Rekristalizacija.
V kemiji je rekristalizacija tehnika, ki se uporablja za prečiščevanje kemikalij. Z raztapljanjem nečistoč in spojine v ustreznem topilu lahko iz raztopine odstranimo želeno spojino ali nečistoče, drugo pa ostane. Ime je dobila zaradi kristalov, ki pogosto nastanejo, ko se spojina obori. Druga možnost je, da se rekristalizacija nanaša na naravno rast večjih ledenih kristalov na račun manjših.
Metoda čiščenja temelji na načelu, da se topnost večine trdnih snovi povečuje z višanjem temperature. To pomeni, da se z višanjem temperature povečuje količina topljenca, ki se lahko raztopi v topilu.
Raztopimo nečisto spojino (nečistoče morajo biti prav tako topne v topilu), da pripravimo visoko koncentrirano raztopino pri visoki temperaturi. Raztopino ohladimo. Zaradi zniževanja temperature se zmanjša topnost nečistoč v raztopini in snovi, ki jo čistimo. Nečista snov nato kristalizira pred nečistočami - ob predpostavki, da je bilo čiste snovi več kot nečistoč. Nečista snov bo kristalizirala v čistejši obliki, ker nečistoče še ne bodo kristalizirale, zato bodo nečistoče ostale v raztopini. Za ločevanje čistejših kristalov je treba na tej točki uporabiti postopek filtriranja. Postopek se lahko ponovi. Krivulje topnosti lahko uporabimo za napoved izida postopka rekristalizacije.
Rekristalizacija je najbolj uspešna, kadar.
Metoda čiščenja temelji na načelu, da se topnost večine trdnih snovi povečuje z višanjem temperature. To pomeni, da se z višanjem temperature povečuje količina topljenca, ki se lahko raztopi v topilu.
Raztopimo nečisto spojino (nečistoče morajo biti prav tako topne v topilu), da pripravimo visoko koncentrirano raztopino pri visoki temperaturi. Raztopino ohladimo. Zaradi zniževanja temperature se zmanjša topnost nečistoč v raztopini in snovi, ki jo čistimo. Nečista snov nato kristalizira pred nečistočami - ob predpostavki, da je bilo čiste snovi več kot nečistoč. Nečista snov bo kristalizirala v čistejši obliki, ker nečistoče še ne bodo kristalizirale, zato bodo nečistoče ostale v raztopini. Za ločevanje čistejših kristalov je treba na tej točki uporabiti postopek filtriranja. Postopek se lahko ponovi. Krivulje topnosti lahko uporabimo za napoved izida postopka rekristalizacije.
Rekristalizacija je najbolj uspešna, kadar.
- je količina nečistoč majhna.
- krivulja topnosti želenega topljenca hitro narašča s temperaturo.
Kristalizacija z enim topilom, primer s pojasnili.
Kristalizacija na sliki v tem razdelku prikazuje čiščenje približno 1 g vzorca starega NBS - bromosukcinimida (NBS), ki smo ga našli v steklenički z reagentom v obliki oranžnega prahu. Pri kristalizaciji se kot topilo uporablja voda, ki nima težav z vnetljivostjo, zato se uporablja vroča plošča.Če se kristalizacija izvaja z uporabo vnetljivih organskih topil, je priporočljiva in v nekaterih primerih nujna parna kopel (pri uporabi dietiletra, acetona ali petroletra z nizkim vreliščem). Naslednji postopek se uporablja kot smernica za postopek, nekatere ključne razlike med uporabo vode in organskih topil pa so obravnavane v prihodnjem razdelku.
Slika
a) V erlenmajerico dodan nečisti NBS, b) segrevanje vode na kuhalni plošči, c) dodajanje vroče vode trdni snovi z uporabo držala za papirnate brisače, ki drži čašo, d) dodajanje vroče vode trdni snovi (ne NBS, gre za drug sistem) z uporabo silikonskega ščitnika za vroče roke.Priprava nastavitev:
- Nečisto trdno snov za kristalizacijo prenesite v ustrezno veliko Erlenmeyerjevo bučko (slika 2 a). Če je trdna snov zrnata, jo najprej zmeljemo s stekleno mešalno palico.
- Kristalizacije v čaši ni priporočljivo izvajati. Ozko ustje Erlenmeyerjeve bučke omogoča lažje vrtenje in čim manjše izhlapevanje med postopkom, saj hlapi topila namesto na stenah bučke kondenzirajo na stenah bučke ("refluksirajo" na straneh bučke). Ozko ustje Erlenmeyerjeve bučke omogoča tudi lažje pokrivanje bučke med fazo ohlajanja ali celo morebitno zamašitev pri dolgih kristalizacijah. Erlenmajerica z okroglim dnom prav tako ni idealna za kristalizacijo, saj je zaradi oblike erlenmajerice na koncu postopka težko pridobiti trdno snov.
- Pomembno je, da bučka med kristalizacijo ni prepolna ali preprazna. Če bo erlenmajerica več kot do polovice napolnjena z vročim topilom, bo težko preprečiti, da bi erlenmajerica zavrela. Če je v erlenmajerici topila manj kot 1 cm, se bo raztopina prehitro ohladila. Običajno se uporabi od 10 do 50-krat več topila kot vzorca, grobo vodilo pa je uporaba bučke, v kateri vzorec v tankem sloju prekriva dno.
- V čašo ali Erlenmeyerjevo bučko dajte nekaj topila skupaj z nekaj vreliščnimi kamni na vir toplote in rahlo zavrite. Če boste topilo vlivali, uporabite čašo, če ga boste pipetirali, pa Erlenmeyerjevo bučko. Če je v nadaljevanju postopka predvidena vroča filtracija, pripravite tudi obročasto objemko, ki vsebuje lijak z žlebljenim filtrirnim papirjem (slika 2 b).
Dodajte najmanjšo količino vročega topila.
- Ko topilo zavre, zajemite čašo z zaščito za vroče roke (slika 2 d), bombažnimi rokavicami ali držalom za papirnato brisačo, ki ga naredite tako, da list papirnate brisače zvijete v dolg pravokotnik (slika 2 c). Ob strani vira toplote vlijte majhen odmerek vrelega topila v erlenmajerico z nečisto trdno snovjo, da prekrijete dno erlenmajerice. Če se kristalizacija izvaja v manjšem obsegu (z Erlenmeyerjevo bučko s prostornino 50 ml ali manjšo), je morda lažje uporabiti pipeto za prenos delov topila v bučko.
- Običajno je, da pred dodajanjem topila suhe trdne snovi ne postavimo na vir toplote, sicer se lahko trdna snov razgradi. Ko je trdna snov razpršena v majhni količini topila, jo lahko postavimo na vir toplote.
- Bučko z nečisto trdno snovjo in topilom postavite na vrh vira toplote. Uporabite kakšno metodo za preprečevanje trkov (vreli kamni, če nameravate "vroče filtrirati", vrelišče) in raztopino privedite do blagega vrenja (slika 3 a).
- Dodajte topilo po delih (slika 3 b), pri čemer ga vrteti pomagajte pri raztapljanju, dokler se trdna snov ne raztopi (slika 3 d). Za 100 mg-1 g spojine dodajte po 0,5-2 ml naenkrat. Upoštevajte, da lahko traja nekaj časa, preden se trdna snov popolnoma raztopi, saj gre pri raztapljanju za kinetični vidik. Pred dodajanjem dodatnega topila je treba pustiti, da vsak dodatek popolnoma zavre, med posameznimi dodatki pa je treba pustiti nekaj časa. Neupoštevanje časa za raztapljanje in posledično dodajanje preveč topila je glavni vir napak pri kristalizaciji.
Med segrevanjem se neredko pojavijo kapljice tekočine (slika 4). To se zgodi, ko se snov "razmaže" ali stopi, preden se raztopi. Če se to zgodi, so kapljice tekočine zdaj spojina, ki jo kristalizirate, zato nadaljujte z dodajanjem topila po delih, dokler se tudi kapljice tekočine popolnoma ne raztopijo. - Pozorno opazujte raztopino in presodite, ali se velikost trdnih koščkov (ali tekočih kapljic) z dodatnim topilom spreminja: če se ne spreminja, gre morda za netopno nečistočo. Dodajanje odvečnega topila pri poskusu raztapljanja netopnih nečistoč bo negativno vplivalo na izkoristek. Če so prisotne netopne trdne nečistoče, je treba raztopino filtrirati (na tej točki vstavite fazo vroče filtracije). Barvne nečistoče lahko na tej točki odstranite tudi z ogljem.
"
a) Oljne kapljice acetanilida v raztopini, razbarvani z ogljem, b in c) Oljne kapljice, ki vsebujejo metil rdeče in acetanilid v vodi.Pustite, da se raztopina počasi ohladi.
- Ko je trdna snov pravkar raztopljena, odstranite erlenmajerico iz vira toplote s pomočjo ščitnika za vroče roke, držala za papirnate brisače ali rokavice in jo postavite na stran, da se ohladi. Odstranite paličico za kuhanje ali paličico za mešanje, če jo uporabljate zaradi zaščite pred udarci (če jo uporabljate, lahko kasneje iz trdne snovi poberete vrele kamne).
- Da bi spodbudili počasno ohlajanje, postavite bučko na površino, ki ne prevaja dobro toplote, na primer na prepognjeno papirnato brisačo. Ustje Erlenmeyerjeve bučke pokrijte z urnim steklom, da zadržite toploto in topilo (slika 5 a). Počakajte, da raztopina počasi doseže sobno temperaturo.
- Ko se raztopina ohladi, se sčasoma oblikujejo trdni kristali (slika 5 b). Če je raztopina na otip le topla ali motna in se ne tvorijo kristali, uporabite stekleno paličico za mešanje, da poškropite steklo in sprožite kristalizacijo.
- Po začetku kristalizacije morajo kristali počasi rasti, ko se temperatura znižuje. Idealna kristalizacija traja od 5 do 20 minut, da popolnoma kristalizira, odvisno od lestvice. Popolna kristalizacija v manj kot 5 minutah je prehitra.
- Ko je raztopina na sobni temperaturi, bučko za 10-20 minut postavite v ledeno kopel (ledeno-vodna kaša), da se topnost spojine še bolj zniža in se čim bolj poveča tvorba kristalov (slika 5 d). V ledeno kopel dajte tudi del topila, ki ga boste kasneje uporabili za izpiranje med sesalno filtracijo.
- Za pridobivanje trdne snovi iz zmesi uporabite sesalno filtracijo.
Slika
a-c) Hlajenje in kristalizacija NBS, d) nadaljnje hlajenje v ledeni kopeli skupaj z nekaj topila (v steklenici) za izpiranje.Kristalizacija z mešanim topilom, primer z razlago.
Kristalizacija, prikazana v tem razdelku, prikazuje čiščenje približno 1 g vzorca transcinaminske kisline. Transcinaminska kislina je topna v metanolu in netopna v vodi, pri tej kristalizaciji pa se uporabi mešano topilo iz metanola in vode, kar omogoča 74-odstotni izkoristek.
Predpostavlja se, da je eksperimentator, ki izvaja to tehniko, predhodno izvedel ali prebral o kristalizaciji z enim topilom.
- Določite dve mešljivi topili, ki ju lahko uporabite za kristalizacijo (slika 7 a): želena spojina mora biti topna v enem topilu (imenovano "topno topilo") in netopna v drugem topilu (imenovano "netopno topilo").
- Nerazredčeno trdno snov za kristalizacijo prenesite v ustrezno veliko Erlenmeyerjevo bučko (slika 7 b).
- V erlenmajerico damo nekaj "topnega topila" (slika 7 c), dodamo vrelo palico (ali po želji vrele kamne) in segrevamo na parni kopeli (slika 7 d). Vročilno ploščo lahko uporabljamo previdno, če uporabljamo mešana topila metanol/voda ali etanol/voda.
.
a) Trans-cinaminska kislina je netopna v vodi in topna v metanolu, b) dodajanje trdne snovi v erlenmajerico, c) dodajanje metanola izven vira toplote, d) dodajanje dovolj metanola, da se trdna snov raztopi.- Po delih dodajamo več "topnega topila", dokler se trdna snov ne raztopi (slika 8 a). Pazite, da bo med dodajanjem dovolj časa, in počakajte, da vsak dodatek popolnoma zavre, preden ga dodate še enkrat.
- Dodajte "netopno topilo" v obrokih in segrevajte, dokler raztopina ne postane motna (slika 8 c).
- Dodajte "topno topilo" po kapljicah in segrevajte, dokler se raztopina ponovno ne zbistri (slika 8 d).
Slika
a) Dodajanje ravno toliko topnega topila (metanola), da se trdna snov raztopi, b) Kapljično dodajanje netopnega topila (vode), c) Trajna motnost po dodajanju dovolj netopnega topila, d) Dodajanje topnega topila, da se razjasni.- Bučko odstranimo z vira toplote, odstranimo paličico za kuhanje in jo postavimo na vrh večkrat prepognjene papirnate brisače. Ustje Erlenmeyerjeve bučke pokrijemo z urnim steklom in pustimo, da se raztopina počasi ohladi na sobno temperaturo (slika 9 a).
- Ko se raztopina ohladi, se sčasoma oblikujejo trdni kristali (slika 9 b). Če je potrebno, s stekleno mešalno palico poškropite bučko in sprožite kristalizacijo. Kristale postavimo v ledeno vodno kopel za 10-20 minut in trdno snov zberemo s sesalno filtracijo.
Slika
Vroča filtracija.
Vroča filtracija se običajno uporablja pri nekaterih kristalizacijah, kadar trdna snov vsebuje nečistoče, ki so netopne v kristalizacijskem topilu. Potrebna je tudi pri kristalizaciji, ko se za odstranjevanje močno obarvanih nečistoč iz trdne snovi uporablja oglje, saj je oglje tako fino, da ga ni mogoče odstraniti z dekantiranjem.
Topla filtracija se izvede tako, da se nekaj ml topila najprej nalije skozi lijak, ki vsebuje "žlebljen filtrirni papir". Žlebljen filtrirni papir ima veliko vdolbin in veliko površino, kar omogoča hitro filtriranje. Lijak se segreje, medtem ko se mešanica, ki jo je treba filtrirati, zavre. Vrečo zmes nato po delih prelijemo skozi filtrirni papir (sliki 10 b in d).
Topla filtracija se izvede tako, da se nekaj ml topila najprej nalije skozi lijak, ki vsebuje "žlebljen filtrirni papir". Žlebljen filtrirni papir ima veliko vdolbin in veliko površino, kar omogoča hitro filtriranje. Lijak se segreje, medtem ko se mešanica, ki jo je treba filtrirati, zavre. Vrečo zmes nato po delih prelijemo skozi filtrirni papir (sliki 10 b in d).
Slika.
a) Nalivanje vročega topila skozi lijak (opomba: v tem primeru se uporablja vroča plošča, saj je topilo voda), b) filtriranje raztopine, ki vsebuje netopne nečistoče, c in d) različici z uporabo papirnate sponke namesto obročaste sponke za držanje lijaka.Za pritrditev filtrirnega lijaka je najbolje uporabiti obročasto sponko, čeprav lahko lijak preprosto položimo na bučko. Če ne uporabljate obročne sponke, je priporočljivo med bučko in lijak vstaviti upognjeno sponko za papir, da se omogoči iztisnjenemu zraku, da med odtekanjem tekočine uhaja iz spodnje bučke (sliki 10 c in d). Brez obročne sponke je priprava bolj nagnjena k prevrnitvi, zato je uporaba obročne sponke precej varnejša.
Vroča filtracija se uporablja za filtriranje raztopin, ki bodo kristalizirale, ko se ohladijo. Zato je pomembno, da se lij med filtriranjem ohranja vroče zaradi stika z vročimi parami topila, sicer se lahko na filtrirnem papirju ali v peclju lijaka prezgodaj oblikujejo kristali (slika 11).
Vroča filtracija se uporablja za filtriranje raztopin, ki bodo kristalizirale, ko se ohladijo. Zato je pomembno, da se lij med filtriranjem ohranja vroče zaradi stika z vročimi parami topila, sicer se lahko na filtrirnem papirju ali v peclju lijaka prezgodaj oblikujejo kristali (slika 11).
Kristalizacija na filtrirnem papirju lahko zamaši nastavitev in povzroči izgubo donosa (ker se filtrirni papir pozneje zavrže). Kristalizacija v steblu ovira filtracijo in lahko deluje kot čep na dnu lijaka. Prednost vroče filtracije je, da vrelo topilo v filtrirni bučki pomaga raztopiti kristale, ki se predčasno oblikujejo v steblu lijaka. Pri vročem filtriranju je priporočljivo uporabiti lijak s kratkim pecljem (slika 12 a) ali lijak brez peclja (slika 12 c), če je na voljo, namesto lijaka z dolgim pecljem (slika 12 b), saj je manj verjetno, da se bo snov kristalizirala v kratkem ali odsotnem peclju.
Slika.
a) lijak s kratkim steblom, b) lijak z dolgim steblom (ne uporabljajte za vročo filtracijo), c) lijak brez steblaKer je bistveno, da se raztopina filtrira hitro, preden se v lijaku ohladi, se običajno uporablja "valovit filtrirni papir" (sliki 13 b in c) namesto kvadrantno prepognjenega filtrirnega papirja, ki se včasih uporablja pri gravitacijski filtraciji (slika 13 a). Večje število zavojev na valovitem filtrirnem papirju pomeni večjo površino in hitrejše filtriranje. Z pregibi se ustvari tudi prostor med filtrirnim papirjem in steklenim lijakom, kar omogoča, da izpodrinjeni zrak lažje zapusti bučko, ko tekočina odteka.
Slika
a ) Kvadratno prepognjen filtrirni papir (ni priporočljiv za vročo filtracijo), b) valovit filtrirni papir po prepogibanju, c) razgrnjen valovit filtrirni papir med vročo filtracijo.Postopki po korakih.
Vroča filtracija se pogosto uporablja pri kristalizaciji, ta postopek pa je treba vstaviti po koraku raztapljanja, vendar pred odložitvijo raztopine, da se počasi ohladi.
Slika
a) lij s kratkim pecljem, b) če ne uporabljate obročne sponke, med lij in Erlenmeyerjevo bučko vstavite upognjeno sponko za papir, c) valovit filtrirni papir (razgrnjen), d) skozi lij vlijte topilo, da se lij segreje.Priprava nastavitve za filtriranje
- Priskrbite lijak brez stebla ali s kratkim steblom (slika 14 a) in ga vstavite v obročasto objemko, pritrjeno na obročasto stojalo ali rešetko (ali pa v ta namen priskrbite upognjeno sponko za papir, ki je prikazana na sliki 14 b).
- Filtrirni papir primerne velikosti za lijak poflicirajte v obliki harmonike (navodila so na sliki 15, nastala harmonika pa na sliki 14 a). Ko ga vstavite v lijak, papir ne sme biti krajši od vrha lijaka, sicer lahko raztopina med vlivanjem zdrsne mimo filtrirnega papirja.
- S čisto Erlenmeyerjevo bučko ustrezne velikosti za kristalizacijo pod lijem in na viru toplote vlijte nekaj ml vročega topila v lij (slika 14 d).
a) Če uporabljate obročasto objemko, jo nastavite tako, da je med ustjem Erlenmeyerjeve bučke in dnom lijaka majhna vrzel: to omogoča izpodrivanje zraka, ko tekočina priteče v bučko. Če je vrzel prevelika, bodo vroče pare uhajale, ne da bi se lijak segrel.
b) Če ne uporabljate obročne sponke, med erlenmajerico in lijak vstavite upognjeno sponko za papir (slika 14 b). - Počakajte, da topilo zavre in se celotna naprava segreje. Če uporabljate oglje, zdaj vstavite ta postopek.
Slika
a) Vroče filtriranje, b) Držanje vroče bučke z držalom za papirnato brisačo, c) Tekočina, ki omoči preširoko držalo za papirnato brisačo.Filtriranje raztopine po delih.
- Ko je filtrirna bučka precej vroča in raztopina, ki jo je treba filtrirati, vre, vrelo zmes vlijte v filtrirni lijak po delih. Med vlivanjem se dotaknite bučke s filtrirnim papirjem v lijaku (slika 16 a).
- Varnostno opozorilo: erlenmajerica je lahko precej vroča in vroča para vam lahko opeče roko, ko vlivate (vlivajte stran, tako da roka ni nad lijem). Če je erlenmajerica prevroča, da bi jo lahko držali z rokami, uporabite "držalo za papirnate brisače" (slika 16 a):
a) Del papirnate brisače večkrat prepognite, tako da je nastali trak širok približno en centimeter. Po želji trak pritrdite skupaj z nekaj koščki lepilnega traku.
b) Ko držite bučko, mora biti držalo za papirnato brisačo pod robom bučke. Na ta način se tekočina med nalivanjem ne bo stekla proti papirnati brisači (brisača ostane suha na sliki 16 a), preširoka brisača na sliki 16 c) pa je mokra.
Slika
a) Bučko med vlivanjem vrnemo na vir toplote, filtrirne papirje, ki jih b) je treba sprati, c) ni treba sprati.- Ko ne vlivate mešanice, ki jo je treba filtrirati, vrnite erlenmajerico na vir toplote (slika 17 a).
- Ko je mešanica popolnoma filtrirana, postavite prazno bučko na mizo (varnostno opozorilo: prazne bučke ne segrevajte, sicer lahko poči). Preglejte lijak: če so na filtrirnem papirju vidni kristali (kot na sliki 17 b), jih sperite z nekaj ml vrelega topila, da se raztopijo. Na sliki 17 c izpiranje ni potrebno.
- Preglejte filtrat (tekočino, ki je šla skozi filtrirni papir). Če je bilo uporabljeno oglje in je filtrat siv ali vidite drobne črne delce, potem je oglje prešlo skozi filtrirni papir skozi luknjo ali pa je bila uporabljena napačna velikost mrežnega očesa filtra. Če sošolci v svojih raztopinah nimajo sive barve, je šlo verjetno za luknjo. Ponovite korak vroče filtracije z novim filtrirnim papirjem in bučko.
Last edited by a moderator:
