Recristalizare.
În chimie, recristalizarea este o tehnică utilizată pentru purificarea substanțelor chimice. Prin dizolvarea atât a impurităților, cât și a unui compus într-un solvent adecvat, fie compusul dorit, fie impuritățile pot fi eliminate din soluție, lăsându-le pe celelalte în urmă. Se numește astfel pentru cristalele care se formează adesea atunci când compusul precipită. Alternativ, recristalizarea se poate referi la creșterea naturală a cristalelor de gheață mai mari în detrimentul celor mai mici.
Metoda de purificare se bazează pe principiul că solubilitatea majorității solidelor crește odată cu creșterea temperaturii. Aceasta înseamnă că, pe măsură ce temperatura crește, cantitatea de substanță solubilă care poate fi dizolvată într-un solvent crește.
Se dizolvă un compus impur (impuritățile trebuie să fie, de asemenea, solubile în solvent), pentru a pregăti o soluție foarte concentrată la o temperatură ridicată. Soluția este răcită. Scăderea temperaturii determină scăderea solubilității impurităților din soluție și a substanței care trebuie purificată. Substanța impură cristalizează atunci înaintea impurităților - presupunând că a existat mai multă substanță impură decât impurități. Substanța impură va cristaliza într-o formă mai pură deoarece impuritățile nu vor cristaliza încă, lăsând astfel impuritățile în soluție. În acest moment, trebuie utilizat un proces de filtrare pentru a separa cristalele mai pure. Procedura poate fi repetată. Curbele de solubilitate pot fi utilizate pentru a prezice rezultatul unei proceduri de recristalizare.
Recristalizarea funcționează cel mai bine atunci când.
Metoda de purificare se bazează pe principiul că solubilitatea majorității solidelor crește odată cu creșterea temperaturii. Aceasta înseamnă că, pe măsură ce temperatura crește, cantitatea de substanță solubilă care poate fi dizolvată într-un solvent crește.
Se dizolvă un compus impur (impuritățile trebuie să fie, de asemenea, solubile în solvent), pentru a pregăti o soluție foarte concentrată la o temperatură ridicată. Soluția este răcită. Scăderea temperaturii determină scăderea solubilității impurităților din soluție și a substanței care trebuie purificată. Substanța impură cristalizează atunci înaintea impurităților - presupunând că a existat mai multă substanță impură decât impurități. Substanța impură va cristaliza într-o formă mai pură deoarece impuritățile nu vor cristaliza încă, lăsând astfel impuritățile în soluție. În acest moment, trebuie utilizat un proces de filtrare pentru a separa cristalele mai pure. Procedura poate fi repetată. Curbele de solubilitate pot fi utilizate pentru a prezice rezultatul unei proceduri de recristalizare.
Recristalizarea funcționează cel mai bine atunci când.
- Cantitatea de impurități este mică.
- Curba de solubilitate a solutului dorit crește rapid cu temperatura.
Cristalizarea cu solvent unic, exemplu cu explicații.
Cristalizarea ilustrată în această secțiune arată purificarea unei probe de aproximativ 1 g de NBS vechi - bromosuccinimidă (NBS), care a fost găsită în flaconul său de reactiv ca o pulbere portocalie. Cristalizarea utilizează apa ca solvent, care nu are probleme de inflamabilitate, și astfel se utilizează o placă fierbinte.În cazul în care trebuie efectuată o cristalizare folosind solvenți organici inflamabili, se recomandă o baie de aburi și, în unele situații, este necesară (atunci când se utilizează eter dietilic, acetonă sau eter de petrol cu fierbere scăzută). Următoarea procedură ar trebui să fie utilizată ca orientare pentru proces, iar unele diferențe cheie între utilizarea apei și a solvenților organici sunt discutate într-o secțiune viitoare.
Pregătiți instalația:
- Se transferă solidul impur care urmează să fie cristalizat într-un balon Erlenmeyer de dimensiuni corespunzătoare (Fig.2 a). Dacă solidul este granular, pulverizați mai întâi cu o tijă de agitare din sticlă.
- Nu se recomandă efectuarea cristalizării într-un pahar de laborator. Gura îngustă a unui balon Erlenmeyer permite o agitare mai ușoară și o evaporare minimă în timpul procesului, deoarece vaporii de solvent se condensează pe pereții balonului (ei "refluxează" pe părțile laterale ale balonului). Gura îngustă a unui Erlenmeyer permite, de asemenea, acoperirea mai ușoară a balonului în timpul etapei de răcire sau chiar obturarea acestuia pentru cristalizări lungi. De asemenea, un balon cu fundul rotund nu este ideal pentru cristalizare, deoarece forma balonului face dificilă recuperarea unui solid la sfârșitul procesului.
- Este important ca balonul să nu fie prea plin sau prea gol în timpul cristalizării. Dacă balonul va fi mai mult de jumătate plin cu solvent fierbinte, va fi dificil să se împiedice fierberea balonului. Dacă balonul conține solvent la o înălțime mai mică de 1 cm, soluția se va răci prea repede. Se obișnuiește să se utilizeze de 10-50 de ori mai mult solvent decât probă, iar un ghid aproximativ este acela de a utiliza un balon în care proba acoperă fundul într-un strat subțire.
- Se pune puțin solvent într-un pahar de laborator sau într-un balon Erlenmeyer împreună cu câteva pietre de fiert pe sursa de căldură și se aduce la fierbere ușoară. Se utilizează un pahar de laborator dacă solventul va fi turnat și un flacon Erlenmeyer dacă solventul va fi pipetărit. Dacă se anticipează o etapă de filtrare la cald pentru mai târziu în procedură, pregătiți, de asemenea, o clemă inelară care conține o pâlnie cu hârtie de filtru cu caneluri (Fig.2 b).
Se adaugă cantitatea minimă de solvent fierbinte.
- Când solventul fierbe, prindeți paharul de laborator cu o protecție pentru mâini fierbinți (Fig.2 d), mănuși de bumbac sau un suport pentru prosop de hârtie realizat prin rularea unei foi de prosop de hârtie într-un dreptunghi lung (Fig.2 c). La marginea sursei de căldură, se toarnă o mică porție de solvent clocotitor în balonul care conține solidul impur, pentru a acoperi fundul balonului. Dacă cristalizarea se realizează la scară mică (folosind un balon Erlenmeyer de 50 ml sau mai mic), poate fi mai ușor să se utilizeze o pipetă pentru a transfera porțiuni de solvent în balon.
- Se obișnuiește să nu se așeze solidul uscat deasupra sursei de căldură înainte de adăugarea solventului, altfel solidul se poate descompune. Când solidul este dispersat într-o cantitate mică de solvent, acesta poate fi apoi plasat pe sursa de căldură.
- Așezați balonul care conține solidul impur și solventul deasupra sursei de căldură. Folosiți o metodă care să împiedice ciocnirea (pietre de fiert dacă intenționați să "filtrați la cald", un băț de fiert) și aduceți soluția la un clocot ușor (Fig.3 a).
- Adăugați solventul în porțiuni (Fig.3 b), învârtind pentru a ajuta la dizolvare, până când solidul se dizolvă (Fig.3 d). Pentru 100 mg-1g de compus, se adaugă porții de 0,5-2 ml la un moment dat. Rețineți că dizolvarea completă a solidului poate dura ceva timp, deoarece există un aspect cinetic al dizolvării. Fiecare adăugare trebuie lăsată să fiarbă complet înainte de a adăuga mai mult solvent și trebuie să se lase ceva timp între adăugiri. Neacordarea de timp pentru dizolvare și, în consecință, adăugarea unei cantități prea mari de solvent reprezintă principala sursă de eroare în cristalizare.
Nu este neobișnuit să se vadă picături de lichid în timpul procesului de încălzire (Fig.4). Acest lucru se întâmplă atunci când materialul "uleiază" sau se topește înainte de a se dizolva. Dacă se întâmplă acest lucru, picăturile de lichid sunt acum compusul pe care îl cristalizați, deci continuați să adăugați solvent în porții până când și picăturile de lichid se dizolvă complet. - Urmăriți cu atenție soluția pentru a aprecia dacă dimensiunea bucăților solide (sau a picăturilor lichide) se modifică odată cu adăugarea solventului: în caz contrar, acestea pot fi o impuritate insolubilă. Adăugarea de solvent în exces în încercarea de a dizolva impuritățile insolubile va afecta negativ recuperarea. Dacă sunt prezente impurități solide insolubile, soluția trebuie filtrată (introduceți o etapă de filtrare la cald în acest moment). Impuritățile colorate pot fi, de asemenea, eliminate în acest punct cu cărbune.
Se lasă soluția să se răcească lent.
- Când solidul este abia dizolvat, îndepărtați balonul de la sursa de căldură folosind o protecție pentru mâini fierbinți, un suport pentru prosop de hârtie sau o mănușă și lăsați-l deoparte să se răcească. Îndepărtați bățul de fierbere sau bara de agitare, dacă sunt utilizate pentru protecția împotriva loviturilor (pietrele de fierbere pot fi scoase din solid la un moment ulterior, dacă sunt utilizate).
- Pentru a încuraja răcirea lentă, se pune balonul pe o suprafață care nu conduce bine căldura, cum ar fi un prosop de hârtie împăturit. Se acoperă gura balonului Erlenmeyer cu un pahar de ceas pentru a reține căldura și solventul (fig. 5 a). Lăsați soluția să ajungă încet la temperatura camerei.
- Pe măsură ce soluția se răcește, în cele din urmă ar trebui să se formeze cristale solide (Fig.5 b). Dacă soluția este doar caldă la atingere sau tulbure și nu s-au format cristale, utilizați o tijă de agitare din sticlă pentru a zgâria sticla și a iniția cristalizarea.
- După ce cristalizarea a început, cristalele ar trebui să crească încet pe măsură ce temperatura scade. O cristalizare ideală durează între 5-20 de minute pentru a se cristaliza complet, în funcție de scară. Cristalizarea completă în mai puțin de 5 minute este prea rapidă.
- Când soluția este la temperatura camerei, puneți balonul într-o baie de gheață (amestec de gheață și apă) timp de 10-20 de minute pentru a scădea și mai mult solubilitatea compusului și a maximiza formarea cristalelor (Fig.5 d). De asemenea, se pune o porție de solvent în baia de gheață, pentru a fi utilizată ulterior pentru clătire în timpul filtrării prin aspirație.
- Utilizați filtrarea prin aspirație pentru a recupera solidul din amestec.
Cristalizarea cu solvent mixt, exemplu cu explicații.
Cristalizarea ilustrată în această secțiune arată purificarea unei probe de aproximativ 1 g de acid trans-cinamic. Acidul trans-cinamic este solubil în metanol și insolubil în apă, iar această cristalizare utilizează un solvent mixt de metanol și apă pentru a da o recuperare de 74%.
Se presupune că experimentatorul care realizează această tehnică a efectuat anterior sau a citit despre o cristalizare cu un singur solvent.
- Determinați doi solvenți miscibili care pot fi utilizați pentru cristalizare (Fig.7 a): compusul dorit trebuie să fie solubil într-un solvent (denumit "solvent solubil") și insolubil în celălalt solvent (denumit "solvent insolubil").
- Se transferă solidul impur care urmează să fie cristalizat într-un balon Erlenmeyer de dimensiuni corespunzătoare (Fig.7 b).
- Se pune puțin "solvent solubil" în balon (Fig.7 c), se adaugă un băț de fierbere (sau pietre de fierbere dacă se preferă), apoi se încălzește deasupra unei băi de aburi (Fig.7 d). Se poate folosi cu prudență o plită de încălzire dacă se folosesc solvenții amestecați metanol/apă sau etanol/apă.
- Adăugați mai mult "solvent solubil" în porții până când solidul se dizolvă (Fig.8 a). Asigurați-vă că lăsați timp între adăugiri și lăsați fiecare adaos să fiarbă complet înainte de a mai adăuga.
- Adăugați "solventul insolubil" în porții, cu încălzire până când soluția devine doar tulbure (Fig.8 c).
- Adăugați "solventul solubil" picătură cu picătură, cu încălzire, până când soluția se clarifică din nou (Fig.8 d).
- Se îndepărtează balonul de la sursa de căldură, se îndepărtează bățul de fierbere și se așează balonul deasupra unui șervețel de hârtie împăturit de mai multe ori. Se acoperă gura balonului Erlenmeyer cu un pahar de ceas și se lasă soluția să se răcească încet până la temperatura camerei (Fig.9 a).
- Pe măsură ce soluția se răcește, în cele din urmă ar trebui să se formeze cristale solide (Fig.9 b). Utilizați o tijă de agitare din sticlă pentru a zgâria balonul și a iniția cristalizarea, dacă este necesar. Puneți cristalele într-o baie de apă cu gheață timp de 10-20 de minute și colectați solidul prin filtrare prin aspirație.
Filtrarea la cald.
Filtrarea la cald este utilizată în general în unele cristalizări, atunci când un solid conține impurități insolubile în solventul de cristalizare. De asemenea, este necesară în cristalizare atunci când se folosește cărbune pentru a îndepărta impuritățile foarte colorate dintr-un solid, deoarece cărbunele este atât de fin încât nu poate fi îndepărtat prin decantare.
O filtrare la cald se realizează prin turnarea mai întâi a câtorva ml de solvent printr-o pâlnie care conține o "hârtie de filtru canelată". O hârtie de filtru canelată are multe crestături și o suprafață mare, ceea ce permite o filtrare rapidă. Pâlnia este lăsată să se încălzească, în timp ce amestecul care urmează să fie filtrat este adus la fierbere. Amestecul care fierbe este apoi turnat prin hârtia de filtru în porții (Fig.10 b și d).
O filtrare la cald se realizează prin turnarea mai întâi a câtorva ml de solvent printr-o pâlnie care conține o "hârtie de filtru canelată". O hârtie de filtru canelată are multe crestături și o suprafață mare, ceea ce permite o filtrare rapidă. Pâlnia este lăsată să se încălzească, în timp ce amestecul care urmează să fie filtrat este adus la fierbere. Amestecul care fierbe este apoi turnat prin hârtia de filtru în porții (Fig.10 b și d).
Cel mai bine este să se utilizeze o clemă inelară pentru a fixa pâlnia de filtrare, deși pâlnia poate fi, de asemenea, plasată pur și simplu deasupra balonului. În cazul în care nu se utilizează o clemă inelară, se recomandă plasarea unei agrafe îndoite între balon și pâlnie pentru a permite aerului deplasat să iasă din balonul inferior pe măsură ce lichidul se scurge (fig. 10 c și d). Fără o clemă inelară, instalația este mai predispusă la răsturnare și, prin urmare, utilizarea unei cleme inelare este considerabil mai sigură.
Filtrarea la cald se utilizează pentru filtrarea soluțiilor care vor cristaliza atunci când sunt lăsate să se răcească. Prin urmare, este important ca pâlnia să fie menținută la cald în timpul filtrării prin contact cu vaporii fierbinți ai solventului, altfel se pot forma cristale prematur pe hârtia de filtru sau în tija pâlniei (fig. 11).
Filtrarea la cald se utilizează pentru filtrarea soluțiilor care vor cristaliza atunci când sunt lăsate să se răcească. Prin urmare, este important ca pâlnia să fie menținută la cald în timpul filtrării prin contact cu vaporii fierbinți ai solventului, altfel se pot forma cristale prematur pe hârtia de filtru sau în tija pâlniei (fig. 11).
Cristalizarea pe hârtia de filtru poate bloca instalația și cauza o pierdere de randament (deoarece hârtia de filtru va fi aruncată ulterior). Cristalizarea în tulpină împiedică filtrarea și poate acționa ca un dop pe fundul pâlniei. Un avantaj al filtrării la cald este că solventul în fierbere din balonul filtrant ajută la dizolvarea cristalelor care se formează prematur în tija pâlniei. În cazul filtrării la cald, se recomandă utilizarea unei pâlnii cu picior scurt (Fig.12 a) sau a unei pâlnii fără picior (Fig.12 c), dacă este disponibilă, în locul unei pâlnii cu picior lung (Fig.12 b), deoarece este mai puțin probabil ca materialul să cristalizeze într-un picior scurt sau absent.
Deoarece este esențial ca o soluție să se filtreze rapid înainte de a avea ocazia să se răcească în pâlnie, se utilizează în mod obișnuit o "hârtie de filtru canelată" (Fig. 13 b și c) în locul hârtiei de filtru îndoită în cadran, utilizată uneori la filtrarea prin gravitație (Fig. 13 a). Numărul mai mare de îndoituri ale hârtiei filtrante cu caneluri se traduce printr-o suprafață mai mare și o filtrare mai rapidă. De asemenea, pliurile creează spațiu între hârtia de filtru și pâlnia de sticlă, permițând aerului deplasat să iasă mai ușor din balon pe măsură ce lichidul se scurge.
Proceduri pas cu pas.
Filtrarea la cald este adesea utilizată cu cristalizarea, iar această procedură trebuie introdusă după etapa de dizolvare, dar înainte de a pune deoparte soluția pentru a se răci lent.
Pregătirea instalației de filtrare
- Obțineți o pâlnie fără picior sau cu picior scurt (figura 14 a) și introduceți-o într-o clemă inelară, fixată pe un suport inelar sau pe un grilaj (sau, alternativ, obțineți o clemă de hârtie îndoită în scopul prezentat în figura 14 b).
- Fluturați o hârtie de filtru de dimensiunea corectă pentru pâlnia dvs. în formă de acordeon (instrucțiunile sunt în Fig. 15, iar acordeonul rezultat este în Fig.14 a). Atunci când este plasată în pâlnie, hârtia nu trebuie să fie mai scurtă decât partea superioară a pâlniei, altfel soluția ar putea aluneca pe lângă hârtia de filtru atunci când este turnată.
- Cu un balon Erlenmeyer curat de dimensiunea corectă pentru cristalizare sub pâlnie și pe sursa de căldură, turnați câțiva ml de solvent fierbinte în pâlnie (Fig.14 d).
a) Dacă utilizați o clemă inelară, reglați clema astfel încât să existe un spațiu mic între gura Erlenmeyerului și fundul pâlniei: acest lucru permite deplasarea aerului atunci când lichidul curge în balon. Dacă spațiul este prea mare, vaporii fierbinți vor ieși fără a încălzi pâlnia.
b) Dacă nu utilizați o clemă inelară, plasați o agrafă de hârtie îndoită între balon și pâlnie (Fig.14 b). - Permiteți solventului să fiarbă și să încălziți întreaga instalație. Dacă folosiți cărbune, introduceți procedura respectivă acum.
Filtrați soluția în porțiuni.
- Când balonul de filtrare este destul de fierbinte, iar soluția care trebuie filtrată fierbe, se toarnă amestecul clocotit în pâlnia de filtrare în porții. Atingeți balonul de hârtia de filtru din pâlnie în timp ce turnați (Fig. 16 a).
- Notă de siguranță: balonul poate fi destul de fierbinte, iar vaporii fierbinți vă pot arde mâna în timp ce turnați (turnați lateral, astfel încât mâna să nu se afle deasupra pâlniei). Dacă balonul este prea fierbinte pentru a fi ținut cu mâinile, utilizați un "suport pentru prosop de hârtie" pentru a ține balonul (Fig. 16 a):
a) Pliați o secțiune de prosop de hârtie de mai multe ori, astfel încât banda rezultată să aibă aproximativ un centimetru lățime. Dacă doriți, fixați banda împreună folosind câteva bucăți de bandă adezivă.
b) Atunci când țineți un balon, suportul pentru prosopul de hârtie trebuie să fie sub buza balonului. În acest fel, lichidul nu se va scurge spre prosopul de hârtie atunci când se toarnă (prosopul rămâne uscat în Fig. 16 a), dar umed cu prosopul prea lat în Figura Fig. 16 c).
- Atunci când nu se toarnă amestecul care urmează să fie filtrat, flaconul se întoarce la sursa de căldură (Fig. 17 a).
- Când amestecul este complet filtrat, se așează balonul gol pe masa de lucru (notă de siguranță: nu se încălzește un balon gol, altfel acesta se poate sparge). Inspectați pâlnia: dacă pe hârtia de filtru se observă cristale (ca în Fig. 17 b), clătiți cu câțiva ml de solvent clocotitor pentru a le dizolva. O clătire nu este necesară în cazul Fig. 17 c.
- Inspectați filtratul (lichidul care a trecut prin hârtia de filtru). Dacă s-a folosit cărbune și filtratul este gri sau se pot vedea particule negre fine, atunci cărbunele a trecut prin hârtia de filtru fie printr-o gaură, fie prin utilizarea dimensiunii greșite a ochiurilor filtrului. Dacă colegii de clasă nu au gri în soluțiile lor, probabil că a fost o gaură. Repetați etapa de filtrare la cald cu o hârtie de filtru și un balon noi.
Last edited by a moderator:
