Rekristalizavimas.
Chemijoje rekristalizacija yra cheminių medžiagų gryninimo metodas. Ištirpinus priemaišas ir junginį atitinkamame tirpiklyje, iš tirpalo galima pašalinti norimą junginį arba priemaišas, paliekant kitą. Šis metodas pavadintas dėl kristalų, kurie dažnai susidaro, kai junginys nusėda. Arba rekristalizacija gali reikšti natūralų didesnių ledo kristalų augimą mažesnių kristalų sąskaita.
Gryninimo metodas pagrįstas principu, kad daugumos kietųjų medžiagų tirpumas didėjant temperatūrai didėja. Tai reiškia, kad didėjant temperatūrai didėja tirpiklio tirpiklyje ištirpinamo tirpiklio kiekis.
Ištirpinamas nešvarus junginys (priemaišos taip pat turi būti tirpios tirpiklyje), kad aukštoje temperatūroje būtų galima paruošti labai koncentruotą tirpalą. Tirpalas atšaldomas. Mažėjant temperatūrai, mažėja priemaišų tirpalo ir gryninamos medžiagos tirpumas. Tuomet nešvari medžiaga kristalizuojasi anksčiau už priemaišas - darant prielaidą, kad nešvarios medžiagos buvo daugiau nei priemaišų. Nešvari medžiaga kristalizuosis grynesnė, nes priemaišos dar nesikristalizuos, todėl priemaišos liks tirpale. Šiuo metu grynesniems kristalams atskirti turi būti taikomas filtravimo procesas. Šią procedūrą galima pakartoti. Tirpumo kreivės gali būti naudojamos siekiant numatyti rekristalizacijos procedūros rezultatą.
Rekristalizacija geriausiai veikia, kai.
Gryninimo metodas pagrįstas principu, kad daugumos kietųjų medžiagų tirpumas didėjant temperatūrai didėja. Tai reiškia, kad didėjant temperatūrai didėja tirpiklio tirpiklyje ištirpinamo tirpiklio kiekis.
Ištirpinamas nešvarus junginys (priemaišos taip pat turi būti tirpios tirpiklyje), kad aukštoje temperatūroje būtų galima paruošti labai koncentruotą tirpalą. Tirpalas atšaldomas. Mažėjant temperatūrai, mažėja priemaišų tirpalo ir gryninamos medžiagos tirpumas. Tuomet nešvari medžiaga kristalizuojasi anksčiau už priemaišas - darant prielaidą, kad nešvarios medžiagos buvo daugiau nei priemaišų. Nešvari medžiaga kristalizuosis grynesnė, nes priemaišos dar nesikristalizuos, todėl priemaišos liks tirpale. Šiuo metu grynesniems kristalams atskirti turi būti taikomas filtravimo procesas. Šią procedūrą galima pakartoti. Tirpumo kreivės gali būti naudojamos siekiant numatyti rekristalizacijos procedūros rezultatą.
Rekristalizacija geriausiai veikia, kai.
- priemaišų kiekis yra nedidelis.
- Norimo tirpiklio tirpumo kreivė sparčiai kyla su temperatūra.
Vieno tirpiklio kristalizacija, pavyzdys su paaiškinimais.
Šiame skyriuje pavaizduotoje kristalizacijoje parodytas maždaug 1 g seno NBS - bromsukcinimido (NBS), kuris buvo rastas reagento buteliuke kaip oranžinės spalvos milteliai, mėginio gryninimas. Kristalizuojant kaip tirpiklis naudojamas vanduo, kuris neturi degumo problemų, todėl naudojama kaitinimo plokštė.Jei kristalizuojama naudojant degius organinius tirpiklius, rekomenduojama, o kai kuriais atvejais ir būtina (kai naudojamas dietileteris, acetonas arba žemos virimo temperatūros petroleteris) naudoti garų vonią. Toliau pateikta procedūra turėtų būti naudojama kaip proceso gairės, o kai kurie pagrindiniai skirtumai tarp vandens ir organinių tirpiklių naudojimo aptariami kitame skyriuje.
Paruoškite sąranką:
- Į tinkamo dydžio Erlenmejerio kolbą (2 pav., a) perkelkite kristalizuoti skirtą nešvarią kietąją medžiagą. Jei kietoji medžiaga yra granuliuota, pirmiausia ją susmulkinkite stikliniu maišymo strypu.
- Nerekomenduojama kristalizuoti stiklinėje. Dėl siauros Erlenmejerio kolbos ertmės lengviau sukti ir proceso metu mažiau garuoja, nes tirpiklio garai kondensuojasi ant kolbos sienelių (jie "refliuksuoja" ant kolbos šonų). Dėl siauros Erlenmejerio kolbos ertmės taip pat galima lengviau uždengti kolbą aušinimo etape arba netgi užkimšti ją kamščiu, jei kristalizacija trunka ilgai. Apvalaus dugno kolba taip pat nėra ideali kristalizacijai, nes dėl kolbos formos proceso pabaigoje sunku išgauti kietąją medžiagą.
- Svarbu, kad kristalizacijos metu kolba nebūtų nei per pilna, nei per tuščia. Jei kolba bus daugiau nei iki pusės užpildyta karštu tirpikliu, bus sunku išvengti kolbos užvirimo. Jei kolboje tirpiklio bus mažiau nei 1 cm aukščio, tirpalas per greitai atvės. Įprasta naudoti 10-50 kartų daugiau tirpiklio nei mėginio, o apytikslis patarimas - naudoti tokią kolbą, kurioje mėginys plonu sluoksniu dengia dugną.
- Įpilkite šiek tiek tirpiklio į ąsotį arba Erlenmejerio kolbą kartu su keliais verdančiais akmenimis ant šilumos šaltinio ir švelniai užvirinkite. Jei tirpiklis bus pilamas, naudokite ąsotį, o jei tirpiklis bus lašinamas pipete, naudokite Erlenmejerio kolbą. Jei karšto filtravimo etapas numatytas vėlesnėje procedūros dalyje, taip pat paruoškite žiedinį spaustuvą, kuriame yra piltuvėlis su rievėtu filtravimo popieriumi (2 b pav.).
Įpilkite mažiausią karšto tirpiklio kiekį.
- Kai tirpiklis užverda, pagriebkite ąsotį karšta rankų apsauga (2 d pav.), medvilninėmis pirštinėmis arba popierinio rankšluosčio laikikliu, pagamintu susukus popierinio rankšluosčio lapą į ilgą stačiakampį (2 c pav.). Į kolbą, kurioje yra netyroji kietoji medžiaga, į šilumos šaltinio pusę įpilkite nedidelę dalį verdančio tirpiklio, kad padengtų kolbos dugną. Jei kristalizacija atliekama nedideliu mastu (naudojant 50 ml ar mažesnę Erlenmejerio kolbą), gali būti lengviau naudoti pipetę tirpiklio dalims į kolbą perpilti.
- Įprasta, kad prieš įpilant tirpiklio sausa kieta medžiaga nebūtų dedama ant šilumos šaltinio, nes kitaip kieta medžiaga gali suirti. Kai kietoji medžiaga ištirpsta nedideliame tirpiklio kiekyje, ją galima padėti ant šilumos šaltinio.
)
- Ant šilumos šaltinio pastatykite kolbą su nešvaria kieta medžiaga ir tirpikliu. Naudokite kokį nors būdą, kad išvengtumėte atsitrenkimo (verdančius akmenis, jei planuojate "karštai filtruoti", verdančią lazdelę), ir tirpalą švelniai užvirinkite (3 pav., a).
- Įpilkite tirpiklio dalimis (3 b pav.), sukdami, kad lengviau ištirptų, kol kietoji medžiaga tiesiog ištirps (3 d pav.). 100 mg-1 g junginio įpilkite po 0,5-2 ml porcijas. Atkreipkite dėmesį, kad kietosios medžiagos visiškas ištirpimas gali užtrukti, nes tirpinimas turi kinetinį aspektą. Prieš įpilant daugiau tirpiklio, reikia leisti, kad kiekvienas papildymas visiškai užvirtų, o tarp papildymų reikia palikti šiek tiek laiko. Nesuteikus laiko tirpimui ir dėl to įpylus per daug tirpiklio, tai yra pagrindinis kristalizacijos klaidų šaltinis.
Neretai kaitinimo proceso metu matyti skysčio lašeliai (4 pav.). Taip atsitinka, kai medžiaga "išteka" arba ištirpsta anksčiau, nei ištirpsta. Jei taip atsitinka, skysčio lašeliai dabar yra kristalizuojamas junginys, todėl toliau dalimis pilkite tirpiklį, kol skysčio lašeliai taip pat visiškai ištirps. - Atidžiai stebėkite tirpalą ir įvertinkite, ar kietų gabalėlių (arba skysčio lašelių) dydis keičiasi su papildomu tirpikliu: jei ne, tai gali būti netirpi priemaiša. Bandant ištirpinti netirpias priemaišas, įpilkite perteklinio tirpiklio ir tai turės neigiamos įtakos išgaunamam kiekiui. Jei yra netirpių kietųjų priemaišų, tirpalas turėtų būti filtruojamas (šioje vietoje įterpkite karštojo filtravimo etapą). Spalvotas priemaišas šiuo metu taip pat galima pašalinti medžio anglimi.
Leiskite tirpalui lėtai atvėsti.
- Kai kietasis tirpalas tik ištirpsta, išimkite kolbą iš šilumos šaltinio naudodami karštų rankų apsaugą, popierinio rankšluosčio laikiklį arba pirštinę ir atidėkite ją į šalį, kad atvėstų. Nuimkite virinimo lazdelę arba maišymo strypą, jei naudotas apsaugai nuo smūgių (virinimo akmenis iš kietosios medžiagos galima išrinkti vėliau, jei jie buvo naudojami).
- Norėdami paskatinti lėtą aušinimą, pastatykite kolbą ant paviršiaus, kuris gerai nepraleidžia šilumos, pavyzdžiui, sulankstyto popierinio rankšluosčio. Erlenmejerio kolbos žiotis uždenkite laikrodžio stiklu, kad sulaikytumėte šilumą ir tirpiklį (5 pav., a). Leiskite tirpalui lėtai atvėsti iki kambario temperatūros.
- Tirpalui atvėsus, ilgainiui turėtų susidaryti kieti kristalai (5 pav., b). Jei tirpalas yra tik šiltas arba drumstas, o kristalai nesusidarė, stikline maišymo lazdele subraižykite stiklą ir pradėkite kristalizaciją.
- Prasidėjus kristalizacijai, kristalai turėtų lėtai augti mažėjant temperatūrai. Priklausomai nuo skalės, ideali kristalizacija trunka nuo 5 iki 20 minučių. Visiška kristalizacija greičiau nei per 5 minutes yra per greita.
- Kai tirpalas bus kambario temperatūros, 10-20 minučių kolbą įdėkite į ledo vonelę (ledo ir vandens suspensiją), kad dar labiau sumažintumėte junginio tirpumą ir maksimaliai padidintumėte kristalų susidarymą (5 d pav.). Į ledo vonelę taip pat įdėkite dalį tirpiklio, kuris vėliau bus panaudotas skalavimui siurbimo filtravimo metu.
- Naudokite siurbiamąjį filtravimą, kad iš mišinio atgautumėte kietąją medžiagą.
Mišraus tirpiklio kristalizacija, pavyzdys su paaiškinimais.
Šiame skyriuje pavaizduotoje kristalizacijoje parodytas maždaug 1 g transcinamo rūgšties mėginio gryninimas. Transcinamo rūgštis tirpsta metanolyje ir netirpsta vandenyje, todėl šioje kristalizacijoje naudojamas mišrus tirpiklis, sudarytas iš metanolio ir vandens, ir gaunamas 74 % išgavimas.
Daroma prielaida, kad eksperimentatorius, atliekantis šį metodą, anksčiau yra atlikęs arba skaitęs apie kristalizaciją vienu tirpikliu.
- Nustatykite du maišomus tirpiklius, kuriuos galima naudoti kristalizacijai (7 pav., a): norimas junginys turėtų būti tirpus viename tirpiklyje (vadinamas "tirpiuoju tirpikliu") ir netirpus kitame tirpiklyje (vadinamas "netirpiuoju tirpikliu").
- Perkelkite nešvarią kristalizuojamą kietąją medžiagą į tinkamo dydžio Erlenmejerio kolbą (7 b pav.).
- Į kolbą įpilkite šiek tiek "tirpaus tirpiklio" (7 pav., c), įmeskite verdančio lazdelę (arba verdančius akmenis, jei pageidaujate) ir kaitinkite garų vonelėje (7 pav., d). Kaitinimo plytelę galima atsargiai naudoti, jei naudojami mišrūs tirpikliai metanolis/vanduo arba etanolis/vanduo.
- Dalimis įpilkite daugiau "tirpaus tirpiklio", kol kietoji medžiaga tiesiog ištirps (8 pav., a). Būtinai palikite laiko tarp papildymų ir prieš pridėdami daugiau tirpalo, leiskite kiekvienam papildymui visiškai užvirti.
- "Netirpųjį tirpiklį" pilkite dalimis, kaitindami, kol tirpalas taps drumstas (8 pav., c).
- Šildant po truputį įpilkite "tirpųjį tirpiklį", kol tirpalas vėl nuskaidrės (8 d pav.).
- Išimkite kolbą iš šilumos šaltinio, nuimkite verdantį pagaliuką ir pastatykite kolbą ant kelis kartus sulenkto popierinio rankšluosčio. Erlenmejerio kolbos žiotis uždenkite laikrodiniu stiklu ir leiskite tirpalui lėtai atvėsti iki kambario temperatūros (9 pav., a).
- Tirpalui atvėsus, ilgainiui turėtų susidaryti kieti kristalai (9 b pav.). Jei reikia, stikline maišymo lazdele subraižykite kolbą ir pradėkite kristalizaciją. Įdėkite kristalus į ledinio vandens vonią 10-20 minučių ir surinkite kietąją medžiagą siurbimo filtravimo būdu.
Karštas filtravimas.
Karštasis filtravimas paprastai naudojamas kai kurių kristalizacijų metu, kai kietojoje medžiagoje yra priemaišų, kurios netirpsta kristalizacijos tirpiklyje. Jis taip pat būtinas kristalizuojant, kai naudojama medžio anglis, kad iš kietosios medžiagos būtų pašalintos labai spalvotos priemaišos, nes medžio anglis yra tokia smulki, kad jos negalima pašalinti dekantuojant.
Karštoji filtracija atliekama iš pradžių įpilant kelis ml tirpiklio per piltuvėlį, kuriame yra "rievėtas filtravimo popierius". Rievėtame filtravimo popieriuje yra daug įdubimų ir didelis paviršiaus plotas, todėl filtravimas vyksta greitai. Piltuvui leidžiama įkaisti, o filtruotinas mišinys užvirinamas. Tada verdantis mišinys dalimis perpilamas per filtravimo popierių (10 b ir d pav.).
Karštoji filtracija atliekama iš pradžių įpilant kelis ml tirpiklio per piltuvėlį, kuriame yra "rievėtas filtravimo popierius". Rievėtame filtravimo popieriuje yra daug įdubimų ir didelis paviršiaus plotas, todėl filtravimas vyksta greitai. Piltuvui leidžiama įkaisti, o filtruotinas mišinys užvirinamas. Tada verdantis mišinys dalimis perpilamas per filtravimo popierių (10 b ir d pav.).
Geriausia filtravimo piltuvėlį tvirtinti žiediniu spaustuku, nors piltuvėlį galima tiesiog uždėti ant kolbos. Jei nenaudojamas žiedinis spaustukas, rekomenduojama tarp kolbos ir piltuvėlio įdėti sulenktą popieriaus segtuką, kad išstumtas oras galėtų išeiti iš kolbos dugno nutekant skysčiui (10 c ir d pav.). Be žiedinio spaustuko įrenginys yra labiau linkęs apvirsti, todėl naudoti žiedinį spaustuką yra daug saugiau.
Karštas filtras naudojamas tirpalų, kurie atvėsę kristalizuojasi, filtravimui. Todėl svarbu, kad filtravimo metu piltuvėlis būtų karštas dėl sąlyčio su karštais tirpiklio garais, kitaip ant filtravimo popieriaus arba piltuvėlio kotelyje gali per anksti susidaryti kristalai (11 pav.).
Karštas filtras naudojamas tirpalų, kurie atvėsę kristalizuojasi, filtravimui. Todėl svarbu, kad filtravimo metu piltuvėlis būtų karštas dėl sąlyčio su karštais tirpiklio garais, kitaip ant filtravimo popieriaus arba piltuvėlio kotelyje gali per anksti susidaryti kristalai (11 pav.).
Dėl kristalizacijos ant filtravimo popieriaus gali užsikimšti įrenginys ir sumažėti išeiga (nes filtravimo popierius vėliau bus išmestas). Kristalizacija stiebelyje trukdo filtravimui ir gali užkimšti piltuvėlio dugną. Karšto filtravimo privalumas yra tas, kad filtravimo kolboje verdantis tirpiklis padeda ištirpdyti kristalus, kurie per anksti susidaro piltuvėlio kotelyje. Atliekant karštąjį filtravimą patariama naudoti piltuvėlį trumpu koteliu (12 a pav.) arba piltuvėlį be kotelio (12 c pav.), jei yra, o ne piltuvėlį ilgu koteliu (12 b pav.), nes trumpame kotelyje arba be kotelio medžiaga mažiau kristalizuojasi.
Kadangi labai svarbu, kad tirpalas filtruotųsi greitai, kol dar nespėjo atvėsti piltuvėlyje, vietoj keturkampio formos filtravimo popieriaus, kuris kartais naudojamas gravitaciniam filtravimui (13 b ir c pav.), paprastai naudojamas "rievėtas filtravimo popierius" (13 a pav.). Dėl didesnio rievėto filtravimo popieriaus lenkimų skaičiaus padidėja paviršiaus plotas ir greičiau filtruojama. Be to, dėl lankstinių tarp filtravimo popieriaus ir stiklinio piltuvėlio susidaro erdvė, todėl išstumtas oras lengviau išeina iš kolbos, kai skystis nuteka.
Žingsnis po žingsnio procedūros.
Karštasis filtravimas dažnai naudojamas su kristalizacija, ir ši procedūra turėtų būti įterpiama po tirpinimo etapo, bet prieš atidedant tirpalą lėtai atvėsti.
Paruoškite filtravimo sąranką
- Įsigykite piltuvėlį be kotelio arba su trumpu koteliu (14 a pav.) ir įstatykite jį į žiedinį spaustuką, pritvirtintą prie žiedinio stovo arba grotelių (arba kaip alternatyvą įsigykite sulenktą popieriaus spaustuką, kaip parodyta 14 b pav.).
- Iš tinkamo piltuvėliui dydžio filtravimo popieriaus suformuokite akordeono formą (instrukcijos pateiktos 15 pav., o gautas akordeonas - 14 a pav.). Įdėtas į piltuvėlį popierius neturi būti trumpesnis už piltuvėlio viršų, kitaip pilant tirpalas gali praslysti pro filtravimo popierių.
- Po piltuvėliu ir ant šilumos šaltinio pastatę švarią tinkamo kristalizacijai dydžio Erlenmejerio kolbą, įpilkite į ją keletą ml karšto tirpiklio (14 d pav.).
a) Jei naudojate žiedinį spaustuką, sureguliuokite spaustuką taip, kad tarp Erlenmejerio kolbos burnos ir piltuvėlio dugno būtų nedidelis tarpas: tai leidžia išstumti orą, kai skystis teka į kolbą. Jei tarpas per didelis, karšti garai išeis neįkaitinę piltuvėlio.
b) Jei nenaudojamas žiedinis spaustukas, tarp kolbos ir piltuvėlio įdėkite sulenktą popieriaus segtuką (14 b pav.). - Leiskite tirpikliui užvirti ir įkaitinkite visą sąranką. Jei naudojate medžio anglį, įterpkite šią procedūrą dabar.
Tirpalo filtravimas porcijomis.
- Kai filtravimo kolba yra gana karšta, o filtruojamas tirpalas verda, verdantį mišinį į filtravimo piltuvą pilkite porcijomis. Pilant lieskite kolbą prie piltuvėlyje esančio filtravimo popieriaus (16 pav., a).
- Saugos pastaba: kolba gali būti gana karšta, o pilant karšti garai gali nudeginti ranką (pilkite į šoną, kad ranka nebūtų virš piltuvėlio). Jei kolba per karšta, kad ją būtų galima laikyti rankomis, naudokite popierinio rankšluosčio laikiklį (16 a pav.):
a) Kelis kartus perlenkite popierinio rankšluosčio dalį taip, kad gautoji juostelė būtų maždaug vieno colio pločio. Jei reikia, juostelę sutvirtinkite keliais lipnios juostos gabalėliais.
b) Laikant kolbą, popierinio rankšluosčio laikiklis turi būti žemiau kolbos briaunos. Tokiu būdu pilant skystis nevirs link popierinio rankšluosčio (16 a pav. rankšluostis lieka sausas, o 16 c pav. per platus rankšluostis yra drėgnas).
- Nepilant filtruojamo mišinio, kolba grąžinama į šilumos šaltinį (17 pav. a).
- Kai mišinys visiškai išfiltruotas, tuščią kolbą pastatykite ant stalviršio (saugos pastaba: nekaitinkite tuščios kolbos, nes ji gali įtrūkti). Apžiūrėkite piltuvėlį: jei ant filtravimo popieriaus matyti kristalų (kaip 17 b pav.), nuplaukite keliais ml verdančio tirpiklio, kad jie ištirptų. 17 c pav. atveju skalauti nereikia.
- Apžiūrėkite filtratą (skystį, prasiskverbusį pro filtravimo popierių). Jei buvo naudota medžio anglis ir filtratas yra pilkas arba matomos smulkios juodos dalelės, vadinasi, medžio anglis prasiskverbė pro filtravimo popierių per skylutę arba buvo panaudotas netinkamo dydžio filtravimo tinklelis. Jei klasiokų tirpaluose nėra pilkos spalvos, tikėtina, kad tai buvo skylutė. Karšto filtravimo veiksmą pakartokite su nauju filtravimo popieriumi ir kolba.
Last edited by a moderator:
