Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экспериментальные методы в химии. Учебное пособие
.pdf
Работа № 4. ВОЗГОНКА (СУБЛИМАЦИЯ)
Охлажденная поверхность должна всегда находиться вблизи от пространства, в котором происходит возгонка, – это увеличивает скорость
возгонки. Кроме того, вещество следует растереть в мелкий порошок,
так как возгонка происходит с поверхности. Приборы нужно разбирать
только после полного охлаждения, при этом надо избегать сотрясений.
Возгонка также используется в пищевой промышленности: так, на
пример, сублимированный кофе получают из замороженного кофейного экстракта через обезвоживание вакуумом. Фрукты после сублимирования весят в несколько раз меньше, а в воде восстанавливаются.
Сублимированные продукты значительно превосходят сушеные по пищевой ценности, так как возгонке поддается только вода, а при термическом испарении теряются многие полезные вещества.
Ход работы № 4
1. Очищаемое вещество методом возгонки растираем в ступке.
2. Для возгоняемого вещества определяем температуру плавления.
3. Очищаемое вещество массой 1 г помещаем в фарфоровую чашку,
покрываем фильтровальной бумагой с отверстиями, на которую
ставим воронку с носиком, закрытым ватой.
4. Медленно нагреваем на песчаной бане.
5. После окончания возгонки веществу даем охладиться.
6. Возгоняемое вещество собираем
и определяем его массу.
7. Рассчитываем выход чистого вещества.
8. Для чистого вещества определяем температуру плавления.
9. Полученные данные записываем в лабораторный журнал.
-
21
Работа № 5. ХРОМАТОГРАФИЯ
Цель работы: методом тонкослойной хроматографии подтвердить
индивидуальность вещества и рассчитать его хроматографическую подвижность.
Оборудование: стаканы, пипетки (1 мл и 5 мл), груша, пластинки
для ТСХ (силуфол), капилляры, йодная камера, хроматографическая камера.
Реактивы: этанол, гексан, ибупрофен.
Теоретические основы
Для подтверждения индивидуальности выделенного вещества используется метод хроматографии. Этот метод был открыт в 1903 году
в Биологическом отделении Варшавского общества естествоиспытателем М. С. Цветом.
Открытый М. С. Цветом метод адсорбционного хроматографического
анализа является в настоящее время одним из важнейших методов разделения и очистки органических веществ, применяемым не только в
ла-
бораторной практике, но и в промышленном производстве.
Хроматографичекое разделение веществ, проводят в колонках, наполненных сорбентом, на пластинках, содержащих тонкий слой сорбента
и на бумаге.
Колоночная хроматография. Хроматографирование проводят в трубках из стекла или металла соотношения диаметра от 1 к 10 до 1 к 100.
Колонку закрепляют в штативе. На дно колонки
кладут кусочек стеклянной ваты, сорбент (чаще всего окись алюминия, силикагель, крахмал, целлюлоза) вносят либо в сухом виде, либо в виде суспензии в том растворителе, в котором будет происходить хроматографирование. Адсорбент
должен быть химически инертен по отношению к подвижной фазе и разделяемым веществам. В первом случае сорбент
постепенно засыпают
в колонку, наполненную растворителем, и все время постукивают по колонке для равномерного уплотнения адсорбента, избыток растворителя
спускают через кран. При втором способе наполнения колонки оксид
алюминия интенсивно перемешивают в растворителе и в виде суспензии вливают небольшими порциями, также слегка постукивают по колонке для равномерного оседания сорбента
. В верхнюю часть колонки
помещают тампон из стеклянной ваты, закрывающий слой сорбента
22
Работа № 5. ХРОМАТОГРАФИЯ
и препятствующий его размыванию. Сорбент не должен быть наполнен
до верха колонки. Компоненты смеси, которую разделяют, хроматографически адсорбируются с различной силой неподвижной фазой, поэтому они с разной скоростью перемещаются по колонке при пропускании
через нее элюента (например, различные органические растворители).
При достаточной длине колонке и правильном выборе элюента образует
ся отдельный зонд, разделенный слоями чистого адсорбента. При постепенном пропускании элюента вещества разделяются и последовательно
вымываются из колонки. Окрашенные вещества могут быть разделены
весьма просто, так как положение зон окрашивания может быть установлено визуально. Выходящий из колонки раствор собирают отдельно
в виде малых фракций, растворитель упаривают и таким
образом выделяют в индивидуальном виде вещества из смеси. Определяют коэффициент задержки для каждой фракции (R
). Индивидуальное вещество про-
f
является в виде одного пятна на хроматограмме.
При бумажной хроматографии носителем служит специальная филь-
тровальная бумага. Индентификацию смеси неизвестного состава проводят в сравнении вида ее хроматограммы с хроматографией «свидетелей»,
т.е. веществ, предполагаемых в смеси.
Тонкослойная хроматография применяется при разделении очень
малых количеств вещества на небольшом
слое адсорбента за короткое
время. Существуют два способа приготовления тонкого слоя сорбента –
в закрепленном и в незакрепленном слое. Для приготовления хроматографической пластинки с закрепленным слоем на стеклянную пластинку
наносят в виде кашицы смесь адсорбента со связывающими веществами (ими могут служить: сульфат кальция, рисовый крахмал, вода и т.п.).
помощью специального валика равномерно раскатывают эту смесь
С
и делают слой толщиной 2 мм, затем пластинку высушивают при 120–
130 °С. При работе на тонком, незакрепленном слое можно воспользоваться теми же самыми пластинками, на которые насыпают слой сорбента и равномерно раскатывают его валиком, слегка прижимая к стеклу.
Слой адсорбента составляет около 1 мм
. На пластинку с адсорбентом
параллельно нижнему краю проводят линию – линию старта. По всей
ее длине капилляром наносят капли растворов на расстоянии 1,5–2,0 см
друг от друга. После того как испарится растворитель, пластинку помещают наклонно в кювету с налитым на дно растворителем 1,0–1,5 см
по высоте. Стартовая линия должна быть выше элюента.
Кювета должна
-
23
Д. А . ШИПИЛОВ, Н. В. КУТЯШЕВА, Г. И. КУРОЧКИНА. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ В ХИМИИ
закрываться, чтобы элюент не испарялся. После того как растворитель
поднимется почти до верха пластинки, ее вынимают, отмечают положение зоны растворителя. Пластинку сушат на воздухе, а затем помещают
в атмосферу паров йода, при этом чистый сорбент на пластинке окрашивается, а пятна остаются бесцветными или окраска их будет отличной
от цвета
рования определяется хроматографическая подвижность R
адсорбента. По положению пятен веществ после хроматографи-
.
f
Количественной мерой скорости переноса вещества, при использова-
нии определенного адсорбента и растворителя, является величина R
(от
f
англ. retention factor – «коэффициент задержки»).
Величину R
определяют как частное от деления расстояния от пятна
f
до стартовой линии на величину пробега растворителя от стартовой линии:
ϱϡϲϲϳϯЀϮϩϦ ϯϳ ϲϦϱϦϥϩϮϼ ϰЀϳϮϡ ϥϯ ϲϳϡϱϳϯϣϯϪ ϬϩϮϩϩ
Rf =
ϱϡϲϲϳϯЀϮϩϦ ϯϳ ϵϱϯϮϳϡ ϱϡϲϳϣϯϱϩϳϦϬЀ ϥϯ ϲϳϡϱϳϡ
.
Величина Rf всегда меньше единицы, она не зависит от длины хроматограммы.
Качественный состав смеси определяют сравнением величин R
пытуемого вещества с R
контрольного вещества («свидетеля»), кото-
f
ис-
f
рое также наносят на хроматографическую пластинку. «Свидетелем»
служит предполагаемое вещество, полученное другим методом. Также
при хроматографировании используют силуфоловые пластинки, которые представляют собой плотную алюминиевую фольгу, покрытую
слоем силикагеля. Они удобны в обращении и позволяют быстро провести анализ смеси.
Техника работы при хроматографировании на силуфольных
пластинках
С помощью капилляра на стартовые точки хроматографической
пластинки наносят по одной капле раствора исследуемого вещества.
Диаметр пятен при нанесении не должен быть больше 0,5–0,7см.
После испарения растворителя пластинку ставят в камеру, на дно
которой слоем в 1 см налит растворитель. Под действием капиллярных сил растворитель поднимается по слою и увлекает
за собой компоненты нанесенной смеси – каждый с характерной для него скоростью.
После того, как фронт растворителя доходит до конечной линии, пластинку вынимают и сушат на воздухе или в сушильном шкафу. Если
24
Работа № 5. ХРОМАТОГРАФИЯ
вещество окрашено, то результат хроматографирования виден сразу же.
Бесцветные пятна проявляют в йодной камере.
Преимуществами ТСХ на силуфоле по сравнению с другими методами хроматографии являются высокая селективность, большая чувствительность, незначительная затрата времени на хроматографирование.
Ход работы № 5
1. Выданную смесь растворяем в этаноле.
2. Ибупрофен растворяем в этаноле («свидетель»).
3. Отмеряем 1 см от начала пластинки и карандашом отмечаем линию старта.
4. С помощью капилляров наносим на линию старта по 1 капле раствора смеси и на расстоянии 2–3 см каплю «свидетеля».
5. После того как улетит растворитель, хроматографическую пла-
стинку помещаем
в стакан с элюентом под углом и накрываем.
6. Когда уровень растворителя подойдет почти к верхнему краю
пластины, силуфольную пластинку вынимаем из камеры и сушим
на воздухе до удаления растворителя с поверхности пластины.
7. Пластинку помещаем для проявления в йодную камеру.
8. После того как пятна проявились, делаем замеры от линии старта
до линии прохождения элюента и от старта до середины пятна.
9. Рассчитываем хроматографическую подвижность веществ.
25
Работа № 6. ПЕРЕГОНКА
Цель работы: научиться собирать прибор для перегонки при атмо-
сферном давлении и осуществить разделение смеси данным методом.
Оборудование: круглодонная колба, прямой холодильник, насадка
Вюрца, термометр, аллонж, электрическая плитка, колба-приемник.
Реактивы: 1,2-дихлорэтан, четыреххлористый углерод, хлороформ,
1,2-дихлометан.
Теоретические основы
Перегонка является удобным методом очистки и выделения органиче-
ских соединений, имеющих различные температуры кипения.
Перегонкой называют процесс, в ходе которого вещество нагревают в соответствующей аппаратуре до кипения и образовавшийся пар конденсируют
в холодильнике. Целью перегонки является разделение жидких летучих веществ; при этом во время процесса наблюдают за температурой.
перегонке индивидуального вещества его температура остается
При
постоянной в течение всего времени перегонки. Если температура кипения начинает возрастать, то это означает, что начинает перегоняться другая жидкость, имеющая более высокую температуру кипения. Во время
ее перегонки также температура остается постоянной. Меняя приемники, можно собрать несколько фракций. Если температура кипения
жидкости не выше 80 °C, то нагревание следует проводить на водяной бане.
Масляную и песчаную бани используют для перегонки веществ с более
высокой температурой кипения.
Для перегонки жидкостей, кипящих между 40 и 150 °С при атмосферном давлении, применяют прибор, изображенный на рис. 1. Помещенную
в колбу 1 жидкость испаряют, используя в качестве источника тепла, на
пример, масляную или глицериновую баню 8. Пары поднимаются в насадку Кляйзена для перегонки 3 и омывают шарик термометра 4, с помощью которого следят за температурой паров. Затем пары попадают
в прямой холодильник 5, в котором они конденсируются. Конденсат
через аллонж 6 стекает в колбу-приемник 7. В этом приборе пар и конденсат перемещаются
в одинаковом направлении.
Необходимо следить за тем, чтобы шарик термометра находился в той части насадки, где он полностью омывается парами перегоняемой жидкости.
Если шарик расположен неправильно, то термометр необходимо сменить.
-
26
Работа № 6. ПЕРЕГОНКА
Для большинства жидкостей характерна склонность к перегреву, т.е.
они нагреваются несколько выше температуры кипения, причем закипают с сильными толчками. Для устранения перегрева и связанных с ним
толчков всегда бросают в колбу перед перегонкой несколько «кипелок» – кусочков пористого неглазурованного фарфора. При нагревании
из «кипелок» выделяются небольшие пузырьки воздуха, инициирующие
образование пара. Если перегонка прерывается и содержимое колбы охлаждается, поры «кипелок» заполняются жидкостью, становятся неактивными и должны быть поэтому заменены новыми.
Если вы забыли в начале перегонки бросить в колбу «кипелки», то исправить свою ошибку можно только после того, как жидкость охладится
до комнатной температуры. При добавлении
их в горячую жидкость может произойти бурное вскипание, жидкость выбрасывается из прибора
и может воспламениться от нагревателя!
Ход работы № 6
1. Собираем прибор для перегонки при атмосферном давлении.
2. Ставим два металлических штатива.
3. На основание одного штатива устанавливаем электрическую
плитку и ставим на нее воздушную или водяную баню.
4. В лапке закрепляем круглодонную колбу, в которую наливаем вы-
данную для разделения смесь органических веществ.
5. В колбу помещаем насадку Кляйзена, термометр и
соединяем
с прямым холодильником (подсоединяем с помощью шлангов
воду, не забывая, что вода идет противотоком парáм перегоняемого вещества). Холодильник также закрепляем в лапке другого
штатива.
6. Конденсируемая в холодильнике жидкость поступает в приемник
через аллонж, который закрепляется герметично с холодильником
и приемником.
7. Перед началом перегонки в колбу опускаем несколько
«кипелок»,
следим за температурой и собираем соответствующую фракцию
при температуре кипения данного органического вещества.
8. После того как температура начнет повышаться, нужно заменить
приемник и в него собирать другую фракцию вещества.
9. После того как перегонка закончилась, разбираем установку после ее охлаждения.
27
Работа № 7. РАЗДЕЛЕНИЕ СМЕСИ ВЕЩЕСТВ
Цель работы: познакомиться с различными подходами к разделению
неоднородных смесей веществ.
Оборудование: штатив, делительная воронка, воронка, фильтровальная бумага, коническая колба, мерный цилиндр, колба-приемник, электрическая плитка, чашка для упаривания, электронные весы, щипцы.
Реактивы: песок, пенопласт, гексан, раствор хлорида натрия.
Теоретические основы
Для отделения твердых частиц от жидкости применяют метод фильтрования, для этого смесь пропускают через конусную воронку с вложенным в нее складчатым бумажным фильтром, который не должен выступать над воронкой. Во время фильтрования уровень жидкости воронки
должен быть ниже краев фильтра. Твердые вещества остаются на фильтре. С помощью
щиеся между собой жидкости. Одну сливают через нижнее отверстие,
а другую через верхнюю часть воронки.
делительной воронки можно разделить не смешиваю-
Ход работы № 7
1. Вам выдан стакан, в котором находятся песок, пенопласт, раствор
поваренной соли и гексан.
2. Фильтрованием отделяем твердые вещества.
3. Пенопласт от песка отделяем методом отстаивания.
4. С помощью делительной воронки разделяем раствор поваренной
соли и гексана.
5. Предварительно взвешиваем фарфоровую чашку и затем вылива-
ем в нее раствор соли. По разнице весов
ра соли, которую затем выпариваем, нагревая на электрической
плитке.
6. Зная массу раствора и массу оставшейся после выпаривания соли,
определяем процентную концентрацию раствора соли.
определяем массу раство-
28
Работа № 8. ЭКСТРАКЦИЯ
Цель работы: закрепить знания по методу тонкослойной хроматографии, применить навыки по сборке прибора для экстракции и рассчитать
процентное содержание экстрагируемого вещества в смеси.
Оборудование: фарфоровая ступка, круглодонная колба, обратный
холодильник, водяная баня, электрическая плитка, коническая воронка,
фильтровальная бумага, стакан, хроматографическая пластинка, капилляр, пипетки, груша, пинцет,
хроматографическая камера, йодная камера.
Реактивы: этанол, «Ибупрофен» (2-(4-изобутилфенил)-пропионовая
кислота), дистиллированная вода, хроматографическая система (гексан : этанол, 3 : 1).
Теоретические основы
Экстракцию (или извлечение) применяют для выделения вещества
из твердой смеси или растворов каким-либо растворителем. Чаще
всего вещество извлекают из водного раствора органическим растворителем (диэтиловый эфир, бензол, хлороформ, дихлорэтан, четыреххлористый углерод, хлористый метилен, петролейный эфир, этилацетат и др.). При подборе растворителя для экстракции учитывают
несколько факторов:
а) растворитель
не должен смешиваться с водной фазой;
б) растворимость извлекаемого вещества в экстрагенте должна быть
значительно выше, чем в исходном растворе;
в) плотность веществ разная;
г) растворитель должен иметь высокую температуру кипения.
Если экстрагируемое вещество хорошо растворяется в воде, то при-
меняют метод высаливания. К раствору добавляют твердые соли (хло-
натрия, сульфат натрия и сульфат аммония и др.). При этом ме-
рид
няется плотность раствора, уменьшается растворимость – экстракция
облегчается.
При экстрагировании водных растворов иногда получаются стой-
кие эмульсии. Чтобы разрушить их, раствор насыщают неорганической солью или оставляют эмульсии на некоторое время для расслаивания.
Экстрагирование жидкостей проводят в делительной воронке.
Предварительно
необходимо смазать кран и пробку специальной мазью
29
Д. А . ШИПИЛОВ, Н. В. КУТЯШЕВА, Г. И. КУРОЧКИНА. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ В ХИМИИ
и убедиться в герметичности прибора. Затем наливают раствор и экстрагент так, чтобы общее количество жидкости составляло не более ¾ во-
1
ронки, а объем растворителя должен составлять
/5 часть от объема рас-
твора. Воронку закрывают, придерживая одной рукой пробку, а другой
кран, встряхивают ее, держа в горизонтальном положении. После этого
воронку перевертывают пробкой вниз и открывают кран, направленный
вверх, для выравнивания избыточного давления. Воронку еще раз встряхивают в горизонтальном положении в течение нескольких секунд и сно-
открывают кран (встряхивания продолжают несколько раз). Затем ее
ва
закрепляют в штативе при помощи лапки. После расслоения смеси открывают пробку и через кран спускают нижний слой в колбочку, а верхний выливают через верхнее отверстие воронки. Экстракцию повторяют несколько раз, пока вещество перестанет переходить в растворитель,
в этом можно убедиться
, испаряя каплю последней порции экстракта
на часовом стекле. В том случае, когда проба испаряется без остатка, экстрагирование заканчивают. Если для работы взяты окрашенные растворы, то экстрагирование проводят до тех пор, пока прекратится окрашивание экстракта.
При нейтрализации раствора карбонатом натрия выделяется оксид
углерода(IV), что приводит к повышению давления
в воронке. Давление
спускают, осторожно открывая кран воронки. При работе с сильнокислыми и щелочными растворами следует надевать защитные очки.
Для экстракции из малых объемов вещества можно использовать
капельные воронки с укороченными трубками и небольшие пробирки.
Экстракт легко отделить пипеткой.
Ход работы № 8
1. Таблетки (2 шт.), содержащие 2-(4-изобутилфенил)-пропионовую
кислоту, растираем в фарфоровой ступке.
2. Экстрагируем 15 мл растворителя (этилового спирта).
3. Собираем прибор как в работе № 2 для перекристаллизации веще-
ства из органических растворителей.
4. В круглодонной колбе на водяной бане кипятим в течение 30 мин.
5. Полученный раствор фильтруем на складчатом фильтре.
6. После фильтрования спиртового раствора
методом ТСХ под-
тверждаем наличие 2-(4-изобутилфенил)пропионовой кислоты
в фильтрате.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]