Pārkristalizācija.
Ķīmijā pārkristalizācija ir metode, ko izmanto ķīmisko vielu attīrīšanai. Izšķīdinot gan piemaisījumus, gan savienojumu atbilstošā šķīdinātājā, no šķīduma var izņemt vēlamo savienojumu vai piemaisījumus, atstājot otru. Tā ir nosaukta par kristāliem, kas bieži veidojas, kad savienojums izgulsnējas. Alternatīvi ar pārkristalizāciju var apzīmēt dabisku lielāku ledus kristālu augšanu uz mazāku kristālu rēķina.
Attīrīšanas metodes pamatā ir princips, ka vairuma cieto vielu šķīdība palielinās, paaugstinoties temperatūrai. Tas nozīmē, ka, paaugstinoties temperatūrai, palielinās šķīdinātājā izšķīdināmās vielas daudzums.
Lai augstā temperatūrā pagatavotu ļoti koncentrētu šķīdumu, izšķīdina netīru savienojumu (piemaisījumiem arī jābūt šķīstošiem šķīdinātājā). Šķīdumu atdzesē. Samazinot temperatūru, samazinās šķīdumā esošo piemaisījumu un attīrāmās vielas šķīdība. Tad neattīrīta viela kristalizējas pirms piemaisījumiem - pieņemot, ka neattīrītas vielas ir vairāk nekā piemaisījumu. Netīra viela kristalizēsies tīrākā formā, jo piemaisījumi vēl nekristalizēsies, tāpēc šķīdumā paliks piemaisījumi. Šajā brīdī ir jāizmanto filtrēšanas process, lai atdalītu tīrākos kristālus. Šo procedūru var atkārtot. Lai prognozētu pārkristalizēšanas procedūras iznākumu, var izmantot šķīdības līknes.
Rekristalizācija vislabāk darbojas, ja.
Attīrīšanas metodes pamatā ir princips, ka vairuma cieto vielu šķīdība palielinās, paaugstinoties temperatūrai. Tas nozīmē, ka, paaugstinoties temperatūrai, palielinās šķīdinātājā izšķīdināmās vielas daudzums.
Lai augstā temperatūrā pagatavotu ļoti koncentrētu šķīdumu, izšķīdina netīru savienojumu (piemaisījumiem arī jābūt šķīstošiem šķīdinātājā). Šķīdumu atdzesē. Samazinot temperatūru, samazinās šķīdumā esošo piemaisījumu un attīrāmās vielas šķīdība. Tad neattīrīta viela kristalizējas pirms piemaisījumiem - pieņemot, ka neattīrītas vielas ir vairāk nekā piemaisījumu. Netīra viela kristalizēsies tīrākā formā, jo piemaisījumi vēl nekristalizēsies, tāpēc šķīdumā paliks piemaisījumi. Šajā brīdī ir jāizmanto filtrēšanas process, lai atdalītu tīrākos kristālus. Šo procedūru var atkārtot. Lai prognozētu pārkristalizēšanas procedūras iznākumu, var izmantot šķīdības līknes.
Rekristalizācija vislabāk darbojas, ja.
- piemaisījumu daudzums ir neliels.
- vēlamā šķīdinātāja šķīdības līkne strauji pieaug līdz ar temperatūru.
Viena šķīdinātāja kristalizācija, piemērs ar paskaidrojumiem.
Šajā sadaļā attēlotajā kristalizācijā attēlota aptuveni 1 g veca NBS - bromosukcinimīda (NBS) parauga attīrīšana, kas tika atrasts reaģenta pudelē kā oranžs pulveris. Kristalizācijā kā šķīdinātājs tiek izmantots ūdens, kam nav problēmu ar uzliesmojamību, tāpēc tiek izmantota karstā plīts.Ja kristalizācija jāveic, izmantojot viegli uzliesmojošus organiskos šķīdinātājus, ieteicams un dažos gadījumos (izmantojot dietilēteri, acetonu vai zemas viršanas temperatūras petrolēteri) ir nepieciešams izmantot tvaika vannu. Turpmāk aprakstītā procedūra jāizmanto kā procesa vadlīnijas, un dažas galvenās atšķirības starp ūdens un organisko šķīdinātāju izmantošanu ir aplūkotas nākamajā nodaļā.
Sagatavot iestatījumu:
- Neattīrītu kristalizējamo cieto vielu pārnest uz atbilstoša izmēra Erlenmeijera kolbu (2. a attēls). Ja cietā viela ir granulveida, vispirms to sasmalcina ar stikla maisīšanas stieni.
- Nav ieteicams veikt kristalizāciju vārglāzē. Erlenmeijera kolbas šaurā augšdaļa ļauj vieglāk virpuļot un līdz minimumam samazināt iztvaikošanu procesa laikā, jo šķīdinātāja tvaiki kondensējas uz kolbas sieniņām (tie "refluksējas" uz kolbas malām). Erlenmeijera kolbas šaurā augšdaļa ļauj arī vieglāk nosegt kolbu dzesēšanas posmā vai pat, iespējams, aizbāzt ar aizbāzni ilgstošas kristalizācijas gadījumā. Kolba ar apaļu dibenu arī nav ideāli piemērota kristalizācijai, jo kolbas forma apgrūtina cietvielas atgūšanu procesa beigās.
- Ir svarīgi, lai kristalizācijas laikā kolba nebūtu ne pārāk pilna, ne pārāk tukša. Ja kolba būs vairāk nekā līdz pusei pilna ar karstu šķīdinātāju, būs grūti novērst kolbas vārīšanos. Ja kolbā šķīdinātāja būs mazāk nekā 1 cm, šķīdums atdzisīs pārāk ātri. Parasti šķīdinātāja parasti izmanto 10 līdz 50 reižu vairāk nekā parauga, un aptuvenā vadlīnija ir izmantot kolbu, kurā paraugs tikai pārklāj dibenu plānā slānī.
- Uz karstuma avota uzliek nedaudz šķīdinātāja vārglāzē vai Erlenmeijera kolbā kopā ar dažiem vārošiem akmentiņiem un uzkarsē līdz lēnam vārīšanās procesam. Ja šķīdinātāju ielej, izmantojiet vārglāzi, ja šķīdinātāju iepilinās ar pipeti, un Erlenmeijera kolbu, ja šķīdinātāju iepilinās ar pipeti. Ja vēlāk procedūrā paredzēts karstās filtrēšanas posms, sagatavojiet arī gredzenveida skavu, kurā ir piltuve ar rievotu filtrpapīru (2. b attēls).
Pievieno minimālo karstā šķīdinātāja daudzumu.
- Kad šķīdinātājs sāk vārīties, satver mērglāzi ar karstu roku aizsargu (2. attēls, d), kokvilnas cimdiem vai papīra dvieļa turētāju, kas izgatavots, papīra dvieļa loksni saritinot garā taisnstūrī (2. c attēls). Uz karstuma avota pusi kolbā, kurā ir netīra cietviela, ielej nelielu daļu verdoša šķīdinātāja, lai pārklātu kolbas dibenu. Ja kristalizāciju veic nelielā apjomā (izmantojot 50 ml Erlenmeijera kolbu vai mazāku), var būt vieglāk izmantot pipeti, lai pārnestu šķīdinātāja porcijas uz kolbu.
- Pirms šķīdinātāja pievienošanas sauso cieto vielu parasti nenovieto pie karstuma avota, citādi cietā viela var sadalīties. Kad cietā viela ir izkliedēta nelielā šķīdinātāja daudzumā, to var novietot uz siltuma avota.
)
- Kolbu ar neattīrītu cieto vielu un šķīdinātāju novieto uz siltuma avota. Izmantojiet kādu metodi, lai novērstu saskandināšanu (vārāmie akmeņi, ja plānojat "karstu filtrēšanu", vārāmā nūjiņa), un uzkarsējiet šķīdumu līdz lēnai vārīšanās temperatūrai (3. a attēls).
- Pievienojiet šķīdinātāju pa daļām (3. b attēls), griežot, lai veicinātu šķīdināšanu, līdz cietā viela tikko izšķīst (3. d attēls). 100 mg-1 g savienojuma pievieno pa 0,5-2 ml porcijām. Ņemiet vērā, ka cietās vielas pilnīgai izšķīdināšanai var būt nepieciešams laiks, jo šķīdināšanai ir kinētisks aspekts. Pirms šķīdinātāja pievienošanas katrai piedevai jāļauj pilnībā uzvārīties, un starp pievienotajām piedevām jāpagaida zināms laiks. Galvenais kļūdu avots kristalizācijā ir laika nepiešķiršana izšķīdināšanai un līdz ar to pārāk liela šķīdinātāja pievienošana.
Nereti karsēšanas laikā var redzēt šķidruma pilienus (4. attēls). Tas ir tad, kad materiāls "izsmērējas" jeb izkūst, pirms tas izšķīst. Ja tā notiek, šķidruma pilieni tagad ir kristalizējamais savienojums, tāpēc turpiniet pievienot šķīdinātāju pa porcijām, līdz arī šķidruma pilieni pilnībā izšķīst. - Uzmanīgi vērojiet šķīdumu, lai novērtētu, vai cieto gabaliņu (vai šķidro pilienu) izmērs mainās, pievienojot papildu šķīdinātāju: ja tas nenotiek, tie var būt nešķīstošs piemaisījums. Pārmērīga šķīdinātāja pievienošana, mēģinot izšķīdināt nešķīstošus piemaisījumus, negatīvi ietekmēs reģenerāciju. Ja ir nešķīstoši cietie piemaisījumi, šķīdums jāfiltrē (šajā brīdī ievietojiet karstās filtrēšanas posmu). Krāsainos piemaisījumus šajā brīdī var arī noņemt ar kokogli.
Ļauj šķīdumam lēnām atdzist.
- Kad cietā viela ir tikko izšķīdusi, noņemiet kolbu no karstuma avota, izmantojot karstu roku aizsargu, papīra dvieļu turētāju vai cimdu, un atlieciet to malā, lai atdzistu. Noņemiet vārošo nūjiņu vai maisīšanas stieni, ja to izmantoja, lai pasargātu no triecieniem (vārošos akmentiņus no cietās vielas var izņemt vēlāk, ja tos izmantoja).
- Lai veicinātu lēnu atdzišanu, kolbu novietojiet uz virsmas, kas labi nevadītu siltumu, piemēram, salocīta papīra dvieļa. Erlenmeijera kolbas augšdaļu aizsedz ar pulksteņa stiklu, lai saglabātu siltumu un šķīdinātāju (5. a attēls). Ļauj šķīdumam lēnām sasniegt istabas temperatūru.
- Šķīdumam atdziestot, galu galā veidojas cietie kristāli (5. b attēls). Ja šķīdums ir tikai silts uz tausti vai duļķains un nav izveidojušies kristāli, izmantojiet stikla maisīšanas stienīti, lai saskrāpētu stiklu un uzsāktu kristalizāciju.
- Kad kristalizācija ir sākusies, kristāliem vajadzētu lēnām augt, samazinoties temperatūrai. Ideāla kristalizācija atkarībā no skalas ilgst no 5 līdz 20 minūtēm, līdz pilnībā izkristalizējas. Pilnīga kristalizācija mazāk nekā 5 minūtēs ir pārāk ātra.
- Kad šķīdums ir istabas temperatūrā, kolbu uz 10-20 minūtēm ievieto ledus vannā (ledus-ūdens suspensija), lai vēl vairāk samazinātu savienojuma šķīdību un maksimāli veicinātu kristālu veidošanos (5. attēls, d). Ledus vannā ievietot arī daļu šķīdinātāja, ko vēlāk izmantos skalošanai sūknēšanas filtrēšanas laikā.
- Izmantojiet sūknēšanas filtrāciju, lai no maisījuma atgūtu cieto vielu.
Jaukta šķīdinātāja kristalizācija, piemērs ar paskaidrojumiem.
Šajā iedaļā attēlotā kristalizācija parāda aptuveni 1 g transcinamīnskābes parauga attīrīšanu. Transcinamīnskābe šķīst metanolā un nešķīst ūdenī, un šajā kristalizācijā izmanto jauktu šķīdinātāju - metanolu un ūdeni, lai iegūtu 74 % atguvumu.
Tiek pieņemts, ka eksperimentētājs, kas veic šo paņēmienu, iepriekš ir veicis vai lasījis par kristalizāciju ar vienu šķīdinātāju.
- Nosaka divus maisāmus šķīdinātājus, kurus var izmantot kristalizācijai (7. attēls, a): vēlamajam savienojumam jābūt šķīstošam vienā šķīdinātājā (ko sauc par "šķīstošo šķīdinātāju") un nešķīstošam otrā šķīdinātājā (ko sauc par "nešķīstošo šķīdinātāju").
- Neattīrītu kristalizējamo cieto vielu pārnes atbilstoša izmēra Erlenmeijera kolbā (7. b attēls).
- Kolbā ielej nedaudz "šķīstošā šķīdinātāja" (7. attēls, c), pievieno vārošu nūjiņu (vai vārošus akmeņus, ja vēlaties), tad karsē tvaika vannā (7. attēls, d). Ja izmanto jauktus šķīdinātājus metanolu/ūdeni vai etanolu/ūdeni, var piesardzīgi izmantot karsto plīti.
- Pievieno vairāk "šķīstošā šķīdinātāja" pa daļām, līdz cietā viela vienkārši izšķīst (8. a attēls). Noteikti atstājiet laiku starp pievienošanas reizēm un ļaujiet katrai piedevai pilnībā uzvārīties, pirms pievienojat vēl.
- Pievieno "nešķīstošo šķīdinātāju" pa porcijām, karsējot, līdz šķīdums kļūst tikai duļķains (8. c attēls).
- Pievieno "šķīstošo šķīdinātāju" pa pilieniem, karsējot, līdz šķīdums atkal kļūst dzidrs (8. attēls, d).
- Kolbu noņem no karstuma avota, izņem vārošo stienīti un kolbu novieto uz vairākas reizes salocīta papīra dvieļa. Erlenmeijera kolbas augšdaļu aizsedz ar pulksteņa stiklu un ļauj šķīdumam lēnām atdzist līdz istabas temperatūrai (9. a attēls).
- Šķīdumam atdziestot, galu galā veidojas cietie kristāli (9. b attēls). Vajadzības gadījumā ar stikla maisīšanas stieni saskrāpēt kolbu un uzsākt kristalizāciju. Ievietot kristālus ledus ūdens vannā uz 10-20 minūtēm un savākt cieto vielu, filtrējot ar sūknēšanas filtru.
Karstā filtrēšana.
Karsto filtrāciju parasti izmanto dažās kristalizācijās, kad cietā viela satur piemaisījumus, kas nešķīst kristalizācijas šķīdinātājā. Tā ir nepieciešama arī kristalizācijā, kad izmanto kokogles, lai no cietas vielas atdalītu ļoti krāsainus piemaisījumus, jo kokogles ir tik smalkas, ka tās nevar atdalīt, dekantējot.
Karsto filtrēšanu veic, vispirms ielejot dažus ml šķīdinātāja caur piltuvi, kurā ir "rievots filtrpapīrs". Rievotajam filtrpapīram ir daudz iegriezumu un liels virsmas laukums, kas ļauj ātri filtrēt. Piltuvei ļauj sakarst, kamēr filtrējamo maisījumu uzkarsē līdz vārīšanās temperatūrai. Vārošo maisījumu pēc tam pa porcijām izlej caur filtrpapīru (10. attēls, b un d).
Karsto filtrēšanu veic, vispirms ielejot dažus ml šķīdinātāja caur piltuvi, kurā ir "rievots filtrpapīrs". Rievotajam filtrpapīram ir daudz iegriezumu un liels virsmas laukums, kas ļauj ātri filtrēt. Piltuvei ļauj sakarst, kamēr filtrējamo maisījumu uzkarsē līdz vārīšanās temperatūrai. Vārošo maisījumu pēc tam pa porcijām izlej caur filtrpapīru (10. attēls, b un d).
Vislabāk filtrēšanas piltuvi nostiprināt ar gredzenveida skavu, lai gan piltuvi var arī vienkārši novietot uz kolbas. Ja neizmanto gredzenveida skavu, ieteicams starp kolbu un piltuvi ievietot saliektu papīra skavu, lai izspiestais gaiss varētu izplūst no kolbas dibena, šķidrumam notecot (10. attēls, c un d). Bez gredzenveida skavas ir lielāka iespēja, ka kolba apgāzīsies, tāpēc gredzenveida skavas izmantošana ir ievērojami drošāka.
Karsto filtrāciju izmanto, lai filtrētu šķīdumus, kas, atdzesējot, kristalizēsies. Tāpēc ir svarīgi, lai piltuve filtrēšanas laikā būtu karsta, saskaroties ar karstiem šķīdinātāja tvaikiem, citādi uz filtrpapīra vai piltuves kāta var priekšlaicīgi izveidoties kristāli (11. attēls).
Karsto filtrāciju izmanto, lai filtrētu šķīdumus, kas, atdzesējot, kristalizēsies. Tāpēc ir svarīgi, lai piltuve filtrēšanas laikā būtu karsta, saskaroties ar karstiem šķīdinātāja tvaikiem, citādi uz filtrpapīra vai piltuves kāta var priekšlaicīgi izveidoties kristāli (11. attēls).
.
a) Piltuves kātiņā notikusi kristalizācija, b) uz filtrpapīra redzams griezums, kas attēlo cietu vielu, kura nedaudz kristalizējusies uz filtrpapīra, c) uz filtrpapīra izveidojušies acīmredzami kristāli.Kristalizācija uz filtrpapīra var aizsprostot ierīci un radīt iznākuma zudumus (jo filtrpapīru vēlāk izmet). Kristalizācija kājiņā kavē filtrēšanu un var darboties kā aizsprosts piltuves dibenā. Karstās filtrēšanas priekšrocība ir tā, ka vārošs šķīdinātājs filtrēšanas kolbā palīdz izšķīdināt kristālus, kas priekšlaicīgi veidojas piltuves kātiņā. Veicot karsto filtrēšanu, ieteicams izmantot piltuvi ar īsu kātu (12. a attēls) vai piltuvi bez kāta (12. c attēls), ja tāda ir, nevis piltuvi ar garu kātu (12. b attēls), jo īsā vai bez kāta materiāls mazāk kristalizējas.
Tā kā ir svarīgi, lai šķīdums filtrētos ātri, pirms tam piltuvē ir iespēja atdzist, parasti izmanto "rievotu filtrpapīru" (13. attēls, b un c), nevis četrstūraini salocītu filtrpapīru, ko dažkārt izmanto gravitācijas filtrēšanai (13. attēls, a). Lielāks locījumu skaits uz rievotā filtrpapīra palielina virsmas laukumu un paātrina filtrāciju. Locījumi arī rada telpu starp filtrpapīru un stikla piltuvi, ļaujot izspiestajam gaisam vieglāk izplūst no kolbas, jo šķidrums aizplūst.
Soli pa solim.
Karsto filtrēšanu bieži izmanto kopā ar kristalizāciju, un šī procedūra jāievieto pēc šķīdināšanas soļa, bet pirms šķīduma atstāšanas malā, lai lēnām atdzistu.
Sagatavot filtrēšanas iestatījumu
- Iegūst piltuvi bez kāta vai ar īsu kātu (14. a attēls) un ievieto to gredzenveida skavā, kas piestiprināta pie gredzenveida statīva vai režģa (vai arī iegūst saliektu papīra saspraudi, kas parādīta 14. b attēlā).
- Izfrēzējiet piltuvei atbilstoša izmēra filtrpapīru akordeona formā (norādījumi ir 15. attēlā, un iegūtais akordeons ir 14. a attēlā). Ievietojot piltuvē, papīrs nedrīkst būt īsāks par piltuves augšdaļu, citādi šķīdums, ielejot to, var izslīdēt garām filtrpapīram.
.
- Izmantojot tīru Erlenmeijera kolbu, kuras izmērs ir piemērots kristalizācijai, zem piltuves un uz siltuma avota, ielej piltuvē dažus ml karsta šķīdinātāja (14. attēls, d).
a) Ja izmanto gredzenveida skavu, noregulē skavu tā, lai starp Erlenmeijera kolbas muti un piltuves dibenu būtu neliela sprauga: tas ļauj izspiest gaisu, kad kolbā ieplūst šķidrums. Ja sprauga ir pārāk liela, karstie tvaiki izplūdīs, nesasildot piltuvi.
b) Ja neizmanto gredzenveida skavu, starp kolbu un piltuvi ievieto saliektu papīra saspraudi (14. b attēls). - Ļauj šķīdinātājam uzvārīties, lai viss komplekts būtu karsts. Ja izmanto kokogles, ievieto šo procedūru tagad.
Šķīduma filtrēšana porcijās.
- Kad filtrēšanas kolba ir diezgan karsta un filtrējamais šķīdums vārās, filtrēšanas piltuvē ielej vārošo maisījumu pa porcijām. Ielejot kolbu, pieskarieties piltuvē ievietotajam filtrpapīram (16. a attēls).
- Drošības piezīme: kolba var būt diezgan karsta, un karstie tvaiki var apdedzināt roku, kad ielejat (ielejiet uz sāniem, lai roka nebūtu virs piltuves). Ja kolba ir pārāk karsta, lai to turētu ar rokām, izmantojiet "papīra dvieļu turētāju", lai turētu kolbu (16. a attēls):
a) Pārlociet papīra dvieļa daļu vairākas reizes tā, lai iegūtā sloksne būtu aptuveni vienu collu plata. Ja nepieciešams, nostipriniet sloksni kopā, izmantojot dažus līmlentes gabaliņus.
b) Papīra dvieļa turētājam, turot kolbu, jāatrodas zem kolbas malas. Šādā veidā šķidrums, lejot, nevirzīsies uz papīra dvieli (16. attēla a) attēlā dvielis paliek sauss, bet 16. attēla c) attēlā - slapjš ar pārāk platu dvieli).
.
a) Kolbu starp ielejot atgriež siltuma avotā, filtrpapīrus, kas b) jāskalo, c) nedrīkst skalo.- Ja filtrējamo maisījumu nelej, kolbu atgriež siltuma avotā (17. attēls, a).
- Kad maisījums ir pilnībā filtrēts, tukšo kolbu novieto uz galda virsmas (drošības piezīme: tukšu kolbu nekarsē, citādi tā var saplaisāt). Pārbauda piltuvi: ja uz filtrpapīra ir redzami kristāli (kā 17. b attēlā), tos izšķīdina ar dažiem ml verdoša šķīdinātāja. Izskalošana nav vajadzīga 17. c attēlā.
- Pārbaudiet filtrātu (šķidrumu, kas izgājis cauri filtrpapīram). Ja tika izmantota kokogles un filtrāts ir pelēks vai redzamas smalkas melnas daļiņas, tad kokogles caur filtrpapīru ir izgājušas caur caurumu vai arī ir izmantots nepareizs filtra acs izmērs. Ja klasesbiedru šķīdumos nav pelēkas krāsas, visticamāk, tas bija caurums. Atkārtojiet karstās filtrēšanas darbību ar jaunu filtrpapīru un kolbu.
Last edited by a moderator:
