1.2 Кристаллизация

1.2.1 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:

• выбор растворителя;

• предварительное удаление примесей;

• приготовление горячего насыщенного раствора;

• отделение не растворившихся примесей, обработка раствора адсорбентом, отделение от адсорбента;

• охлаждение раствора;

• отделение образовавшихся кристаллов;

• промывка, кристаллов чистым растворителем;

• сушка.

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

• хорошо растворять очищаемое соединение при нагревании и плохо на холоду;

• примеси либо вообще не должны растворяться, либо обладать высокой растворимостью даже на холоду;

• быть инертным по отношению к растворяемому веществу;

• отличаться доступностью, малой токсичностью, наименьшей опасностью в пожарном отношении;

• 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.

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 пожароопасен.

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.

О

Рисунок 1 – Прибор для фильтрования

1) – воронка Бюхнера;

2) – дырчатое дно воронки (вид сверху);

3) – колба Бунзена

саждение 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 Бюхнера с отсасыванием. 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.