Omkristallisering.
Inom kemi är omkristallisering en teknik som används för att rena kemikalier. Genom att lösa upp både föroreningar och en förening i ett lämpligt lösningsmedel kan antingen den önskade föreningen eller föroreningarna tas bort från lösningen och lämna den andra kvar. Tekniken har fått sitt namn efter de kristaller som ofta bildas när föreningen fälls ut. Alternativt kan omkristallisering syfta på den naturliga tillväxten av större iskristaller på bekostnad av mindre.
Reningsmetoden bygger på principen att lösligheten hos de flesta fasta ämnen ökar med ökad temperatur. Det innebär att mängden löst ämne som kan lösas i ett lösningsmedel ökar när temperaturen ökar.
En oren förening löses upp (föroreningarna måste också vara lösliga i lösningsmedlet) för att framställa en mycket koncentrerad lösning vid hög temperatur. Lösningen kyls ned. När temperaturen sänks minskar lösligheten hos föroreningarna i lösningen och det ämne som ska renas. Det orena ämnet kristalliserar sedan före föroreningarna - förutsatt att det fanns mer orent ämne än föroreningar. Det orena ämnet kommer att kristallisera i en renare form eftersom föroreningarna inte kristalliserar ännu, vilket innebär att föroreningarna blir kvar i lösningen. En filtreringsprocess måste användas för att separera de renare kristallerna vid denna punkt. Proceduren kan upprepas. Löslighetskurvor kan användas för att förutsäga resultatet av en omkristalliseringsprocedur.
Omkristallisering fungerar bäst när.
Reningsmetoden bygger på principen att lösligheten hos de flesta fasta ämnen ökar med ökad temperatur. Det innebär att mängden löst ämne som kan lösas i ett lösningsmedel ökar när temperaturen ökar.
En oren förening löses upp (föroreningarna måste också vara lösliga i lösningsmedlet) för att framställa en mycket koncentrerad lösning vid hög temperatur. Lösningen kyls ned. När temperaturen sänks minskar lösligheten hos föroreningarna i lösningen och det ämne som ska renas. Det orena ämnet kristalliserar sedan före föroreningarna - förutsatt att det fanns mer orent ämne än föroreningar. Det orena ämnet kommer att kristallisera i en renare form eftersom föroreningarna inte kristalliserar ännu, vilket innebär att föroreningarna blir kvar i lösningen. En filtreringsprocess måste användas för att separera de renare kristallerna vid denna punkt. Proceduren kan upprepas. Löslighetskurvor kan användas för att förutsäga resultatet av en omkristalliseringsprocedur.
Omkristallisering fungerar bäst när.
- Mängden föroreningar är liten.
- Löslighetskurvan för det önskade lösningsmedlet stiger snabbt med temperaturen.
Kristallisation med ett enda lösningsmedel, exempel med förklaringar.
Kristalliseringen som visas i detta avsnitt visar rening av ett ungefär 1 g prov av gammal NBS - bromosuccinimid (NBS), som hittades i sin reagensflaska som ett orange pulver. Kristalliseringen använder vatten som lösningsmedel, som inte har några problem med brandfarlighet, och därför används en värmeplatta.Om en kristallisation skall utföras med brandfarliga organiska lösningsmedel rekommenderas ett ångbad och i vissa fall är det nödvändigt (vid användning av dietyleter, aceton eller lågkokande petroleumeter). Följande procedur bör användas som en riktlinje för processen, och några viktiga skillnader mellan att använda vatten och organiska lösningsmedel diskuteras i ett framtida avsnitt.
Förbered uppställningen:
- Överför det orena fasta ämnet som ska kristalliseras till en Erlenmeyerkolv av lämplig storlek (fig. 2 a). Om det fasta ämnet är granulärt ska det först finfördelas med en glasomrörare.
- Det är inte rekommenderat att utföra kristalliseringen i en bägare. Den smala mynningen på en Erlenmeyerkolv gör det lättare att virvla och minimerar avdunstningen under processen, eftersom lösningsmedelsångorna istället kondenserar på kolvens väggar (de "återflödar" på kolvens sidor). Den smala mynningen på en Erlenmeyer-kolv gör det också lättare att täcka över kolven under kylningsfasen och eventuellt försluta den med en propp vid långa kristalliseringar. En rundbottnad kolv är inte heller idealisk för kristallisation, eftersom kolvens form gör det svårt att återvinna ett fast ämne i slutet av processen.
- Det är viktigt att kolven inte är för full eller för tom under kristalliseringen. Om kolven är mer än halvfull med hett lösningsmedel blir det svårt att förhindra att kolven kokar över. Om kolven innehåller lösningsmedel till en höjd av mindre än 1 cm kommer lösningen att svalna för snabbt. Det är vanligt att använda mellan 10-50 gånger så mycket lösningsmedel som prov, och en grov riktlinje är att använda en kolv där provet precis täcker botten i ett tunt lager.
- Häll lite lösningsmedel i en bägare eller Erlenmeyerkolv tillsammans med några kokande stenar på värmekällan och låt koka upp försiktigt. Använd en bägare om lösningsmedlet ska hällas upp och en Erlenmeyerkolv om lösningsmedlet ska pipetteras. Om ett varmt filtreringssteg planeras senare i proceduren, förbered också en ringklämma som innehåller en tratt med räfflat filterpapper (fig. 2 b).
Tillsätt minsta möjliga mängd hett lösningsmedel.
- När lösningsmedlet kokar, greppa bägaren med ett handskydd (fig.2 d), bomullshandskar eller en pappershanddukshållare som tillverkas genom att rulla ett pappershandduksark till en lång rektangel (fig.2 c). Häll en liten mängd kokande lösningsmedel på sidan av värmekällan i kolven som innehåller det orena fasta ämnet, så att kolvens botten täcks. Om kristalliseringen utförs i liten skala (med en 50 ml Erlenmeyerkolv eller mindre) kan det vara lättare att använda en pipett för att överföra delar av lösningsmedlet till kolven.
- Det är vanligt att inte placera det torra fasta ämnet ovanpå värmekällan innan lösningsmedlet tillsätts, eftersom det fasta ämnet då kan sönderdelas. När det fasta ämnet är dispergerat i en liten mängd lösningsmedel kan det placeras på värmekällan.
)
- Placera kolven som innehåller det orena fasta ämnet och lösningsmedlet ovanpå värmekällan. Använd någon metod för att förhindra stötar (kokande stenar om du planerar att "hetfiltrera", en kokande pinne) och låt lösningen koka försiktigt (Fig.3 a).
- Tillsätt lösningsmedlet i portioner (fig. 3 b), under omrörning för att underlätta upplösningen, tills det fasta ämnet precis har lösts upp (fig. 3 d). För 100 mg-1g förening, tillsätt 0,5-2 ml portioner åt gången. Observera att det kan ta tid för ett fast ämne att lösas upp helt, eftersom det finns en kinetisk aspekt på upplösningen. Varje tillsats ska tillåtas koka upp helt innan mer lösningsmedel tillsätts, och det ska gå en viss tid mellan tillsättningarna. Att inte ge tid för upplösning och därmed tillsätta för mycket lösningsmedel är en viktig felkälla vid kristallisering.
Det är inte ovanligt att man ser vätskedroppar under uppvärmningsprocessen (fig. 4). Detta är när materialet "oljas ut" eller smälter innan det löses upp. Om detta händer är vätskedropparna nu den förening du kristalliserar, så fortsätt att tillsätta lösningsmedel i portioner tills vätskedropparna också löses upp helt. - Titta noga på lösningen för att bedöma om storleken på de fasta bitarna (eller vätskedropparna) ändras med ytterligare lösningsmedel: om de inte gör det kan de vara en olöslig förorening. Tillsats av överflödigt lösningsmedel i ett försök att lösa upp olösliga föroreningar kommer att påverka återvinningen negativt. Om det finns olösliga fasta föroreningar ska lösningen filtreras (sätt in ett varmfiltreringssteg vid denna punkt). Färgade föroreningar kan också avlägsnas vid denna punkt med träkol.
Låt lösningen långsamt svalna.
- När det fasta ämnet precis har lösts upp, ta bort kolven från värmekällan med hjälp av ett handskydd, en pappershanddukshållare eller en handske och ställ den åt sidan för att svalna. Ta bort kokstaven eller omröraren om sådan används för att skydda mot stötar (kokande stenar kan plockas ut ur det fasta ämnet vid ett senare tillfälle om sådan används).
- För att främja långsam kylning kan du ställa kolven ovanpå en yta som inte leder värme så bra, t.ex. en vikt pappershandduk. Täck över Erlenmeyerkolvens mynning med ett urglas för att hålla kvar värme och lösningsmedel (fig. 5 a). Låt lösningen långsamt komma upp i rumstemperatur.
- När lösningen svalnar bör det så småningom bildas fasta kristaller (fig. 5 b). Om lösningen bara känns varm eller är grumlig och inga kristaller har bildats, använd en glasomrörare för att skrapa glaset och starta kristalliseringen.
- När kristalliseringen har påbörjats bör kristallerna långsamt växa i takt med att temperaturen sjunker. En idealisk kristallisation tar mellan 5-20 minuter att fullständigt kristallisera, beroende på skalan. Fullständig kristallisering på mindre än 5 minuter är för snabbt.
- När lösningen är rumstempererad ska kolven placeras i ett isbad (is-vattenslam) i 10-20 minuter för att sänka föreningens löslighet ännu mer och maximera kristallbildningen (fig. 5 d). Placera även en del av lösningsmedlet i isbadet, för att senare användas för sköljning under sugfiltreringen.
- Använd sugfiltrering för att återvinna det fasta ämnet från blandningen.
Kristallisering med blandade lösningsmedel, exempel med förklaringar.
Den kristallisation som visas i detta avsnitt visar rening av ett prov på cirka 1 g trans-kanelsyra. Trans-kanelsyra är löslig i metanol och olöslig i vatten, och denna kristallisering använder ett blandat lösningsmedel av metanol och vatten för att ge en 74% återvinning.
Det förutsätts att försöksledaren som utför denna teknik tidigare har utfört eller läst om kristallisation med ett enda lösningsmedel.
- Bestäm två blandbara lösningsmedel som kan användas för kristalliseringen (Fig.7 a): den önskade föreningen ska vara löslig i ett lösningsmedel (kallas "lösligt lösningsmedel") och olöslig i det andra lösningsmedlet (kallas "olösligt lösningsmedel").
- Överför det orena fasta ämnet som ska kristalliseras till en Erlenmeyerkolv av lämplig storlek (fig.7 b).
- Häll lite "lösligt lösningsmedel" i kolven (fig. 7 c), tillsätt en koksticka (eller kokstenar om så önskas) och värm sedan upp ovanpå ett ångbad (fig. 7 d). En värmeplatta kan användas med försiktighet om man använder de blandade lösningsmedlen metanol/vatten eller etanol/vatten.
- Tillsätt mer av det "lösliga lösningsmedlet" i portioner tills det fasta ämnet precis har lösts upp (fig. 8 a). Se till att det finns tid mellan tillsättningarna och låt varje tillsats koka upp helt innan du tillsätter mer.
- Tillsätt det "olösliga lösningsmedlet" i portioner under uppvärmning tills lösningen blir grumlig (fig. 8 c).
- Tillsätt det "lösliga lösningsmedlet" droppvis under uppvärmning tills lösningen åter klarnar (fig. 8 d).
Fig.
a) Tillsats av precis tillräckligt med lösligt lösningsmedel (metanol) för att lösa upp det fasta ämnet, b) droppvis tillsats av olösligt lösningsmedel (vatten), c) fortsatt grumlighet efter tillsats av tillräckligt med olösligt lösningsmedel, d) tillsats av lösligt lösningsmedel för att klarna.- Ta bort kolven från värmekällan, ta bort kokstaven och ställ kolven ovanpå en pappershandduk som vikts flera gånger. Täck över Erlenmeyerkolvens mynning med ett urglas och låt lösningen långsamt svalna till rumstemperatur (fig. 9 a).
- När lösningen svalnar bör det så småningom bildas fasta kristaller (fig. 9 b). Använd en glasomrörare för att skrapa kolven och starta kristalliseringen, om det behövs. Placera kristallerna i ett isvattenbad i 10-20 minuter och samla upp det fasta ämnet genom sugfiltrering.
Varm filtrering.
En varmfiltrering används i allmänhet vid viss kristallisation, när ett fast ämne innehåller föroreningar som är olösliga i kristallisationslösningsmedlet. Det är också nödvändigt vid kristallisering när träkol används för att avlägsna starkt färgade föroreningar från ett fast ämne, eftersom träkol är så fint att det inte kan avlägsnas genom dekantering.
En varmfiltrering utförs genom att man först häller några ml lösningsmedel genom en tratt som innehåller ett "räfflat filterpapper". Ett räfflat filterpapper har många fördjupningar och stor ytarea, vilket möjliggör en snabb filtrering. Tratten får bli varm medan blandningen som ska filtreras kokas upp. Den kokande blandningen hälls sedan portionsvis genom filterpapperet (fig.10 b och d).
En varmfiltrering utförs genom att man först häller några ml lösningsmedel genom en tratt som innehåller ett "räfflat filterpapper". Ett räfflat filterpapper har många fördjupningar och stor ytarea, vilket möjliggör en snabb filtrering. Tratten får bli varm medan blandningen som ska filtreras kokas upp. Den kokande blandningen hälls sedan portionsvis genom filterpapperet (fig.10 b och d).
. 10
a) Lösningsmedel hälls varmt genom tratten (obs: värmeplatta används i denna situation eftersom lösningsmedlet är vatten), b) Filtrering av en lösning som innehåller olösliga föroreningar, c och d) Variationer där man använder ett gem i stället för en ringklämma för att hålla tratten.Det är bäst att använda en ringklämma för att fästa filtreringstratten, även om tratten också helt enkelt kan placeras ovanpå kolven. Om man inte använder en ringklämma rekommenderas det att man placerar ett böjt gem mellan kolven och tratten så att den undanträngda luften kan ta sig ut ur bottenkolven när vätskan rinner ut (fig. 10 c och d). Utan en ringklämma är uppställningen mer benägen att tippa, och det är därför betydligt säkrare att använda en ringklämma.
Varmfiltrering används för att filtrera lösningar som kristalliserar när de får svalna. Det är därför viktigt att tratten hålls varm under filtreringen genom kontakt med heta lösningsmedelsångor, annars kan kristaller bildas i förtid på filterpapperet eller i trattens skaft (fig. 11).
Varmfiltrering används för att filtrera lösningar som kristalliserar när de får svalna. Det är därför viktigt att tratten hålls varm under filtreringen genom kontakt med heta lösningsmedelsångor, annars kan kristaller bildas i förtid på filterpapperet eller i trattens skaft (fig. 11).
Fig.
a) Kristallisering skedde i trattens skaft, b) En skjuvning kan ses på filterpapperet, vilket representerar ett fast ämne som har kristalliserat något på filterpapperet, c) Uppenbara kristaller bildades på filterpapperet.Kristallisering på filterpapperet kan täppa till installationen och orsaka en förlust av utbyte (eftersom filterpapperet senare kommer att kastas bort). Kristallisering i stammen hindrar filtreringen och kan fungera som en plugg på trattens botten. En fördel med varmfiltrering är att det kokande lösningsmedlet i filterkolven hjälper till att lösa upp kristaller som bildas i förtid i trattens skaft. Vid varmfiltrering är det lämpligt att använda en tratt med kort skaft (Fig.12 a) eller en tratt utan skaft (Fig.12 c), om sådan finns, i stället för en tratt med långt skaft (Fig.12 b), eftersom det är mindre sannolikt att materialet kristalliserar i ett kort eller obefintligt skaft.
Fig.
a) Tratt med kort skaft, b) Tratt med långt skaft (använd inte för varmfiltrering), c) Tratt utan skaftEftersom det är viktigt att en lösning filtreras snabbt innan den hinner svalna i tratten, används ofta ett "räfflat filterpapper" (fig. 13 b och c) i stället för det kvadrantvikta filterpapper som ibland används vid gravitationsfiltrering (fig. 13 a). Det större antalet böjningar på det räfflade filterpapperet ger en större yta och snabbare filtrering. Veckarna skapar också utrymme mellan filterpapperet och glastratten, vilket gör att den undanträngda luften lättare kan lämna kolven när vätskan rinner ut.
Steg-för-steg-förfaranden.
Varmfiltrering används ofta vid kristallisering, och denna procedur bör införas efter upplösningssteget, men innan lösningen ställs åt sidan för att långsamt svalna.
Förbered filtreringsuppställningen
- Skaffa en tratt utan eller med kort skaft (fig. 14 a) och sätt in den i en ringklämma som är fäst vid ett ringstativ eller ett gitter (alternativt kan du skaffa ett böjt gem för ändamålet som visas i fig. 14 b ).
- Flät ett filterpapper av rätt storlek för din tratt till ett dragspel (instruktioner finns i fig. 15 och det resulterande dragspelet finns i fig. 14 a). När papperet placeras i tratten får det inte vara kortare än trattens överkant, eftersom lösningen då kan glida förbi filtret när den hälls i tratten.
.
- Med en ren Erlenmeyerkolv av rätt storlek för kristalliseringen under tratten och på värmekällan, häll några ml hett lösningsmedel i tratten (Fig.14 d).
a) Om du använder en ringklämma, justera klämman så att det finns ett litet mellanrum mellan Erlenmeyerkolvens mynning och trattens botten: detta gör att luft kan trängas undan när vätska rinner ner i kolven. Om gapet är för stort kommer heta ångor att försvinna utan att tratten värms upp.
b) Om du inte använder en ringklämma, placera ett böjt gem mellan kolven och tratten (fig. 14 b). - Låt lösningsmedlet koka så att hela anordningen blir varm. Om du använder träkol, sätt in den proceduren nu.
Filtrera lösningen i portioner.
- När filterkolven är ganska varm och lösningen som ska filtreras kokar, häller du den kokande blandningen i filtertratten i portioner. Rör vid kolven och filterpapperet i tratten medan du häller (fig. 16 a).
- Säkerhetsanmärkning: kolven kan vara mycket het och heta ångor kan skålla handen när du häller (häll i sidled, så att handen inte är ovanför tratten). Om kolven är för varm för att hållas med händerna kan du använda en "pappershanddukshållare" för att hålla kolven (fig. 16 a):
a) Vik en bit hushållspapper flera gånger så att remsan blir ungefär en centimeter bred. Fäst eventuellt ihop remsan med några tejpbitar.
b) När du håller i en kolv ska pappershanddukshållaren vara under kolvens kant. På så sätt kommer vätska inte att rinna mot pappershandduken när man häller (handduken förblir torr i fig. 16 a), men blöt med den för breda handduken i fig. 16 c).
Fig.
a) Flaskan återförs till värmekällan mellan hällningarna, filterpapper som b) bör sköljas, c) inte bör sköljas.- När du inte häller i den blandning som ska filtreras ska kolven ställas tillbaka på värmekällan (fig. 17 a).
- När blandningen är helt filtrerad ställs den tomma kolven på bänkskivan (säkerhetsanmärkning: värm inte en tom kolv, då kan den spricka). Inspektera tratten: om kristaller syns på filterpapperet (som i fig. 17 b), skölj med några ml kokande lösningsmedel för att lösa upp dem. I fig. 17 c behövs ingen sköljning.
- Undersök filtratet (den vätska som passerat genom filterpapperet). Om träkol har använts och filtratet är grått eller om du kan se fina svarta partiklar, har träkol passerat genom filterpapperet antingen genom ett hål eller genom att fel filtermaskstorlek har använts. Om klasskamraterna inte har grått i sina lösningar var det troligen ett hål. Upprepa varmfiltreringssteget med ett nytt filterpapper och en ny kolv.
Last edited by a moderator:
