18.1 Теоретическая часть

Кристаллизация (перекристаллизация) используется для разделения смеси твердых веществ, а также их очистки от различных загрязнений. По сравнению с другими методами она наиболее универсальна, относительно мало трудоемка, обеспечивает при правильном проведении высокую степень очистки, хотя и связана иногда со значительными потерями очищаемого продукта.

Перекристаллизации основана на различной растворимости вещес­тва в горячем и холодном растворителе и включает следующие этапы:

1. Выбор растворителя;

2. Предварительное удаление примесей;

3. Приготовление горячего насыщенного раствора;

4. Отделение не растворившихся примесей, обработка раствора адсорбентом, отделение от адсорбента;

5. Охлаждение раствора;

6. Отделение образовавшихся кристаллов;

7. Промывка, кристаллов чистым растворителем;

8. Сушка.

Выбор растворителя. Успех перекристаллизации определяется, прежде всего, правильным выбором растворителя. Растворитель должен отвечать следующим требованиям:

1. Хорошо растворять очищаемое соединение при нагревании и плохо на холоду;

2. Примеси либо вообще не должны растворяться, либо обладать высокой растворимостью даже на холоду;

3. Быть инертным по отношению к растворяемому веществу;

4. Отличаться доступностью, малой токсичностью, наименьшей опасностью в пожарном отношении;

5. Качество перекристаллизации зависит от чистоты растворителя, поэтому применение технических, неочищенных растворителей по возможности исключается.

Приготовление насыщенного горячего раствора. Если растворимость очищаемого вещества неизвестна, ее приблизительно определяют, растворяя небольшую навеску в пробирке. Затем, пользуясь результатами определения, к отвешенному количеству очищаемого вещества приливают несколько меньшее, чем требуется для образования насыщенного раствора, количество растворителя. Смесь при непрерывном перемешивании стеклянной палочкой доводят до кипения (в химическом стакане или колбе на электроплитке в случае, если растворитель - вода) и затем приливают воду небольшими порциями, каждый раз возобновляя кипение, до тех пор, пока вещество полностью не растворится. В некоторых случаях изменяют порядок растворения.

Если образовавшийся раствор содержит муть, его фильтруют, разбавляя небольшим количеством горячей воды или пользуясь воронкой для горячего фильтрования во избежание кристаллизации вещества на фильтре. Типы фильтров и устройства для фильтрования приведены на рис. 1-4(см.выше)

Растворение в органических растворителях подлежащих кристаллизации веществ проводят в колбе, снабженной обратным холодильником.

Горячее фильтрование насыщенного раствора в органическом растворителе - ответственная операция, для выполнения которой необходим некоторый опыт и предельная пунктуальность, так как органический горячий растворитель представляет повышенную опасность в пожарном отношении.

Удаление примесей и очистка растворов. Перекристаллизация продуктов с содержанием основного вещества менее 95% осуществляется путем предварительного удаления примесей с помощью адсорбентов. Для этого растертый в порошок адсорбент (обычно активированный уголь) небольшими порциями присыпают к насыщенному горячему раствору, удалив источник нагрева (иначе возможно бурное вскипание жидкости и выброс ее из стакана или колбы). Чтобы адсорбция прошла полнее, раствор некоторое время кипятят с углем, затем проводят горячее фильтрование через плотный фильтр, например, бумагу "синяя лента". Количество адсорбента составляет обычно 0,5-2% от массы очищаемого вещества. Даже однократная обработка адсорбентами нередко может заменить несколько перекристаллизации. Выигрыш во времени и в отношении выхода чистого продукта делает эту операцию, несомненно, целесообразной.

К рекомендуемым способам предварительного удаления примесей относится также промывка очищаемого продукта растворителем, в котором основное вещество нерастворимо или плохо растворимо, а примеси хорошо растворимы.

Осаждение кристаллов из раствора. Для получения возможно более чистого продукта горячий насыщенный раствор подвергают медленному охлаждению. Слишком быстрое охлаждение вредит очистке, так как приводит к образований мелких кристаллов. Особой тщательности требует работа с веществами, склонными к образованию пересыщенных растворов. При охлаждении растворов таких веществ, кристаллы долго не выделяются из-за отсутствия центров кристаллизации. Один из способов стимулирования кристаллизации - "введение затравки", т.е. внесение в охлаждаемый насыщенный раствор нескольких чистых кристаллов подвергаемого перекристаллизации вещества. Кристаллизацию вызывает также интенсивное потирание стеклянной палочкой о внутренние стенки сосуда с насыщенным раствором очищаемого вещества.

После окончания кристаллизации выпавший продукт отфильтровывают на воронке с фильтром. Кристаллы тщательно промывают на фильтре небольшими порциями холодного чистого растворителя, не смешивая промывную жидкость с маточным раствором. Назначение промывки не только в отделении маточного раствора, но и в удалении адсорбированных на поверхности кристаллов примесей.

Выделенный кристаллический продукт после фильтрования и промывки подвергают сушке.