Кристаллизация

При охлаждении горячего насыщенного раствора из него выделяется растворенное вещество, и чем ниже температура, до которой охлаждают раствор, тем боль­шее количество кристаллов выпадает в осадок.

Жидкость, которую после этого можно отделить от осадка фильтрованием (так называемый маточный рас­твор), будет все же насыщенным при данной темпера­туре раствором, из которого можно дополнительно вы­делить некоторое количество растворенного вещества или при более сильном охлаждении, или путем упаривания, т. е. удаляя некоторую часть растворителя.

Если в растворе находится не одно, а несколько раз­личных веществ, то они могут быть разделены так называемой дробной кристаллизацией. Возмож­ность такого разделения объясняется неодинаковой растворимостью веществ при различных температурах. При некоторой определенной температуре раствор будет на­сыщенным в отношении одного и ненасыщенным в от­ношении другого вещества. Естественно, что в то время как первое вещество станет при охлаждении выпадать в осадок, второе еще будет полностью находиться в рас­творе.

Указанные соображения положены в основу метода очистки кристаллических веществ путем кристаллиза­ции.

Проведение кристаллизации

Чтобы перекристаллизовать какое-либо вещество, его растворяют в подходящем растворителе, нагретом до ки­пения, стараясь получить концентрированный или даже насыщенный при данной температуре раствор. Если раствор содержит какие-либо механические примеси или муть, его отфильтровывают через воронку для горячего фильтрования, причем приемником может служить кристаллизатор, фарфоровая чашка, коническая колба или стакан. Если же полученный раствор совер­шенно прозрачен и не содержит механических примесей, фильтрование излишне и даже вредно, так как оно не­избежно связано с потерей некоторого количества кри­сталлизуемого вещества.

При перекристаллизации стараются получить веще­ство в кристаллах некоторого среднего размера (не очень крупных и не очень мелких). Крупные кристаллы обычно содержат включения маточного раствора с находящи­мися в нем примесями, в результате чего перекристалли­зованное вещество оказывается загрязненным. Наоборот, очень мелкие кристаллы, будучи свободными, от этих включений, образуют густую кашицу; между отдельными кристаллами последней очень прочно удерживается ма­точный раствор, отмыть который полностью без большой потери вещества не удается. Кроме того, установить кри­сталлическую структуру очень мелких кристаллов за­труднительно (даже под микроскопом), а это лишает исследователя возможности использовать один из важ­ных критериев чистоты вещества — его кристаллическую структуру и однородность образованных кристаллов. Величина отдельных кристал­лов, выделяющихся при перекристаллизации, зависит от скорости охлаждения раствора. Если раствор охлаждает­ся медленно, то образующиеся кристаллы постепенно растут и могут достигнуть иногда очень больших разме­ров и, наоборот, при быстром охлаждении образуются мелкие кристаллы.

Для быстрого охлаждения раствора при кристалли­зации кристаллизатор (или другой приемник) помещают в холодную воду, снег или лед. Если при быстром охла­ждении кристаллы все же не выделяются, образование их можно вызвать, потерев стеклянной палочкой изнутри о стенку сосуда или же внеся самое незначительное ко­личество вещества в охлажденный раствор. В последнем случае бывает достаточно кристаллика величиной с пы­линку.

Если при кристаллизации образовались очень мелкие кристаллы, их снова растворяют при нагревании и сосуд, в котором проводилось растворение, сразу же оберты­вают полотенцем, накрывают часовым стеклом (выпуклой стороной наружу) и оставляют стоять в полном покое.

Выпавшее при кристаллизации вещество отделяют от маточного раствора путем фильтрования под вакуумом; тщательно отжимают на воронке плоской стороной стек­лянной пробки и промывают небольшим количеством чи­стого холодного растворителя. Маточный раствор выпаривают до половины и снова выделяют новую порцию ве­щества, как это было описано выше.

Отфильтрованные кристаллы высыпают на фильтро­вальную бумагу, равномерно распределяют по ней, свер­ху закрывают другим листом фильтровальной бумаги и сушат на воздухе. Если вещество не теряет кристаллиза­ционной воды (перекристаллизация из воды), то его мо­жно сушить в эксикаторе. Вещества, расплывающиеся на воздухе, быстро отжимают на пористой глиняной тарелке и перекладывают в банку с притертой пробкой.

Когда перекристаллизацию ведут не из воды, а из какого-нибудь органического растворителя, например спирта или бензола, необходимо принимать меры, чтобы при нагревании и фильтровании раствора не возник пожар.

Для более тщательной очистки перекристаллизацию приходится проводить несколько раз. Следует заметить, что с каждой новой "перекристаллизацией количество ве­щества будет уменьшаться, так как потери при кристал­лизации неизбежны, как бы тщательно она ни велась.