložte krok horké filtrace). Barevné nečistoty lze v tomto bodě také odstranit pomocí dřevěného uhlí.
"
a) Zaolejované kapky acetanilidu v roztoku odbarveném dřevěným uhlím, b a c) Zaolejované kapky obsahující methylovou červeň a acetanilid ve vodě.Roztok nechte pomalu vychladnout.
- Když se pevná látka právě rozpouští, odstraňte baňku ze zdroje tepla pomocí chrániče horkých rukou, držáku na papírové utěrky nebo rukavice a odložte ji stranou, aby vychladla. Odstraňte vařící tyčinku nebo míchadlo, pokud je použito pro ochranu před nárazy (vařící kameny lze z pevné látky vybrat později, pokud byly použity).
- Chcete-li podpořit pomalé ochlazování, postavte baňku na povrch, který dobře nevede teplo, například na složený papírový ručník. Ústí Erlenmeyerovy baňky zakryjte hodinovým sklíčkem, abyste udrželi teplo a rozpouštědlo (obr. 5 a). Nechte roztok pomalu dosáhnout pokojové teploty.
- Jak se roztok ochlazuje, měly by se nakonec vytvořit pevné krystaly (obr. 5 b). Pokud je roztok na dotek pouze teplý nebo zakalený a nevytvořily se žádné krystaly, použijte skleněnou míchací tyčinku, abyste sklo poškrábali a zahájili krystalizaci.
- Po zahájení krystalizace by měly krystaly s klesající teplotou pomalu růst. Ideální krystalizace trvá v závislosti na stupnici 5-20 minut. Úplná krystalizace za méně než 5 minut je příliš rychlá.
- Když má roztok pokojovou teplotu, umístěte baňku na 10-20 minut do ledové lázně (ledová tříšť), aby se rozpustnost sloučeniny ještě více snížila a maximalizovala se tvorba krystalů (obr. 5 d). Do ledové lázně umístěte také část rozpouštědla, které bude později použito k proplachování při filtraci odsáváním.
- K získání pevné látky ze směsi použijte sací filtraci.
Krystalizace směsného rozpouštědla, příklad s vysvětlivkami.
Krystalizace vyobrazená v této části ukazuje čištění zhruba 1 g vzorku kyseliny trans-cinnamové. Kyselina trans-cinnamová je rozpustná v methanolu a nerozpustná ve vodě a při této krystalizaci se používá směsné rozpouštědlo methanol a voda, čímž se dosáhne 74% výtěžnosti.
Obr.
a) Výchozí vzorek kyseliny trans-cinnamové, b) Krystalizace pomocí methanolu/vody, c) Vykrystalizovaná kyselina trans-cinnamová.Předpokládá se, že experimentátor provádějící tuto techniku již dříve provedl nebo četl o krystalizaci v jednom rozpouštědle.
- Určete dvě mísitelná rozpouštědla, která lze použít pro krystalizaci (obr. 7 a): požadovaná sloučenina by měla být rozpustná v jednom rozpouštědle (nazývaném "rozpouštědlo") a nerozpustná v druhém rozpouštědle (nazývaném "nerozpustné rozpouštědlo").
- Přeneste nečistou pevnou látku určenou ke krystalizaci do Erlenmeyerovy baňky vhodné velikosti (obr. 7 b).
- Do baňky dejte trochu "rozpustného rozpouštědla" (obr. 7 c), přidejte vařící tyčinku (nebo vařící kameny, pokud je to výhodnější) a zahřívejte na parní lázni (obr. 7 d). Vařič lze opatrně použít, pokud používáte směsná rozpouštědla methanol/voda nebo ethanol/voda.
- Po částech přidávejte další "rozpustné rozpouštědlo", dokud se pevná látka nerozpustí (obr. 8 a). Dbejte na to, aby mezi jednotlivými přídavky byl časový odstup, a před přidáním dalšího přídavku nechte každý přídavek zcela přejít varem.
- Přidávejte "nerozpustné rozpouštědlo" po částech a zahřívejte, dokud se roztok nezakalí (obr. 8 c).
- Přidávejte "rozpustné rozpouštědlo" po kapkách a zahřívejte, dokud se roztok opět nezjasní (obr. 8 d).
- Odstraňte baňku ze zdroje tepla, vyjměte vařící tyčinku a postavte baňku na několikrát přeloženou papírovou utěrku. Přikryjte ústí Erlenmeyerovy baňky hodinovým sklíčkem a nechte roztok pomalu vychladnout na pokojovou teplotu (obr. 9 a).
- Jak se roztok ochlazuje, měly by se nakonec vytvořit pevné krystaly (obr. 9 b). V případě potřeby poškrábejte baňku skleněnou míchací tyčinkou a iniciujte krystalizaci. Krystaly umístěte na 10-20 minut do ledové vodní lázně a pevnou látku sbírejte filtrací odsáváním.
Obr
Filtrace za tepla.
Horká filtrace se obvykle používá při některých krystalizacích, kdy pevná látka obsahuje nečistoty, které jsou nerozpustné v krystalizačním rozpouštědle. Je také nutná při krystalizaci, kdy se k odstranění vysoce barevných nečistot z pevné látky používá dřevěné uhlí, protože dřevěné uhlí je tak jemné, že je nelze odstranit dekantací.
Horká filtrace se provádí tak, že se nejprve nalije několik ml rozpouštědla přes nálevku obsahující "rýhovaný filtrační papír". Rýhovaný filtrační papír má mnoho vroubků a velký povrch, což umožňuje rychlou filtraci. Nálevka se nechá zahřát, zatímco se filtrovaná směs přivede k varu. Vroucí směs se pak po částech přelévá přes filtrační papír (obr. 10 b a d).
Horká filtrace se provádí tak, že se nejprve nalije několik ml rozpouštědla přes nálevku obsahující "rýhovaný filtrační papír". Rýhovaný filtrační papír má mnoho vroubků a velký povrch, což umožňuje rychlou filtraci. Nálevka se nechá zahřát, zatímco se filtrovaná směs přivede k varu. Vroucí směs se pak po částech přelévá přes filtrační papír (obr. 10 b a d).
.
a) nalévání rozpouštědla přes nálevku za tepla (poznámka: v této situaci se používá horká deska, protože rozpouštědlem je voda), b) filtrování roztoku obsahujícího nerozpustné nečistoty, c a d) varianty s použitím kancelářské svorky místo kroužkové svorky k přidržení nálevky.Nejlepší je použít k upevnění filtrační nálevky kroužkovou svorku, i když nálevku lze také jednoduše umístit na vrchol baňky. Pokud nepoužijete kroužkovou svorku, doporučuje se umístit mezi baňku a nálevku ohnutou kancelářskou sponku, aby vytlačený vzduch mohl při odtoku kapaliny unikat ze dna baňky (obr. 10 c a d). Bez kroužkové svorky je sestava náchylnější k převrácení, a proto je použití kroužkové svorky podstatně bezpečnější.
Horká filtrace se používá pro filtrování roztoků, které po ochlazení krystalizují. Proto je důležité, aby nálevka byla během filtrace udržována horká díky kontaktu s horkými parami rozpouštědla, jinak by se na filtračním papíře nebo ve stonku nálevky mohly předčasně vytvořit krystaly (obr. 11).
Horká filtrace se používá pro filtrování roztoků, které po ochlazení krystalizují. Proto je důležité, aby nálevka byla během filtrace udržována horká díky kontaktu s horkými parami rozpouštědla, jinak by se na filtračním papíře nebo ve stonku nálevky mohly předčasně vytvořit krystaly (obr. 11).
ě.
a) došlo ke krystalizaci ve stonku nálevky, b) na filtračním papíře je vidět střih, který představuje pevnou látku, která na filtračním papíře poněkud vykrystalizovala, c) na filtračním papíře se vytvořily zjevné krystaly.Krystalizace na filtračním papíru může ucpat sestavu a způsobit ztrátu výtěžnosti (protože filtrační papír bude později vyhozen). Krystalizace ve stonku brání filtraci a může působit jako zátka na dně nálevky. Výhodou horké filtrace je, že vroucí rozpouštědlo ve filtrační baňce pomáhá rozpouštět krystaly, které se předčasně tvoří ve stonku nálevky. Při horké filtraci se doporučuje použít nálevku s krátkou stopkou (obr. 12 a) nebo nálevku bez stopky (obr. 12 c), pokud je k dispozici, namísto nálevky s dlouhou stopkou (obr. 12 b), protože v krátké nebo chybějící stopce materiál méně krystalizuje.
Protože je důležité, aby se roztok rychle přefiltroval, než stihne v nálevce vychladnout, používá se běžně "rýhovaný filtrační papír" (obr. 13 b a c) místo filtračního papíru skládaného do čtyřhranu, který se někdy používá při gravitační filtraci (obr. 13 a). Větší počet ohybů na rýhovaném filtračním papíru se projevuje zvětšením povrchu a rychlejší filtrací. Záhyby také vytvářejí prostor mezi filtračním papírem a skleněnou nálevkou, což umožňuje vytlačenému vzduchu snadnější odchod z baňky při odtoku kapaliny.
Postupy krok za krokem.
Horká filtrace se často používá s krystalizací a tento postup by měl být vložen po kroku rozpouštění, ale před odložením roztoku k pomalému ochlazení.
Obr.
a) nálevka s krátkou stopkou, b) pokud nepoužíváte kroužkovou svorku, umístěte mezi nálevku a Erlenmeyerovu baňku ohnutou kancelářskou sponku, c) rýhovaný filtrační papír (rozložený), d) nalití rozpouštědla přes nálevku, aby se nálevka zahřála.Příprava filtrační sestavy
- Získejte nálevku bez stopky nebo s krátkou stopkou (obr. 14 a) a vložte ji do kruhové svorky připevněné ke kruhovému stojanu nebo mřížce (nebo si alternativně pořiďte ohnutou papírovou svorku pro účely uvedené na obr. 14 b).
- Filtrační papír správné velikosti pro nálevku rozvlňte do tvaru harmoniky (návod je na obr. 15 a výsledná harmonika na obr. 14 a). Při vkládání do nálevky by papír neměl být kratší než horní část nálevky, jinak by roztok mohl při nalévání sklouznout za filtrační papír.
- S čistou Erlenmeyerovou baňkou správné velikosti pro krystalizaci pod nálevkou a na zdroji tepla nalijte do nálevky několik ml horkého rozpouštědla (obr. 14 d).
a) Používáte-li kroužkovou svorku, nastavte ji tak, aby mezi ústím Erlenmeyerovy baňky a dnem nálevky byla malá mezera: to umožní vytlačení vzduchu při vtékání kapaliny do baňky. Pokud je mezera příliš velká, horké páry uniknou, aniž by se nálevka zahřála.
b) Pokud nepoužijete kroužkovou svorku, umístěte mezi baňku a nálevku ohnutou kancelářskou sponku (obr. 14 b). - Nechte rozpouštědlo vřít a zahřejte celou sestavu. Pokud používáte dřevěné uhlí, vložte tento postup nyní.
Filtrování roztoku po částech.
- Když je filtrační baňka poměrně horká a roztok, který se má filtrovat, vře, nalijte vroucí směs do filtrační nálevky po částech. Při nalévání se dotkněte baňky filtračním papírem v nálevce (obr. 16 a).
- Bezpečnostní poznámka: baňka může být poměrně horká a horké výpary vás mohou při nalévání opařit na ruce (nalévejte bokem, abyste neměli ruku nad nálevkou). Pokud je baňka příliš horká na to, abyste ji mohli držet rukama, použijte "držák na papírové utěrky", který baňku přidrží (obr. 16 a):
a) Několikrát přeložte část papírové utěrky tak, aby výsledný pruh byl široký zhruba jeden palec. Pokud je to nutné, zajistěte proužek k sobě pomocí několika kousků pásky.
b) Při držení baňky by měl být držák papírové utěrky pod okrajem baňky. Tímto způsobem nebude kapalina při nalévání stékat směrem k papírovému ručníku (ručník zůstane suchý na obr. 16 a), ale mokrý u příliš širokého ručníku na obr. 16 c).
Obr
a) Baňka se mezi naléváním vrací ke zdroji tepla, filtrační papíry, které b) by se měly opláchnout, c) by se neměly oplachovat.- Když se směs, která se má filtrovat, nenalévá, vraťte baňku ke zdroji tepla (obr. 17 a).
- Když je směs zcela přefiltrována, postavte prázdnou baňku na desku stolu (bezpečnostní upozornění: prázdnou baňku nezahřívejte, jinak může prasknout). Zkontrolujte nálevku: pokud jsou na filtračním papíře vidět krystalky (jako na obr. 17 b), propláchněte je několika ml vroucího rozpouštědla, aby se rozpustily. Na obr. 17 c není oplachování nutné.
- Zkontrolujte filtrát (kapalinu, která prošla filtračním papírem). Pokud bylo použito dřevěné uhlí a filtrát je šedý nebo jsou vidět jemné černé částice, pak dřevěné uhlí prošlo filtračním papírem buď otvorem, nebo použitím nesprávné velikosti ok filtru. Pokud spolužáci nemají ve svých roztocích šedou barvu, šlo pravděpodobně o díru. Zopakujte krok filtrace za tepla s novým filtračním papírem a baňkou.
Last edited by a moderator:
