Yeniden kristalleşme.
Kimyada yeniden kristalleştirme, kimyasalları saflaştırmak için kullanılan bir tekniktir. Hem safsızlıkları hem de bir bileşiği uygun bir çözücüde çözerek, istenen bileşik veya safsızlıklar çözeltiden çıkarılabilir ve diğeri geride bırakılabilir. Bileşik çökeldiğinde sıklıkla oluşan kristaller için adlandırılmıştır. Alternatif olarak, yeniden kristalleşme, daha küçük olanlar pahasına daha büyük buz kristallerinin doğal büyümesini ifade edebilir.
Saflaştırma yöntemi, çoğu katının çözünürlüğünün artan sıcaklıkla arttığı ilkesine dayanır. Bu, sıcaklık arttıkça bir çözücüde çözülebilen çözünen madde miktarının arttığı anlamına gelir.
Yüksek sıcaklıkta yüksek konsantrasyonlu bir çözelti hazırlamak için saf olmayan bir bileşik çözülür (safsızlıklar da çözücüde çözünür olmalıdır). Çözelti soğutulur. Sıcaklığın düşürülmesi, çözeltideki safsızlıkların ve saflaştırılan maddenin çözünürlüğünün azalmasına neden olur. Saf olmayan madde daha sonra saf olmayanlardan önce kristalleşir - saf olmayan maddelerin saf olmayanlardan daha fazla olduğu varsayılır. Saf olmayan madde daha saf bir biçimde kristalleşecektir çünkü saf olmayan maddeler henüz kristalleşmeyecektir, dolayısıyla saf olmayan maddeler çözeltide kalacaktır. Bu noktada daha saf kristalleri ayırmak için bir filtreleme işlemi kullanılmalıdır. Prosedür tekrarlanabilir. Çözünürlük eğrileri, yeniden kristalleştirme prosedürünün sonucunu tahmin etmek için kullanılabilir.
Yeniden kristalleştirme en iyi şu durumlarda işe yarar.
Saflaştırma yöntemi, çoğu katının çözünürlüğünün artan sıcaklıkla arttığı ilkesine dayanır. Bu, sıcaklık arttıkça bir çözücüde çözülebilen çözünen madde miktarının arttığı anlamına gelir.
Yüksek sıcaklıkta yüksek konsantrasyonlu bir çözelti hazırlamak için saf olmayan bir bileşik çözülür (safsızlıklar da çözücüde çözünür olmalıdır). Çözelti soğutulur. Sıcaklığın düşürülmesi, çözeltideki safsızlıkların ve saflaştırılan maddenin çözünürlüğünün azalmasına neden olur. Saf olmayan madde daha sonra saf olmayanlardan önce kristalleşir - saf olmayan maddelerin saf olmayanlardan daha fazla olduğu varsayılır. Saf olmayan madde daha saf bir biçimde kristalleşecektir çünkü saf olmayan maddeler henüz kristalleşmeyecektir, dolayısıyla saf olmayan maddeler çözeltide kalacaktır. Bu noktada daha saf kristalleri ayırmak için bir filtreleme işlemi kullanılmalıdır. Prosedür tekrarlanabilir. Çözünürlük eğrileri, yeniden kristalleştirme prosedürünün sonucunu tahmin etmek için kullanılabilir.
Yeniden kristalleştirme en iyi şu durumlarda işe yarar.
- Safsızlık miktarı azdır.
- İstenen çözünenin çözünürlük eğrisi sıcaklıkla birlikte hızla yükselir.
Tek çözücü kristalizasyonu, açıklamalı örnek.
Bu bölümde resmedilen kristalizasyon, reaktif şişesinde turuncu bir toz olarak bulunan yaklaşık 1 g eski NBS - bromosüksinimid (NBS) örneğinin saflaştırılmasını göstermektedir. Kristalizasyonda çözücü olarak yanıcılık sorunu olmayan su kullanılmış ve bu nedenle bir ocak gözü kullanılmıştır.Yanıcı organik çözücüler kullanılarak bir kristalizasyon gerçekleştirilecekse, buhar banyosu tavsiye edilir ve bazı durumlarda gereklidir (dietil eter, aseton veya düşük kaynama noktalı petrol eteri kullanıldığında). Aşağıdaki prosedür işlem için bir kılavuz olarak kullanılmalıdır ve su ile organik çözücülerin kullanımı arasındaki bazı temel farklar ilerideki bir bölümde tartışılacaktır.
Kurulumu Hazırlayın:
- Kristalize edilecek saf olmayan katıyı uygun büyüklükteki bir Erlenmeyer şişesine aktarın (Şekil 2 a). Katı tanecikli ise, önce bir cam karıştırma çubuğu ile toz haline getirin.
- Kristalizasyonun bir beher içinde yapılması tavsiye edilmez. Bir Erlenmeyer şişesinin dar ağzı, çözücü buharları şişenin duvarlarında yoğunlaşmak yerine (şişenin kenarlarında "geri akış" yaparlar), işlem sırasında daha kolay dönmeye ve buharlaşmanın en aza indirilmesine olanak tanır. Erlenmeyer'in dar ağzı aynı zamanda şişenin soğutma aşamasında daha kolay kapatılmasına ve hatta uzun kristalizasyonlar için potansiyel olarak durdurulmasına olanak tanır. Yuvarlak tabanlı bir şişe de kristalizasyon için ideal değildir, çünkü şişenin şekli işlemin sonunda bir katının geri kazanılmasını zorlaştırır.
- Kristalizasyon sırasında şişenin çok dolu veya çok boş olmaması önemlidir. Eğer erlen sıcak çözücü ile yarıdan fazla dolu olursa, erlenin kaynamasını önlemek zor olacaktır. Eğer erlen 1 cm'den daha az bir yüksekliğe kadar çözücü içeriyorsa, çözelti çok hızlı soğuyacaktır. Numunenin 10-50 katı kadar çözücü kullanmak yaygındır ve kabaca bir kılavuz, numunenin sadece ince bir tabaka halinde tabanı kapladığı bir şişe kullanmaktır.
- Bir beher veya Erlenmeyer şişesine bir miktar çözücü ve ısı kaynağının üzerine birkaç kaynama taşı koyun ve hafifçe kaynatın. Çözücü dökülecekse bir beher, pipetlenecekse bir Erlenmeyer şişesi kullanın. Prosedürün ilerleyen aşamalarında bir sıcak filtreleme adımı öngörülüyorsa, yivli filtre kağıdına sahip bir huni içeren bir halka kelepçe de hazırlayın (Şekil 2 b).
Minimum Miktarda Sıcak Çözücü Ekleyin.
- Çözücü kaynarken, beher kabını sıcak el koruyucusu (Şekil 2 d), pamuk eldivenler veya bir kağıt havlu yaprağını uzun bir dikdörtgen şeklinde yuvarlayarak yapılan bir kağıt havlu tutucusu (Şekil 2 c) ile kavrayın. Isı kaynağının yan tarafına, saf olmayan katıyı içeren şişenin içine, şişenin tabanını kaplamak için küçük bir miktar kaynar çözücü dökün. Kristalizasyon küçük ölçekte gerçekleştiriliyorsa (50 ml veya daha küçük bir Erlenmeyer şişesi kullanılarak), çözücü kısımlarını şişeye aktarmak için bir pipet kullanmak daha kolay olabilir.
- Çözücü eklemeden önce kuru katıyı ısı kaynağının üzerine yerleştirmemek gelenekseldir, aksi takdirde katı ayrışabilir. Katı madde az miktarda çözücü içinde dağıldığında, ısı kaynağının üzerine yerleştirilebilir.
- Saf olmayan katı ve çözücüyü içeren şişeyi ısı kaynağının üzerine yerleştirin. Çarpmayı önlemek için bir yöntem kullanın (eğer "sıcak filtre" yapmayı planlıyorsanız kaynatma taşları, kaynatma çubuğu) ve çözeltiyi hafifçe kaynatın (Şekil 3 a).
- Katı çözünene kadar çözünmeye yardımcı olmak için döndürerek porsiyonlar halinde çözücü ekleyin (Şekil 3 b) (Şekil 3 d). 100 mg-1g bileşik için bir seferde 0,5-2 ml'lik porsiyonlar ekleyin. Çözünmenin kinetik bir yönü olduğundan, bir katının tamamen çözünmesinin zaman alabileceğini unutmayın. Daha fazla çözücü eklemeden önce her eklemenin tamamen kaynamasına izin verilmeli ve eklemeler arasında biraz zaman bırakılmalıdır. Çözünme için zaman tanınmaması ve sonuç olarak çok fazla çözücü eklenmesi kristalizasyonda ana hata kaynağıdır.
Isıtma işlemi sırasında sıvı damlacıklarının görülmesi nadir değildir (Şekil 4). Bu, malzeme "yağlandığında" veya çözünmeden önce eridiğinde görülür. Böyle bir durumda, sıvı damlacıkları artık kristalleştirdiğiniz bileşiktir, bu nedenle sıvı damlacıkları da tamamen çözünene kadar porsiyonlar halinde çözücü eklemeye devam edin. - Katı parçaların (veya sıvı damlacıkların) boyutunun ilave çözücü ile değişip değişmediğine karar vermek için çözeltiyi dikkatle izleyin: değişmezlerse, çözünmeyen bir safsızlık olabilirler. Çözünmeyen safsızlıkları çözmek amacıyla fazla çözücü eklenmesi geri kazanımı olumsuz etkileyecektir. Çözünmeyen katı safsızlıklar mevcutsa çözelti filtrelenmelidir (bu noktada bir sıcak filtreleme adımı ekleyin). Renkli safsızlıklar da bu noktada odun kömürü ile giderilebilir.
Çözeltinin Yavaşça Soğumasına İzin Verin.
- Katı madde henüz çözündüğünde, sıcak el koruyucusu, kağıt havlu tutucu veya eldiven kullanarak şişeyi ısı kaynağından çıkarın ve soğuması için bir kenara koyun. Yumru koruması için kullanıldıysa kaynatma çubuğunu veya karıştırma çubuğunu çıkarın (kullanıldıysa kaynayan taşlar daha sonra katıdan alınabilir).
- Yavaş soğumayı teşvik etmek için şişeyi, katlanmış kağıt havlu gibi ısıyı iyi iletmeyen bir yüzeyin üzerine yerleştirin. Isıyı ve çözücüyü tutmak için Erlenmeyer şişesinin ağzını bir saat camıyla kapatın (Şekil 5 a). Çözeltinin yavaşça oda sıcaklığına gelmesine izin verin.
- Çözelti soğudukça, sonunda katı kristaller oluşmalıdır (Şekil 5 b). Çözelti sadece dokunulacak kadar sıcaksa veya bulanıksa ve kristal oluşmamışsa, camı çizmek ve kristalleşmeyi başlatmak için bir cam karıştırma çubuğu kullanın.
- Kristalleşme başladıktan sonra, sıcaklık düştükçe kristaller yavaşça büyümelidir. İdeal bir kristalleşmenin tamamen kristalleşmesi ölçeğe bağlı olarak 5-20 dakika arasında sürer. Kristalleşmenin 5 dakikadan kısa sürede tamamlanması çok hızlıdır.
- Çözelti oda sıcaklığına geldiğinde, bileşiğin çözünürlüğünü daha da düşürmek ve kristal oluşumunu en üst düzeye çıkarmak için şişeyi 10-20 dakika boyunca bir buz banyosuna (buz-su bulamacı) yerleştirin (Şekil 5 d). Ayrıca daha sonra emme filtrasyonu sırasında durulama için kullanılmak üzere buz banyosuna bir miktar çözücü koyun.
- Karışımdan katıyı geri kazanmak için emme filtrasyonunu kullanın.
Karışık çözücü kristalizasyonu, açıklamalı örnek.
Bu bölümde gösterilen kristalizasyon, yaklaşık 1 g trans-sinnamik asit örneğinin saflaştırılmasını göstermektedir. Trans-sinnamik asit metanolde çözünür ve suda çözünmez ve bu kristalizasyon %74 geri kazanım sağlamak için metanol ve sudan oluşan karışık bir çözücü kullanır.
Bu tekniği uygulayan deneycinin daha önce tek çözücülü kristalizasyon gerçekleştirdiği veya bu konuda bir şeyler okuduğu varsayılmaktadır.
- Kristalizasyon için kullanılabilecek iki karışabilir çözücü belirleyin (Şekil 7 a): istenen bileşik bir çözücüde çözünür ("çözünür çözücü" olarak adlandırılır) ve diğer çözücüde çözünmez ("çözünmezçözücü" olarak adlandırılır) olmalıdır.
- Kristalize edilecek saf olmayan katıyı uygun büyüklükte bir Erlenmeyer şişesine aktarın (Şekil 7 b).
- Şişeye bir miktar "çözünebilir çözücü" koyun (Şekil 7 c), bir kaynatma çubuğu (veya tercih edilirse kaynatma taşları) ekleyin, ardından bir buhar banyosunun üzerinde ısıtın (Şekil 7 d). Karışık çözücüler metanol/su veya etanol/su kullanılıyorsa bir ocak gözü dikkatli bir şekilde kullanılabilir.
- Katı çözünene kadar porsiyonlar halinde daha fazla "çözünebilir çözücü" ekleyin (Şekil 8 a). İlaveler arasında zaman bıraktığınızdan emin olun ve daha fazla ilave etmeden önce her ilavenin tamamen kaynamasını bekleyin.
- Çözelti bulanıklaşana kadar ısıtarak "çözünmeyen çözücüyü" porsiyonlar halinde ekleyin (Şekil 8 c).
- Çözelti tekrar berraklaşana kadar ısıtarak "çözünebilir çözücüyü" damla damla ekleyin (Şekil 8 d).
- Şişeyi ısı kaynağından çıkarın, kaynatma çubuğunu çıkarın ve şişeyi birkaç kez katlanmış bir kağıt havlu üzerine yerleştirin. Erlenmeyer şişesinin ağzını bir saat camıyla kapatın ve çözeltinin yavaşça oda sıcaklığına soğumasını bekleyin (Şekil 9 a).
- Çözelti soğudukça, sonunda katı kristaller oluşmalıdır (Şekil 9 b). Gerekirse şişeyi çizmek ve kristalleşmeyi başlatmak için bir cam karıştırma çubuğu kullanın. Kristalleri 10-20 dakika boyunca bir buzlu su banyosuna yerleştirin ve katı maddeyi emme filtrasyonu ile toplayın.
Sıcakfiltrasyon.
Sıcak filtrasyon genellikle bazı kristalizasyon işlemlerinde, bir katı kristalizasyon çözücüsünde çözünmeyen safsızlıklar içerdiğinde kullanılır. Ayrıca kristalizasyonda, bir katıdan çok renkli safsızlıkları gidermek için odun kömürü kullanıldığında da gereklidir, çünkü odun kömürü o kadar incedir ki süzülerek giderilemez.
Sıcak filtrasyon, ilk olarak "yivli filtre kağıdı" içeren bir huniden birkaç ml çözücü dökülerek gerçekleştirilir. Yivli bir filtre kağıdının çok sayıda girintisi ve yüksek yüzey alanı vardır, bu da hızlı bir filtreleme sağlar. Filtrelenecek karışım kaynama noktasına getirilirken huninin ısınmasına izin verilir. Kaynayan karışım daha sonra filtre kağıdından porsiyonlar halinde dökülür (Şekil 10 b ve d).
Sıcak filtrasyon, ilk olarak "yivli filtre kağıdı" içeren bir huniden birkaç ml çözücü dökülerek gerçekleştirilir. Yivli bir filtre kağıdının çok sayıda girintisi ve yüksek yüzey alanı vardır, bu da hızlı bir filtreleme sağlar. Filtrelenecek karışım kaynama noktasına getirilirken huninin ısınmasına izin verilir. Kaynayan karışım daha sonra filtre kağıdından porsiyonlar halinde dökülür (Şekil 10 b ve d).
Filtrasyon hunisini sabitlemek için bir halka kelepçe kullanmak en iyisidir, ancak huni basitçe şişenin üzerine de yerleştirilebilir. Halka kelepçe kullanılmıyorsa, sıvı akarken yer değiştiren havanın alttaki şişeden çıkmasına izin vermek için şişe ile huni arasına bükülmüş bir ataş yerleştirilmesi önerilir (Şekil 10 c ve d). Halka kıskaç olmadan düzenek devrilmeye daha yatkındır ve bu nedenle halka kıskaç kullanmak oldukça güvenlidir.
Sıcak filtrasyon, soğumaya bırakıldığında kristalleşecek çözeltileri filtrelemek için kullanılır. Bu nedenle, sıcak çözücü buharlarıyla temas yoluyla filtreleme sırasında huninin sıcak tutulması önemlidir, aksi takdirde filtre kağıdında veya huninin sapında erken kristaller oluşabilir (Şekil 11).
Sıcak filtrasyon, soğumaya bırakıldığında kristalleşecek çözeltileri filtrelemek için kullanılır. Bu nedenle, sıcak çözücü buharlarıyla temas yoluyla filtreleme sırasında huninin sıcak tutulması önemlidir, aksi takdirde filtre kağıdında veya huninin sapında erken kristaller oluşabilir (Şekil 11).
Filtre kağıdındaki kristalleşme kurulumu tıkayabilir ve verim kaybına neden olabilir (filtre kağıdı daha sonra atılacağı için). Sapta kristalleşme filtrasyonu engeller ve huninin dibinde bir tıkaç görevi görebilir. Sıcak filtrasyonun bir avantajı, filtre şişesindeki kaynayan çözücünün, huninin sapında erken oluşan kristallerin çözülmesine yardımcı olmasıdır. Sıcak filtrasyonda uzun saplı bir huni (Şekil 12 b) yerine kısa saplı bir huni (Şekil 12 a) veya varsa sapsız bir huni (Şekil 12 c) kullanılması tavsiye edilir, çünkü malzemenin kısa veya sapsız bir hunide kristalleşme olasılığı daha düşüktür.
Bir çözeltinin hunide soğumaya fırsat bulamadan hızlı bir şekilde filtrelenmesi gerektiğinden, bazen yerçekimi filtrasyonunda kullanılan dörtgen katlanmış filtre kağıdı (Şekil 13 a) yerine genellikle "yivli filtre kağıdı" (Şekil 13 b ve c) kullanılır. Yivli filtre kağıdındaki daha fazla sayıda kıvrım, daha fazla yüzey alanı ve daha hızlı filtreleme anlamına gelir. Kıvrımlar ayrıca filtre kağıdı ile cam huni arasında boşluk yaratarak sıvı süzülürken yer değiştiren havanın şişeden daha kolay çıkmasını sağlar.
Adım Adım Prosedürler.
Sıcak filtrasyon genellikle kristalizasyon ile birlikte kullanılır ve bu prosedür çözünme adımından sonra, ancak çözeltiyi yavaşça soğuması için bir kenara koymadan önce uygulanmalıdır.
Filtrasyon Kurulumunu Hazırlayın
- Sapsız veya kısa saplı bir huni edinin (Şekil 14 a) ve bunu bir halka sehpasına veya kafes sistemine bağlı bir halka kıskacına yerleştirin (veya alternatif olarak, Şekil 14 b'de gösterilen amaç için bükülmüş bir ataş edinin).
- Huniniz için doğru boyutta bir filtre kağıdını akordeon şekline getirin (talimatlar Şekil 15'te ve elde edilen akordeon Şekil 14 a'da gösterilmiştir). Huniye yerleştirildiğinde, kağıt huninin üst kısmından daha kısa olmamalıdır, aksi takdirde çözelti döküldüğünde filtre kağıdından kayabilir.
- Huninin altında ve ısı kaynağının üzerinde kristalizasyon için doğru boyutta temiz bir Erlenmeyer şişesi varken, huniye birkaç ml sıcak çözücü dökün (Şekil 14 d).
a) Halka kıskaç kullanıyorsanız, kıskacı Erlenmeyer ağzı ile huninin tabanı arasında küçük bir boşluk kalacak şekilde ayarlayın: bu, sıvı şişeye akarken havanın yer değiştirmesini sağlar. Boşluk çok büyükse, sıcak buharlar huniyi ısıtmadan kaçacaktır.
b) Halka kelepçe kullanmıyorsanız, şişe ile huni arasına bükülmüş bir ataş yerleştirin (Şekil 14 b). - Çözücünün kaynamasına ve tüm düzeneğin ısınmasına izin verin. Kömür kullanıyorsanız, bu prosedürü şimdi uygulayın.
Çözeltiyi Porsiyonlar Halinde Filtreleyin.
- Filtre şişesi oldukça sıcakken ve filtrelenecek çözelti kaynarken, kaynayan karışımı porsiyonlar halinde filtre hunisine dökün. Dökerken şişeyi hunideki filtre kağıdına dokundurun (Şekil 16 a).
- Güvenlik notu: şişe oldukça sıcak olabilir ve dökerken sıcak buharlar elinizi haşlayabilir (yanlara doğru dökün, böylece eliniz huninin üzerinde olmaz). Şişe ellerinizle tutamayacağınız kadar sıcaksa, şişeyi tutmak için bir "kağıt havlu tutucu" kullanın (Şekil 16 a):
a) Kağıt havlunun bir bölümünü, ortaya çıkan şerit yaklaşık bir inç genişliğinde olacak şekilde birkaç kez katlayın. İsterseniz birkaç parça bant kullanarak şeridi birbirine sabitleyin.
b) Bir şişeyi tutarken, kağıt havlu tutucu şişenin dudağının altında olmalıdır. Bu şekilde, sıvı dökülürken kağıt havluya doğru akmayacaktır (Şekil 16 a'da havlu kuru kalırken, Şekil 16 c'de çok geniş havlu ile ıslanacaktır).
Şekil
a) Dökme arasında şişe ısı kaynağına geri döndürülür, filtre kağıtları b) durulanmalıdır, c) durulanmamalıdır.- Filtrelenecek karışım dökülmediğinde, şişeyi ısı kaynağına geri koyun (Şekil 17 a).
- Karışım tamamen süzüldüğünde, boş şişeyi tezgahın üzerine koyun (güvenlik notu: boş şişeyi ısıtmayın, aksi takdirde çatlayabilir). Huniyi inceleyin: filtre kağıdında kristaller görülürse (Şekil 17 b'de olduğu gibi), bunları çözmek için birkaç ml kaynar çözücü ile durulayın. Şekil 17 c'de durulamaya gerek yoktur.
- Süzüntüyü (filtre kağıdından geçen sıvı) inceleyin. Eğer odun kömürü kullanılmışsa ve süzüntü gri renkteyse ya da ince siyah parçacıklar görüyorsanız, odun kömürü filtre kağıdından ya bir delikten ya da yanlış filtre ağı boyutu kullanılarak geçmiştir. Sınıf arkadaşlarınızın çözeltilerinde gri renk yoksa muhtemelen bir delik vardır. Sıcak filtreleme adımını yeni bir filtre kağıdı ve şişeyle tekrarlayın.
Last edited by a moderator:
