Metode čišćenja tvari u svakodnevnom životu i industriji. Načini čišćenja kemikalija

vrenje, smrzavanje itd. Kemijske metode ispitivanja temelje se na kemijskim reakcijama i kvalitativne su analitičke metode.

U skladu sa standardom (koji GOST?), Prema stupnju čistoće, reagensi se dijele na:

a) kemijski čisti (kemijski čisti), b) čisti za analizu (analytical grade), c) čisti (kemijski čisti) i dr.

Za laboratorijske radove iz organske kemije koriste se tvari s oznakom kemijski čiste. i h.d.a.

4.1 Pročišćavanje krutih tvari

Pročišćavanje krutih tvari od nečistoća poseban je slučaj općenitijeg problema – odvajanja krutih smjesa organskih spojeva. Koriste se različite metode odvajanja i pročišćavanja čvrstih smjesa, izbor metode određen je svojstvima tvari koje se odvajaju ili pročišćavaju, prirodom nečistoća, stupnjem potrebne čistoće, a također i učinkovitošću metode.

Pročišćavanje i odvajanje krutih tvari može se provesti različitim vrstama destilacije (jednostavna destilacija, vakuum destilacija, parna destilacija), kao i sublimacijom. Organski spojevi koji pripadaju različitim klasama imaju različitu topljivost. Ovo se svojstvo koristi za pročišćavanje i odvajanje organskih tvari kristalizacijom, posebice frakcijskom kristalizacijom.

4.1.1 Kristalizacija

Kristalizacija je proces stvaranja i rasta kristala iz otopine, taline ili plinske faze. Kristalizacija ili rekristalizacija je proces u kojem se kruta tvar otapa zagrijavanjem u određenom otapalu, vruća otopina se filtrira od netopljivih nečistoća, a zatim se glavna tvar hlađenjem kristalizira, istaloženi kristali se odfiltriraju. Određivanje tališta i kontrola kromatografskim metodama (na primjer, TLC - tankoslojna kromatografija - vidi odlomak 4.4.3.) olakšava procjenu čistoće dobivene tvari.

Za dobivanje čiste tvari rekristalizacija se ponavlja nekoliko puta dok se ne dobije tvar s konstantnim talištem, tj. nepromijenjen tijekom naknadne kristalizacije.

Kao rezultat rekristalizacije, u usporedbi s drugim metodama pročišćavanja krutina, dobiva se najčišći produkt, ali je istodobno povezan s relativno velikim gubicima tvari u matičnoj tekućini. Stoga, u slučajevima kada je kemičar suočen sa zadatkom dobivanja najvećeg prinosa proizvoda, treba koristiti druge metode pročišćavanja - destilaciju pri normalnom ili sniženom tlaku, destilaciju vodenom parom, itd. Ponekad takve destilacije omogućuju provođenje prethodnog pročišćavanja. .

Glavna oprema za kristalizaciju je: tikvica s okruglim dnom; obrnuti hladnjak; kupka s odgovarajućim medijem za prijenos topline.

Metoda rekristalizacije iz otopine temelji se na činjenici da je topljivost krutih spojeva u vrućim otapalima mnogo veća nego u hladnim, kao i na razlici topljivosti tvari u istom otapalu. Stoga je izbor otapala važan.

Izbor otapala

Otapalo koje se koristi za pročišćavanje krutine rekristalizacijom mora ispunjavati sljedeće osnovne zahtjeve:

∙ dobro otapaju nečistoće. Pročišćavanje daje to bolje rezultate što je veća razlika u topljivosti pročišćene tvari i nečistoća;

∙ tvar koja se pročišćava treba biti slabo topljiva u odabranom otapalu na hladnom. Inače, gubitak tvari u maternici

nom rješenje će biti super;

∙ topljivost tvari koja se pročišćava trebala bi se naglo povećati

S porast temperature;

∙ otapalo ne smije reagirati s kristaliziranom tvari

svojstvo, treba pospješiti stvaranje stabilnih kristala i lako se ukloniti s površine kristala tijekom pranja i sušenja;

∙ vrelište otapala mora biti ispod tališta tvari , koji se mora rekristalizirati na najmanje 30 ºS. Ako je ovaj temperaturni raspon prekršen, tvar se u pravilu oslobađa u obliku ulja.

Temperatura za najbolje stvaranje kristalnih jezgri je približno 100 ºS iznad, a za najbolji rast kristala 50 ºS ispod točke tališta kristalizirajućeg spoja.

U slučajevima kada u literaturi nema podataka o topljivosti, izbor otapala se vrši empirijski, pri čemu se uzima u obzir dobro poznati odnos strukture otopljene tvari i otapala: "slično se otapa u sličnom". Na primjer, ugljikovodici se obično dobro otapaju u ugljikovodičnim otapalima (benzen, toluen, ugljikov tetraklorid itd.), spojevi koji sadrže hidroksilne skupine (niži alkoholi, fenoli, karboksilne kiseline i druge tvari) lako se otapaju u vodi i alkoholu. Općenitije, ovo pravilo izgleda ovako: polarni spojevi su topljivi u polarnim otapalima kao što su voda, alkoholi, ketoni, kiseline, a mnogo su manje topljivi u nepolarnim otapalima kao što su benzen, ugljikov tetraklorid itd.

Ovo pravilo vrijedi samo za tvari jednostavne strukture; za složene spojeve ne poštuje se uvijek. Na topljivost tvari u tim slučajevima utječe prisutnost različitih funkcionalnih skupina, njihov broj, molekularna težina i drugi čimbenici. Konačan izbor otapala može se napraviti samo empirijski.

Provođenje odabira otapala za rekristalizaciju

Vrhom lopatice uzme se uzorak tvari, stavi u epruvetu i doda određena količina otapala. Ako se tvar otapa već na hladnom, tada je ovo otapalo neprikladno za rekristalizaciju. Ako se tvar slabo otapa ili se uopće ne otapa na hladnoći, tada se epruveta zagrijava do vrenja u zagrijanoj vodenoj kupelji (na vrelištu otapala je manje od 100 ºS) ili na električnom štednjaku ako otapalo je voda. Ako je potrebno, dodajte još malo otapala u epruvetu kako biste postigli potpuno otapanje tvari.

Ako tvar kristalizira kada se vruća zasićena otopina hladi ili je, obrnuto, netopljiva ili slabo topljiva čak i kada se zagrije, tada je ovo otapalo neprikladno za rekristalizaciju.

Ako nakon hlađenja epruvete iz otopine ispadaju kristali, tada je otapalo pogodno za kristalizaciju. Točniji kriterij za prikladnost otapala je temperatura taljenja nastalih kristala. Ako je talište kristalizirane tvari poznato, tada bi talište kristala istaloženih iz odabranog otapala trebalo biti isto. Ako je talište tvari nepoznato, tada kriterij prikladnosti

otapalo je stalnost temperatura taljenja kristala tijekom ponavljanih kristalizacija.

Kao otapala pri kristalizaciji najčešće se koriste voda, etilni i metilni alkoholi, aceton, petroleter, kloroform, ledena octena kiselina, etil acetat, toluen, ksilol.

Kada koristite hlapljiva otapala (dietil eter, alkohol, aceton itd.), otapanje treba provesti vrlo pažljivo . Obližnji grijaći uređaji ili izvori otvorene vatre moraju se ugasiti i isključiti.

U onim slučajevima kada nije moguće odabrati pojedinačno otapalo za rekristalizaciju, koriste se smjese od dva, a ponekad i tri otapala. Da bi se to postiglo, tvar se otopi u otapalu u kojem se vrlo lako otapa, a dobivenoj otopini doda se kap po kap vruće otapalo, koje slabo otapa tu tvar, sve dok se ne formira stabilna zamućenost. Ova se smjesa zagrijava dok se ne dobije bistra otopina i ostavi da kristalizira. Otapala koja se koriste zajedno moraju se miješati jedno s drugim u svim aspektima. U većini slučajeva koriste se sljedeće smjese: alkohol-voda, alkohol-benzen, alkohol-ledena octena kiselina, aceton-voda, eter-aceton-benzen, kloroform-petrolej eter itd.

Nakon kristalizacije, kristali se odfiltriraju, osuše i važu. Nizak prinos tvari koju treba pročistiti ukazuje na to da korišteno otapalo nije bilo idealno ili je uzeto previše. U takvim slučajevima, dodatni kristali mogu se izolirati iz filtrata (matične tekućine) nakon uklanjanja viška otapala na rotacijskom isparivaču i hlađenja preostale otopine. U pravilu su ti sljedeći dijelovi tvari manje čisti od onih prethodno izoliranih.

Provođenje kristalizacije

Za rekristalizaciju, mala količina radne tvari se stavi u tikvicu opremljenu povratnim kondenzatorom (slika 35). Kako bi se izbjeglo pregrijavanje tekućine i udari kod kuhanja otopine, prije zagrijavanja u tikvicu se uvode "kotlovi".

Nakon toga se otapalo ulije u tikvicu u nešto manjoj količini nego što je potrebno za potpuno otapanje tvari i smjesa se zagrije do vrenja. Zagrijavanje se provodi u vodenoj kupelji, osim kada se radi s otapalima visokog vrelišta. Zatim se kroz povratno hladilo pažljivo doda tolika količina otapala koja je potrebna da se cijela tvar potpuno otopi nakon vrenja. Za obezbojenje otopine od obojenih nečistoća (ako je potrebno), u reakcijsku smjesu se dodaje aktivni ugljen u količini od 1-2% količine tvari koju treba pročistiti. Otopina se kuha nekoliko minuta s aktivnim ugljenom dok ne postane bezbojna, a zatim se još vruća otopina filtrira od ugljena.

Nakon što su sve mehaničke nečistoće uklonjene filtracijom, vruća bistra otopina se ili ostavi u tikvici za polagano hlađenje ili se brzo ohladi stavljanjem tikvice u hladnu vodu s ledom ili snijegom. Brzo hlađenje proizvodi male kristale, dok sporo hlađenje proizvodi velike kristale..

Neke tvari vrlo teško kristaliziraju čak i kada su ohlađene. Ova pojava je najčešće povezana s vrlo sporim rastom kristala ili vrlo sporim stvaranjem centara kristalizacije.

U ovom slučaju koriste se dvije metode:

1. Uvođenje "sjemena". Ova tehnika se sastoji u tome da se u otopinu unose kristali iste tvari (sjeme), tj. umjetno stvoriti centre kristalizacije. Ako nema čiste tvari, stakleni štapić možete navlažiti otopinom i naglo ohladiti stavljanjem u praznu epruvetu ohlađenu izvana. Kristali se stvaraju u tankom sloju tekućine na površini staklene šipke.

2. Trljanje staklenog štapića o stijenke posude. Da biste to učinili, uzmite neotopljenu staklenu šipku, unesite je u otopinu i lagano trljajte o stijenke posude. U tom slučaju nastaje fina staklena prašina, pojedinačne čestice prašine mogu biti pogodna središta kristalizacije. Kristalizacija uvijek počinje od stijenki i od površine prema središtu, na čvrstim površinama ili na međupovršini. Električna i magnetska polja, ultrazvuk, ponekad snažno hlađenje (na primjer, u tekućem dušiku) - sve to doprinosi procesu kristalizacije.

Kristalizacija se smatra završenom kada se više ne opaža daljnje taloženje kristala. Dobiveni kristali se odvajaju od matične tekućine vakuumskom filtracijom. Na Buchnerovom lijevku dobiveni kristali se isperu dva puta s odgovarajućim

Pročišćavanje topivih soli rekristalizacijom . Metoda rekristalizacije temelji se na različitoj ovisnosti topljivosti tvari i nečistoća o temperaturi. Pročišćavanje tvari rekristalizacijom provodi se prema sljedećoj shemi: zasićena otopina tvari koja se pročišćava priprema se na povišenoj temperaturi, zatim se, kako bi se uklonile netopljive nečistoće, otopina filtrira kroz vrući lijevak za filtriranje i ohladi na niska temperatura. Kako se temperatura smanjuje, topljivost tvari se smanjuje i glavni dio pročišćene tvari precipitira, topljive nečistoće ostaju u otopini, budući da otopina ostaje nezasićena u odnosu na njih. Istaloženi kristali se odvajaju od matične tekućine i suše.

Ovisno o svojstvima tvari koju treba pročistiti, moguće su različite metode rekristalizacije.

Rekristalizacija bez uklanjanja otapala. Metoda se koristi za soli čija topljivost jako ovisi o temperaturi (na primjer, natrijev nitrat, kalijev alum, bakrov (II) sulfat itd.). Otopina se nakon vruće filtracije ohladi na zraku do niske temperature, istaloženi kristali se odfiltriraju. Također je moguće izvršiti rekristalizaciju bez uklanjanja otapala za soli, čija topljivost malo ovisi o temperaturi. U ovom slučaju koristi se metoda soljenja. Da bi se to postiglo, otopina se nakon vruće filtracije ohladi na sobnu temperaturu i doda se jednaki volumen otopine koncentrirane klorovodične kiseline, dok se tvar koja se pročišćava istaloži.

Rekristalizacija uz uklanjanje otapala. Metoda se koristi za soli čija topljivost malo ovisi o temperaturi (na primjer, natrijev klorid itd.). Nakon vruće filtracije, otopina se prenese u izvaganu porculansku zdjelu i upari na vodenoj kupelji do približno polovice volumena. Otopina se zatim ohladi na sobnu temperaturu. Istaloženi kristali se odfiltriraju.

Rekristalizirana tvar (s izuzetkom amonijevog klorida i kristalnih hidrata) suši se u pećnici do konstantne težine. Amonijev klorid i kristalni hidrati suše se na zraku. Suhe soli stavljaju se u zatvorene boce.

Pročišćavanje hlapljivih tvari sublimacijom (sublimacijom) . Metoda se koristi za pročišćavanje krutih tvari koje mogu prijeći izravno iz krute faze u plinovitu fazu kada se zagrijavaju, zaobilazeći tekuću fazu. Nastali plin se kondenzira u ohlađenom dijelu uređaja. Sublimacija se obično provodi na temperaturi blizu tališta tvari. Metoda je primjenjiva za pročišćavanje od nečistoća koje se ne mogu sublimirati. Sublimacijom se mogu pročistiti jod, sumpor, amonijev klorid.

Pročišćavanje tekućina destilacijom . Metoda se temelji na činjenici da svaka tvar ima određeno vrelište. Najjednostavnija inačica destilacije je destilacija pri običnom tlaku, koja se sastoji u zagrijavanju tekućine do vrenja i kondenzaciji njezinih para. Destilacija se provodi u aparaturi koja se sastoji od Wurtz-ove tikvice (ili tikvice s okruglim dnom s izlaznom cijevi za plin), ravnog hladila, prihvatne tikvice, alonža, termometra i grijača. Kontaminirana tekućina se zagrijava u tikvici za destilaciju do točke vrenja, pare se odvode u hladnjak, a kondenzirana tekućina skuplja u spremniku.

Odvajanje i pročišćavanje tvari su postupci koji su obično povezani. Razdvajanje smjese na komponente najčešće ima za cilj dobivanje čistih, ako je moguće, bez nečistoća, tvari. Međutim, sam koncept o tome koju tvar treba smatrati čistom još nije konačno utvrđen, jer se zahtjevi za čistoćom tvari mijenjaju. Trenutno su posebno značenje dobile metode dobivanja kemijski čistih tvari.

Odvajanje i pročišćavanje tvari od nečistoća temelji se na korištenju njihovih specifičnih fizikalnih, fizikalno-kemijskih ili kemijskih svojstava.

Tehnika najvažnijih metoda odvajanja i pročišćavanja tvari (destilacija i sublimacija, ekstrakcija, kristalizacija i rekristalizacija, soljenje) opisana je u odgovarajućim poglavljima. Ovo su najčešće tehnike koje se najčešće koriste ne samo u laboratorijskoj praksi, već iu tehnici.

U nekim od najtežih slučajeva koriste se posebne metode čišćenja.

Dijaliza može se koristiti za odvajanje i pročišćavanje tvari otopljenih u vodi ili u organskom otapalu. Ova tehnika se najčešće koristi za pročišćavanje tvari visoke molekularne težine otopljenih u vodi od nečistoća niske molekularne težine ili od anorganskih soli.

Za čišćenje dijalizom potrebne su takozvane polupropusne pregrade, odnosno membrane, čija je posebnost u tome što imaju pore kroz koje prolaze tvari čije su molekule ili ioni manji od pora i zadržavaju tvari čije molekule ili su ioni veći od pora.pore membrane. Stoga se dijaliza može smatrati posebnim slučajem filtracije.

Riža. 477. Dijalizator s miješalicom.

Kao polupropusne pregrade ili membrane mogu se koristiti filmovi od vrlo mnogo visokomolekularnih i visokopolimernih tvari. Kao membrane koriste se filmovi od želatine, albumina, pergamenta, filmovi od hidratizirane celuloze (kao što je celofan), filmovi od celuloznih etera (acetat, pigrat itd.), te mnogi proizvodi polimerizacije i kondenzacije. Od anorganskih tvari koriste se: neglazirani porculan, pločice od nekih vrsta pečene gline (kao što su koloidne gline, poput bentonita), prešano fino porozno staklo, keramika i dr.

Glavni zahtjevi za membrane su: 1) netopljivost u otapalu na kojem se priprema otopina za dijalizu; 2) kemijska inertnost u odnosu na otapala i otopljene tvari; 3) dovoljnu mehaničku čvrstoću.

Mnoge membrane mogu bubriti u vodi ili drugom otapalu, gubeći svoju mehaničku čvrstoću. Natečeni film može se lako oštetiti ili uništiti. U takvim slučajevima dijalizni film se izrađuje na nekoj čvrstoj podlozi, npr. na tkanini koja je inertna na otapalo (pamuk, svila, stakloplastika, sintetička vlakna itd.) ili na filter papiru. Ponekad, kako bi se membranama dala mehanička čvrstoća, one su ojačane metalnim mrežama (armaturom) od odgovarajućeg metala (bronca, platina, srebro itd.).

Da bi se dobila različita poroznost membrana izrađenih od celuloznih etera ili nekih drugih visoko polimernih tvari, u odgovarajuće lakove se dodaju različite količine vode. Kada se sloj laka osuši, dobiva se membrana mliječne boje, koja ima zadanu poroznost (za više o tome, vidi Poglavlje 9 "Filtracija").

Za dijalizu se koriste uređaji koji se nazivaju dijalizatori (slika 477). Mogu imati različite dizajne. Tehnika rada s dijalizatorima vrlo je jednostavna. Polupropusna membrana obično dijeli instrument na dva dijela*. Jedna polovica aparata ispunjena je otopinom koja se dijalizira, a druga polovica čistim otapalom, koje se obično obnavlja (konstantan protok tekućine). Ako se čisto otapalo ne promijeni, tada će se koncentracije tvari koje prolaze kroz membranu s obje njezine strane na kraju uravnotežiti i dijaliza će praktički prestati. Ako se otapalo stalno ažurira, tada je iz otopine za dijalizu moguće praktički ukloniti sve topive tvari koje mogu prodrijeti kroz membranu.

Brzina dijalize nije ista za različite tvari i ovisi o brojnim uvjetima i svojstvima tvari koja se pročišćava. Povećanje temperature otopine i ažuriranje otapala doprinose ubrzanju dijalize.

U mnogim slučajevima, elektrodijaliza** se koristi umjesto konvencionalne dijalize. Korištenje električne struje u dijalizi ubrzava proces i pruža niz drugih prednosti.

Taloženje slabo topljivih tvari. Ova tehnika se široko koristi u analitičke svrhe, dobivanje sedimenata koji sadrže samo jednu, anorgansku ili organsku tvar. Rezultirajući talog može se dalje pročišćavati ispiranjem ("filtracija", ili ponovnim taloženjem nakon što se talog otopi, ili ekstrakcijom s odgovarajućim otapalima pod posebnim uvjetima za svaki slučaj.

Aparatura koja se koristi za izvođenje ove metode ovisi o svojstvima tvari i svojstvima otapala. Često se operacija može izvesti jednostavno u čaši ili tikvici. U drugim slučajevima, zapečaćena oprema je sastavljena, slična onoj opisanoj u Pogl. 10 "Raspuštanje". Talog se odfiltrira, ispere i podvrgne daljnjoj obradi (rekristalizacija, sušenje itd.).

* Dijalizatori su dostupni u tri dijela s dvije membrane koje ih odvajaju.

** RZhKhim., 1957, Ni 10, 247, ref. 34670.

Odvajanje taloga niskog stupnja od matične tekućine može se postići taloženjem, nakon čega slijedi ispiranje taloga dekantacijom ili centrifugiranjem. Što je taloženje duže, sloj sedimenta je zbijeniji. Međutim, ne preporuča se predugo taloženje taloga, budući da se s vremenom mogu pojaviti sporedni procesi (adsorpcija drugih iona, stvaranje kompleksa s otapalom) između taloga i matične tekućine, što otežava kasniju "obradu izdvojeni talog.

Formiranje kompleksa jedna je od metoda izolacije čistih tvari. osobito anorganskih. Kompleksni spojevi mogu biti ili slabo topljivi u vodi, ali lako topljivi u organskim otapalima, ili obrnuto. U prvom slučaju, oborina se tretira kao što je gore opisano. Ako je kompleksni spoj lako topljiv u vodi, može se dobiti u čistom obliku iz vodene otopine ekstrakcijom s odgovarajućim organskim otapalom ili se kompleks može uništiti na ovaj ili onaj način.

Metoda kompleksiranja može izolirati metale u vrlo čistom obliku. To posebno vrijedi za rijetke metale i metale u tragovima, koji se mogu izolirati u obliku kompleksa s organskim tvarima.

Stvaranje hlapivih spojeva. Ova tehnika se može koristiti ako se hlapljivi spoj formira samo od emitirane tvari, na primjer, metala. U slučaju da se istovremeno stvaraju hlapljivi spojevi nečistoća, ova tehnika se ne preporučuje, jer oslobađanje hlapljivih nečistoća može biti otežano. U mnogim slučajevima, stvaranje hlapljivih halogenida (spojevi klora ili fluorida) određenih tvari može biti vrlo učinkovito kao metoda pročišćavanja, posebno u kombinaciji s vakuumskom destilacijom. Što je niža sublimacija ili vrelište tvari koja nas zanima, to ju je lakše odvojiti od ostalih i pročistiti frakcijskom destilacijom ili difuzijom.

Brzina difuzije plinovitih tvari kroz polupropusne pregrade ovisi o gustoći i molekularnoj težini tvari koju treba pročistiti i gotovo je obrnuto proporcionalna njima,

Zonsko taljenje. Zonsko taljenje se može smatrati posebnim slučajem ekstrakcije rastaljenom tvari, kada je čvrsta faza tvari u ravnoteži s tekućom fazom. Ako se topljivost u tekućoj fazi bilo koje nečistoće sadržane u tvari koju treba pročistiti razlikuje od topljivosti u čvrstoj fazi, tada je pročišćavanje od te nečistoće teoretski moguće*. Ova metoda je posebno vrijedna za pročišćavanje takvih spojeva (pretežno organskih) koji imaju nizak tlak pare ili se raspadaju tijekom destilacije. Za spojeve niske toplinske vodljivosti, zona taljenja može se stvoriti primjenom visokofrekventnog zagrijavanja s dielektričnim otporom. Metoda zonskog taljenja omogućuje potpuno korištenje početnih tvari i omogućuje dobivanje velikih pojedinačnih kristala organskih tvari i nekih metala (na primjer, aluminija, germanija itd.).

U svom najjednostavnijem obliku, zonsko taljenje primijenjeno na metale sastoji se od polaganog pomicanja rastaljene zone duž metalne šipke.

Metoda zonskog taljenja može se široko koristiti za pripravu čistih organskih spojeva.

Pročišćavanje benzojeve kiseline. Cilindrična posuda napunjena je rastaljenom benzojevom kiselinom. Ovaj očvrsnuti kiselinski cilindar polako prolazi kroz grijani prsten na takav način da se rastaljena zona pomiče prema gore po cilindru. Dvostruki tretman benzojeve kiseline na ovaj način zamjenjuje 11 rekristalizacija iz benzena.

Pročišćavanje naftalena od antracena**. Kontaminirani naftalen stavlja se u cijev (Pyrex staklo) duljine oko 900 mm i promjera 25 mm. Ova epruveta prolazi kroz mali cilindrični grijač (može se koristiti pećnica za mikroanalizu opremljena reostatom). Peć se pomiče prema dolje takvom brzinom da se rastaljena zona duljine oko 50 mm može pomaknuti duž cijele cijevi u 24 sata, nakon čega se grijač vraća u prvobitni položaj i ciklus obrade se ponavlja. Nakon 8 ciklusa, sadržaj antracena u gornjoj polovici naftalena uzetog za preradu bio je 1-10-4%

* Pf a p n W. S. J "MeUIs1 4, 747 (1952). ** Ind. Chemist 31, K3 370, 535 (1955).

Metoda zonskog taljenja koristi se za dobivanje čistog germanija, kao i za pročišćavanje spojeva kada su jedna ili obje komponente smjese hlapljive ili se raspadaju zagrijavanjem **.

Trenutno se radi na primjeni metode zonskog taljenja za pročišćavanje tekućina. Pokazalo se da je ova metoda primjenjiva za "čišćenje samo prethodno smrznute tekućine. Da bi se to postiglo, tekućina se stavi u uski i dugi stakleni čamac (širine 12 mm, duljine 110 mm) i zamrzne na -30 ° C, pomoću cirkulacijski rashladni uređaj koji radi na mješavini krutog ugljičnog dioksida s acetonom. Smrznuta tekućina u čamcu se polako vuče Warrenovim motorom brzinom od 1 cm/h kroz nekoliko uzastopnih grijača zona smještenih na udaljenosti od oko 1,8 cm od svakog drugi i predstavljaju zavojnice nikromske žice promjera 0,5 mm ( 0,5 ohm / m) u žljebovima malih keramičkih blokova. Jačina struje je odabrana tako da je temperatura rastaljenih uskih zona u smrznutoj tekućini 3--4 ° C. Rastaljene zone, krećući se jedna za drugom, odnose nečistoće koje su bile u tekućini. Nečistoće se koncentriraju u završnom dijelu šipke smrznute tekućine. Na taj način vodene i nevodene otopine mogu se pročistiti i mogu se izolirati otopljene ili samo fino dispergirane tvari.

Instrumentacija metode zonskog taljenja ovisi o svojstvima uzetih tvari, te je u ovom slučaju teško preporučiti neki standardni aparat.

Kromatografija i ionska izmjena. Ove se metode temelje na korištenju fenomena sorpcije za ekstrakciju tvari sadržanih u otopinama.

Metoda kromatografije posebno je važno za koncentriranje tvari čiji je sadržaj u početnoj otopini vrlo mali, kao i za dobivanje čistih pripravaka. Ovom metodom dobiveni su elementi rijetke zemlje i saurapa visoke čistoće. Mnogi farmaceutski i organski pripravci se pročišćavaju i dobivaju u čistom obliku ovom metodom. U gotovo svim slučajevima, kada je zadatak pročistiti ili odvojiti tvar od smjese u otopini, kromatografija i ionska izmjena mogu biti pouzdane metode.

Za ionsku izmjenu koriste se tzv. ionski izmjenjivači, koji su anorganski ili organski adsorbenti (uglavnom smole različitih marki). Prema kemijskim svojstvima dijele se u sljedeće skupine: katnoniti, anioniti i amfoliti. Kationski izmjenjivači izmjenjuju katione. Anionski izmjenjivači imaju sposobnost izmjene aniona. Amfoigti su sposobni izmjenjivati i katione i anione, ovisno o pH vrijednosti medija i svojstvima tvari koju treba apsorbirati ionski izmjenjivač.

Za kromatografiju se u nekim slučajevima koristi vrlo jednostavna oprema (si. 478).

Ionski izmjenjivači su sposobni za ionsku izmjenu dok nisu potpuno zasićeni apsorbiranim ionom. Istrošeni ionski izmjenjivači regeneriraju se ispiranjem kationskih izmjenjivača kiselinom, anionskih izmjenjivača s alkalijama.

Za odvajanje i frakcioniranje polimera predložena je metoda filtriranja njihovih otopina kroz gel nazvan "Sephadex" (Švedska). Ova metoda se zove gel - f i l t r a c i e y. U biti, to je kromatografsko odvajanje makromolekularnih tvari na koloni.

Sephadex se proizvodi u obliku malih zrnaca koja bubre u vodi. Sljedeće su vrste sefadsx i, na primjer, molekularne težine polisaharida koje treba odvojiti:

Kada koristite druge tvari, granice molekulskih težina mogu odstupati od zadanih vrijednosti u jednom ili drugom smjeru. Dakle, za proteine, rasponi molekulskih težina su širi nego za polisaharide. Kromatografska kolona s omotačem konstruirana je za korištenje Sephadexa; Stup je izrađen od borosilikatnog stakla.

Najprije se Sephadex pomiješa s vodom, dobivena smjesa se promiješa, izlije u stupac i ostavi da se taloži. Zatim se u kolonu dodaje koncentrirana otopina ispitivane tvari kako se gornji sloj Sephadexa ne bi valjao. Ravnoteža se uspostavlja vrlo brzo, tako da stopa ispiranja može biti visoka u usporedbi s konvencionalnim jopitima. Frakcije se kontroliraju spektrofotometrijski (organski polimeri) ili električnom vodljivošću (otopine anorganskih tvari). Metoda gel filtracije u potpunosti zamjenjuje dijalizu i elektrodijalizu. Uz njegovu pomoć moguće je vrlo fino frakcionirati polimere koji se međusobno malo razlikuju po molekularnim težinama.

Za zonsko topljenje leda vidi Shildknecht H., M a p p 1 A., Angew. Chem., 69, Hya, 20, 634 (1957); RZhKhim, 1958, Ms 11, 107, ref. 35844; P f a i n V. J., Zonsko taljenje, Metallurgizdat, 1960.

Za automatsku opremu za zonsko taljenje malih količina tvari, vidi W i I m a n W. G., Chem. a. lnd., broj 45, 1825 (1961); RZhKhim, 1962, ref. 9E34.

Za uređaje za zonsko taljenje organskih spojeva vidi Ma ire J., Moritz J.C, Kief C.R., Symposium fiber Zoncn-schmelzen und Kolonnen-kristallisiereii, Karlsruhe, S. 1, s, a, 121 (1963); RZhKhim, 1965, 14D76.

Pripravu organskih tvari visoke čistoće kontinuiranom kristalizacijom u koloni i zonskim taljenjem opisali su Schildknecht H., Ma as K., Kr a us W., Chem. Potezanje. Techn 34, broj 10, 697 (1962); RZhKhim, 1964, 6D70.

Zoya taljenje organskih tvari, Herington E., trans. s engleskog, ur. Mir, I9G5; RZhKhim, 1965, 13B363K.

Za zonsko taljenje organskih spojeva, vidi Wilcox W. R., Friedenberg R. Back N., Chem. Otkr., 64, Ki 2, 186 (1964); RZhKhim, 1964, 19B359.

Instalacija za zonsko taljenje, vidi B. I. Abakumov, E. E. Konovalov, Glava. lab., 29, Ki 12, 1506 (1963); RZhKhim, 1964, 24D93.

Postrojenje za zonsko taljenje tvari bez lonca s niskim površinskim naponom opisali su Shplkin A.I., Kiliyev A.A., voditelj. lab., 29, Ki 12, 1504 (1953); RZhKhim, 1964, 24D94.

Za nove metode odvajanja u kemiji, vidi Muss o H., Natur-wiss., 45, broj 5, 97 (1958); RZhKhim, 1958, br. 21, 148, ref. 70711.

Za kromatografske metode pročišćavanja i izolacije tvari, vidi Kromatografska metoda za odvajanje iona. Zbornik članaka, Izdatinlit, 1949.; ionska izmjena. Zbornik članaka, Izdatinlit, 1951.; Lnnsted, R., Elwidge, J., Wally, M., i Vilkinson, J., Moderne istraživačke metode u organskoj kemiji, Izdatinlit, 1959.

Za molekularna sita vidi Minkoff G. I., Duffett R. H. E., BPMag., Ks 13, 16 (1964); RZhKhim, 1965, 17A28.

Za proizvodnju, svojstva i upotrebu sintetskih zeolita (molekularnih sita), vidi Espe W., Hvbl C, 9 Internal Kolloq. tehn. Hochschule Ilmenau; RZhKhim, 1966, 20B814.

O upotrebi sintetičkog zeolita tipa A za pročišćavanje rubidija od kalija, cezija i natrija metodom ionske izmjene kontinuiranog protoka, vidi V. I. Gorshkov, V. A. Fedorov, A. M. Tolmachev, ZhFKh, 40, Ki 7, 1436 (1966); RZhKhim, 1966, 24 B1268.

Za metodu odvajanja otopljenih tvari na temelju razlika u brzinama difuzije, vidi N i es e 1 W., Roskenblock H., Naturwis., 50, Ki 8, 328 (1963); RZhKhim, 1964, 5B612.

Kristalizacija u stupcu – laboratorijska metoda za tanko

Za odvajanje kristalizirajućih tvari vidi Schild-Knecht H., lossler S., Ma a s K-, Glas-u. Instr.-Techn., 7, broj 6, 281, 285, 289 (1963); RZhKhim, 1964, 7D66.

Za primjenu gel permeacijske kromatografije na tvari niske i visoke molekularne težine, vidi M a 1 e u L. E., Am. Chem. soc. Polymer Preprints, 5, Ki 2, 720 (1964); RZhKhim, 1965, 10B1346.

Sephadex i gel filtracija, vidi Ing. kim., 1963, broj 3, 7 (1963); RZhKhim, 1965, 10B1344

Tečajni rad

Načini čišćenja kemikalija

disciplina: Anorganska kemija

Tver, 2013

Uvod

Odvajanje i pročišćavanje tvari od nečistoća temelji se na korištenju njihovih specifičnih fizikalnih, fizikalno-kemijskih ili kemijskih svojstava.

U nekim od najtežih slučajeva koriste se posebne metode čišćenja.

1. Pročišćavanje tvari

.1 Rekristalizacija

Pročišćavanje rekristalizacijom temelji se na promjeni topljivosti tvari s promjenom temperature.

Topljivost se shvaća kao sadržaj (koncentracija) otopljene tvari u zasićenoj otopini. Obično se izražava u postocima ili u gramima otopljene tvari na 100 g otapala.

Topljivost tvari ovisi o temperaturi. Ovu ovisnost karakteriziraju krivulje topljivosti. Podaci o topljivosti nekih tvari u vodi dati su na si. 1, kao i u tablici topljivosti.

Prema tim podacima, ako, na primjer, pripremimo otopinu kalijevog nitrata, uzimajući 100 g vode, zasićene na 45 º, a zatim ohladiti na 0 º, tada bi trebalo ispasti 60 g kristala KNO 3. Ako je sol sadržavala male količine drugih tvari topljivih u vodi, zasićenje u odnosu na njih neće biti postignuto pri naznačenom smanjenju temperature, pa stoga neće ispasti s kristalima soli. Zanemarive količine nečistoća, koje se često ne mogu otkriti konvencionalnim metodama analize, mogu se odnijeti samo precipitatnim kristalima. Međutim, ponovljenim rekristalizacijama može se dobiti gotovo čista tvar.

Zasićena otopina soli koja ostaje nakon filtriranja istaloženih kristala, to su oni čišći, jer u ovom slučaju hvataju matičnu tekućinu koja manje sadrži nečistoće drugih tvari. Smanjenje nečistoća je olakšano ispiranjem kristala otapalom nakon odvajanja od matične tekućine.

Dakle, prekristalizacija se svodi na otapanje tvari u prikladnom otapalu i njezino naknadno izdvajanje iz dobivene otopine u obliku kristala. Ovo je jedna od najčešćih metoda za uklanjanje nečistoća iz tvari.

1.2 Sublimacija

Sublimacija ili sublimacija je izravno pretvaranje krutine u paru bez stvaranja tekućine. Nakon što postigne temperaturu sublimacije, krutina prelazi bez taljenja u paru koja se kondenzira u kristale na površini ohlađenih predmeta. Sublimacija se uvijek događa na temperaturi nižoj od tališta tvari.

Koristeći svojstvo niza tvari (jod, naftalen, benzojeva kiselina, amonijak itd.) Za sublimaciju, lako je dobiti u čistom obliku ako je nečistoća lišena ovog svojstva.

Za dublje proučavanje fenomena sublimacije potrebno je upoznati se s dijagramom stanja tvari, prikazanim na sl. 2. Temperatura t (u stupnjevima Celzija) nanesena je na apscisnu os; tlak zasićene pare p (u m / cm 3). Dijagram stanja vode ima sličan oblik, tako da je njegova TB krivulja nagnuta prema y-osi, budući da ledište vode opada s povećanjem tlaka.

Krivulja TA izražava odnos između temperature i tlaka zasićene pare nad tekućinom. Sve točke TA krivulje određuju uvjete ravnoteže između tekućine i njezine zasićene pare. Na primjer, na 100 º voda i para mogu postojati samo pri tlaku od 760 mm Hg. Umjetnost. Ako je tlak veći od 760 mm Hg. Art., zatim se para kondenzira u vodu (područje iznad TA krivulje); ako je tlak manji od 760 mm Hg. Art., tada se sva tekućina pretvara u paru (područje ispod TA krivulje). Krivulja TA nalazi se iznad tališta tvari. Krivulja TB izražava odnos između temperature i tlaka zasićene pare iznad krutine. Tlak pare krutih tvari obično je nizak i uvelike ovisi o prirodi krutine i temperaturi. Dakle, tlak pare joda na 16 º jednako 0,15 mm Hg. Art., led na - 15 º jednako 1,24 mm Hg. Umjetnost. Krivulja TB nalazi se ispod točke tališta tvari. Sve točke ove krivulje određuju uvjete ravnoteže između krutog tijela i njegove zasićene pare.

Krivulja TB naziva se krivulja taljenja i izražava odnos između tališta tvari i tlaka.

Sve točke na ovoj krivulji definiraju uvjete (temperaturu i tlak) pod kojima su krutina i tekućina u ravnoteži.

Krivulje TA, TB i TV dijele dijagram stanja materije na tri područja: 1 - područje postojanja čvrste faze, 2 - tekuća faza i 3 - faza pare.

Točka T, u kojoj se sva tri područja spajaju, označava temperaturu i tlak pri kojima sve tri faze materije - čvrsta, tekuća i parna - mogu biti u ravnoteži. To se zove trostruka točka(T).

Promjenom temperature ili tlaka možete promijeniti agregatno stanje.

Neka točka 1 predstavlja čvrsto stanje tvari pri tlaku iznad trojne točke. Kada se tvar zagrijava pri konstantnom tlaku, točka 1 će se kretati duž isprekidane crte 1-4 i na određenoj temperaturi će prijeći krivulju taljenja TB u točki 2. Kada se svi kristali rastale, daljnje zagrijavanje pri konstantnom tlaku će dovesti do točka 3 na krivulji TA, gdje tekućina počinje ključati, tvar će prijeći u stanje pare. Daljnjim povećanjem temperature tijelo će prijeći iz stanja 3 u stanje 4. Hlađenjem pare ponovit će se razmatrani procesi u suprotnom smjeru duž iste točkaste krivulje iz stanja 4 u stanje 1.

Ako uzmemo tvar pod tlakom ispod trojne točke, na primjer, u točki 5, tada ćemo zagrijavanjem tvari pri konstantnom tlaku doći do točke 6, u kojoj će krutina prijeći u paru bez prethodnog stvaranja tekućine. , tj. dogodit će se sublimacija ili sublimacija (vidi isprekidanu liniju 5-7). Naprotiv, kada se para ohladi na isti tlak, u točki 6 će doći do kristalizacije tvari (također bez stvaranja tekućine).

Iz prethodno navedenog mogu se izvući sljedeći zaključci:

)Kao rezultat zagrijavanja krutine pri tlaku iznad trojne točke, ona će se rastopiti;

)Kao rezultat zagrijavanja čvrste tvari pri tlaku ispod trojne točke, ona će sublimirati;

)Ako se zagrijavanje provodi pri atmosferskom tlaku, tada će do sublimacije doći ako je tlak trojne točke dane tvari viši od atmosferskog tlaka. Tako, na primjer, pri p \u003d 1 atm, ugljični dioksid sublimira na - 79 º, taljenje će biti pod uvjetom da se zagrijavanje provodi na tlaku većem od tlaka trojne točke.

Imajte na umu da krute tvari mogu ispariti pri tlaku iznad trostruke točke (jer sve krute tvari i tekućine djelomično ispare na bilo kojoj temperaturi). Dakle, kristalni jod pri atmosferskom tlaku ispod točke taljenja prelazi u ljubičastu paru, koja se lako kondenzira u kristale na hladnoj površini. Ovo se svojstvo koristi za pročišćavanje joda. Međutim, budući da je tlak trojne točke joda ispod atmosferskog tlaka, on će se rastopiti daljnjim zagrijavanjem. Stoga kristalni jod pri atmosferskom tlaku ne može biti u ravnoteži sa svojom zasićenom parom.

Samo krutine koje su pod tlakom ispod trojne točke mogu biti u ravnoteži sa svojom zasićenom parom. Ali pod takvim pritiskom te se tvari ne mogu rastopiti. Sublimabilne tvari mogu se prevesti u tekuće stanje zagrijavanjem pod određenim tlakom.

1.3 Destilacija

Destilacija ili destilacija temelji se na pretvaranju tekućine u paru, nakon čega slijedi kondenzacija pare u tekućinu. Ova metoda odvaja tekućinu od otopljenih krutih tvari ili manje hlapljivih tekućina. Tako se, primjerice, uz pomoć destilacije prirodna voda pročišćava od soli koje sadrži. Rezultat je destilirana voda, lišena ovih soli ili ih sadrži samo u vrlo malim količinama.

Za destilaciju manje količine tekućine u laboratoriju se koriste aparati za destilaciju.

Tekućina vrije kada njezin tlak pare postane jednak vanjskom tlaku (obično atmosferskom). Čista tvar pri stalnom tlaku vrije na strogo određenoj temperaturi. Smjese vriju na različitim (neodređenim) temperaturama. Stoga je vrelište karakteristika čistoće tvari. Što je tvar čišća, to je manja razlika između vrelišta tvari i temperature na kojoj se destilira. (1)

Aparatom za destilaciju mogu se smjese tekućina odvojiti i dobiti u čistom obliku. Odvajanje se u ovom slučaju temelji na razlici u sastavu tekuće smjese i njezine zasićene pare. To se jasno vidi iz dijagrama na Sl. 3, koja prikazuje ovisnost vrelišta smjese dviju tekućina (tvari) A i B o sastavu tekuće smjese i sastavu pare s kojom je tekuća smjesa u ravnoteži. Na ordinatnoj osi nanesene su temperature vrenja pri konstantnom tlaku, a na apscisnoj osi sastav tekuće smjese ili pare. Početna točka na x-osi odgovara čistoj tvari A (100% tvari A i 0% tvari B), krajnja točka - čistoj tvari B (100% tvari B i 0% tvari A), intermedijer točke - na različite smjese tvari A i B, na primjer 50% A i 50% B; 80% A i 20% B, itd. Prednosti ovog načina predstavljanja su očite. Na dijagramu se dobivaju dvije krivulje: krivulja tekućine (donja) izražava sastav kipuće tekućine, a krivulja pare (gornja) degenerira sastav pare. Kao što se može vidjeti, na svim temperaturama, para ima drugačiji sastav od tekućine, tj. uvijek je bogatiji hlapljivijom komponentom.

Iz dijagrama proizlazi da sastav smjese u točki B pri vrelištu t odgovara sastavu pare u točki G*, a sastav smjese u točki D pri vrelištu t odgovara sastavu para u točki E, tj. s povećanjem sadržaja tekućine A u smjesi raste sadržaj A u pari. To je prvi ustanovio D.P. Konovalov 1881.: s povećanjem koncentracije tvari u tekućini, povećava se njezin sadržaj u pari (1. zakon D. P. Konovalova). Stoga će tijekom destilacije takve mješavine tekućina prvi obroci destilata sadržavati više tekućine s visokim tlakom pare (tj. niskog vrelišta) nego u sljedećim obrocima. U tikvici za destilaciju, tijekom procesa destilacije, povećava se količina tekućine visokog vrelišta.

Takva destilacija, kada se destilat uzima u različitim temperaturnim područjima iu različite spremnike, naziva se frakcijska ili frakcijska destilacija. Tekućine u prijemnicima, uzete u određenim temperaturnim rasponima, nazivaju se frakcije.

Višestrukim ponavljanjem frakcijske destilacije moguće je gotovo potpuno odvojiti smjesu tekućina i dobiti komponente smjese u čistom obliku.

Potpunije i brže odvajanje smjesa tekućina frakcijskom destilacijom pogoduje se upotrebom refluksnih kondenzatora ili destilacijskih kolona. Para se u njima djelomično kondenzira prije odlaganja u hladnjak, zbog čega se količina frakcije niskog vrelišta u destiliranoj tekućini jako povećava. Jedna takva destilacija (tj. uporabom destilacijske kolone ili refluksnog kondenzatora) zamjenjuje nekoliko uzastopnih destilacija koje se provode korištenjem aparata za destilaciju.

Refluks destilacija, kao i druge tehnike destilacije, kao što su destilacija vodenom parom, destilacija pod sniženim tlakom, obrađuju se u priručnicima i radionicama iz organske kemije.

2. Pročišćavanje plinova

topljivost substance rekristalizacija sublimation

Pročišćavanje plina od plinova nečistoća postiže se propuštanjem kroz tvari koje apsorbiraju te nečistoće. Na primjer, kada se u uređaju Kipp dobije ugljični dioksid, s njim izlaze nečistoće - klorovodik (iz klorovodične kiseline) i vodena para. Ako se ugljični dioksid s tim nečistoćama propusti prvo kroz bocu za pranje s vodom (da apsorbira klorovodik), a zatim kroz cijev za kalcijev klorid (da apsorbira vodenu paru), CO 2izaći će gotovo čist.

Za određivanje stupnja čistoće tvari koriste se fizikalne i kemijske metode istraživanja. Prvi uključuju: za tekuće tvari - određivanje gustoće, vrelišta, indeksa loma; za krutine - određivanje tališta i niz drugih; druge metode uključuju kemijske analize - kvalitativne i kvantitativne - za sadržaj nečistoća.

Ne postoje apsolutno čiste tvari. Tvari koje se koriste u laboratorijskoj praksi imaju različite stupnjeve čistoće. Najveća dopuštena količina nečistoća u tvari utvrđena je All-Union Standardom (GOST).

Tvari s oznakom kemijski čiste prikladne su za laboratorijske radove iz anorganske kemije i kvalitativne analize. (sadrži 10 -5 - 10-7% nečistoća) i h.d.a. (sadrže oko 10-4 % nečistoća).

Nova tehnika zahtijevala je upotrebu tvari posebne čistoće - ultračiste ili ekstra čiste - sa sadržajem nečistoća reda veličine 10 -5 - 10-7%. Za njihovo dobivanje koriste se posebne metode pročišćavanja. Tako se za duboko pročišćavanje poluvodičkih materijala široko koristi metoda zonskog taljenja, koja se temelji na nejednakoj raspodjeli nečistoća između tekuće i krute faze zbog njihove nejednake topljivosti. Ova metoda omogućuje dobivanje germanija sa sadržajem glavnog elementa od najmanje 99,99999%.

O metodama dobivanja tvari visoke čistoće raspravlja se u specijalnoj literaturi.

3. Posebne metode pročišćavanja

3.1 Dijaliza

Riža. 4. Dijalizator s miješalicom.

Glavni zahtjevi za membrane su: 1) netopljivost u otapalu na kojem se priprema otopina za dijalizu; 2) kemijska inertnost u odnosu na otapala i otopljene tvari; 3) dovoljnu mehaničku čvrstoću.

Za dijalizu se koriste uređaji koji se nazivaju dijalizatori (slika 4). Mogu imati različite dizajne. Tehnika rada s dijalizatorima vrlo je jednostavna. Polupropusna membrana obično dijeli uređaj na dva dijela. Jedna polovica aparata ispunjena je otopinom koja se dijalizira, a druga polovica čistim otapalom, koje se obično obnavlja (konstantan protok tekućine). Ako se čisto otapalo ne promijeni, tada će se koncentracije tvari koje prolaze kroz membranu s obje njezine strane na kraju uravnotežiti i dijaliza će praktički prestati. Ako se otapalo stalno ažurira, tada je iz otopine za dijalizu moguće praktički ukloniti sve topive tvari koje mogu prodrijeti kroz membranu.

Brzina dijalize nije ista za različite tvari i ovisi o brojnim uvjetima i svojstvima tvari koja se pročišćava. Povećanje temperature otopine i ažuriranje otapala doprinose ubrzanju dijalize.

U mnogim slučajevima elektrodijaliza se koristi umjesto konvencionalne dijalize. Korištenje električne struje u dijalizi ubrzava proces i pruža niz drugih prednosti.

3.2 Kompleksacija

složena formacija je jedan od metoda izolacije čistih tvari, osobito anorganskih. Kompleksni spojevi mogu biti ili slabo topljivi u vodi, ali lako topljivi u organskim otapalima, ili obrnuto. U prvom slučaju, oborina se tretira kao što je gore opisano. Ako je kompleksni spoj lako topljiv u vodi, može se dobiti u čistom obliku iz vodene otopine ekstrakcijom s odgovarajućim organskim otapalom ili se kompleks može uništiti na ovaj ili onaj način. (3)

Metoda kompleksiranja može izolirati metale u vrlo čistom obliku. To posebno vrijedi za rijetke metale i metale u tragovima, koji se mogu izolirati u obliku kompleksa s organskim tvarima.

Brzina difuzije plinovitih tvari kroz polupropusne pregrade ovisi o gustoći i molekularnoj težini tvari koju treba pročistiti i gotovo je obrnuto proporcionalna njima,

3.3 Zonsko taljenje

Zonsko taljenje se može smatrati posebnim slučajem ekstrakcije rastaljenom tvari, kada je čvrsta faza tvari u ravnoteži s tekućom fazom. Ako se topljivost u tekućoj fazi bilo koje nečistoće sadržane u tvari koju treba pročistiti razlikuje od topljivosti u čvrstoj fazi, tada je pročišćavanje od te nečistoće teoretski moguće*. Ova metoda je posebno vrijedna za pročišćavanje takvih spojeva (pretežno organskih) koji imaju nizak tlak pare ili se raspadaju tijekom destilacije. (4) Za spojeve niske toplinske vodljivosti, zona taljenja može se stvoriti primjenom visokofrekventnog zagrijavanja s dielektričnim otporom. Metoda zonskog taljenja omogućuje potpuno korištenje početnih tvari i omogućuje dobivanje velikih pojedinačnih kristala organskih tvari i nekih metala (na primjer, aluminija, germanija itd.).

U svom najjednostavnijem obliku, zonsko taljenje primijenjeno na metale sastoji se od polaganog pomicanja rastaljene zone duž metalne šipke.

Metoda zonskog taljenja može se široko koristiti za pripravu čistih organskih spojeva. (5)

Instrumentacija metode zonskog taljenja ovisi o svojstvima uzetih tvari, te je u ovom slučaju teško preporučiti neki standardni aparat. (7)

3.4 Kromatografija

Metoda kromatografije posebno je važno za koncentriranje tvari čiji je sadržaj u početnoj otopini vrlo mali, kao i za dobivanje čistih pripravaka. Ovom metodom dobiveni su elementi rijetke zemlje i saurapa visoke čistoće. Mnogi farmaceutski i organski pripravci se pročišćavaju i dobivaju u čistom obliku ovom metodom. U gotovo svim slučajevima, kada je zadatak pročistiti ili odvojiti tvar od smjese u otopini, kromatografija i ionska izmjena mogu biti pouzdane metode.

Sephadex se proizvodi u obliku malih zrnaca koja bubre u vodi. (9)

4. Eksperimentalni dio

Pročišćavanje bakrenog sulfata rekristalizacijom

Pomoću tablice topljivosti bakrenog sulfata (Dodatak br. 1) izračunajte koliko vode i bakrenog sulfata treba uzeti za pripremu takve količine zasićene na 80 º S otopinom soli, iz koje se naknadnim hlađenjem na 0 º C bi oslobodio 10 g CuSO4 5H 2Oh

Bakreni sulfat je kontaminiran malom količinom kalijevog klorida, kao i netopivim nečistoćama (pijesak, komadići ugljena). Stoga se mora uzeti 10% više od izračunatog.

Izračunati volumen destilirane vode izmjerite cilindrom, ulijte u mikro čašu od 50 ml, zagrijte dok ne zavrije i uz miješanje staklenim štapićem otopite uzorak bakrenog sulfata.

Provjerite sadrži li pripremljena otopina kloridne ione. Da biste to učinili, ulijte 3 kapi otopine u stožastu epruvetu, dodajte 1 kap otopine AgNO 3i 2 kapi dušične kiseline. Ispada bijeli talog.

Nakon ispitivanja kloridnih iona, otopina bakrenog sulfata zagrijana do vrenja filtrira se kroz vrući lijevak za filtriranje prikazan na slici. 4 (odvajanje netopljivih nečistoća). Zasićena otopina tijekom takve filtracije neće se ohladiti, što znači da tvar neće kristalizirati na filtru i time otežati proces filtracije. Lijevak se zagrijava uključivanjem električne struje.

Kako biste ubrzali filtraciju, preporučuje se korištenje nabranog filtra koji se mora unaprijed pripremiti. Način izrade glatkih (jednostavnih) filtara vidljiv je sa sl. 5. Presavijeni filtar (slika 6) izrađuje se na sljedeći način: prvo se napravi veliki glatki filtar, zatim se preklopi na pola i svaka polovica se više puta savije u jednom iu drugom smjeru, kao harmonika. Filter ne smije dosezati rubove lijevka za 5 - 10 mm.

Filtrat miješajući staklenim štapićem ohladiti najprije na sobnu temperaturu, a zatim na 0°C º C (u kristalizatoru s vodom i ledom).

Odvojite istaložene kristale soli od matične tekućine filtracijom. Filtraciju je najbolje provesti pod smanjenim tlakom na Buchnerovom lijevku. To uvelike ubrzava proces filtriranja. Buechnerov lijevak s gumenim čepom umetne se u Bünsenovu tikvicu (tikvica debelih stijenki s procesom). Na lijevkastu ploču s porama stavi se krug filter papira koji se navlaži vodom radi čvršćeg prianjanja na ploču, lijevak se napuni filtriranom otopinom, a bočni proces spoji na vodenu pumpu. Filtracija pomoću Buchnerovog lijevka prikazana je na sl. 7.

Uklonite kristale soli iz lijevka i istisnite ih između listova filter papira dok se više ne lijepe za suhi stakleni štapić. Dobivenu sol izvažite na tehnokemijskoj vagi. Odredite postotni prinos soli, uzimajući izračunatu količinu CuSO 45H 2O, što je teoretski trebalo istaknuti, za 100%.

Ispitajte pročišćenu otopinu soli i matičnu tekućinu na prisutnost kloridnog iona.

4.1 Primjer rješenja problema

Koliko grama vode i bakrenog sulfata treba uzeti za pripremu takve količine zasićene na 80 º Iz otopine koja se ohladi na 0 º Uz izdvajanje 5 g bakrenog sulfata?

Rješenje: Iz tablice topljivosti (prilog 1) nalazimo da x g CuSO treba uzeti u 100 g zasićene otopine. 45H 2O. Ako je na 0 º Budući da ispadne 5 g bakrenog sulfata, tada će (x-5) g ostati u otopini. Što se tiče bezvodne soli, to će biti (x - 5): ili d. Izračunajte količinu otopine koja sadrži

g soli:

U 100 g otopine nalazi se 12,9 g bezvodne soli

a = g.

Kad se zagrije na 80? S dobivamo zasićenu otopinu, u iznosu

Sadržat će bakreni sulfat

Ovaj broj je x. Zatim

Stoga je x=25,3g.

Sa 80? S izračunatom količinom soli će se zasititi

g otopina

Mora se uzeti voda

46,5 g - 25,3 g = 21,2 g, odnosno 21,2 ml.

Ovaj problem riješiti na drugačiji način, preliminarnim proračunom količine soli po istoj količini vode.

9 g CuSO 4odgovaraju 34,9 × 1,56 = 54,44 g CuSO 4?5H 2O i 12,9 g CuSO 4 - 20.12CuSO 4?5H 2O. U zasićenoj otopini:

Sa 80? C za 54,44 g CuSO 4?5H 2O čini 45,56 g H2 O

S20.12 CuSO 4?5H2 079.88H 2O

SXCuSO 4?5H2 045.56H 2O

Kada se otopina ohladi s 80 na 0? Uz dobivamo:

44 - 11,47 \u003d 42,97 g bakrenog sulfata.

Količina vode i soli nalazi se iz omjera:

97 g CuSO 4?5H 20 - 45,56 g H 2O

5 CuSO 4?5H2 O-yH 2O

42,97 g CuSO 4?5H 2O se taloži iz 54,44 g CuSO4 ?5H 2O

5 CuSO 4?5H 2OzCuSO4 ?5H 2O

Moze biti tako:

rCuSO 4?5H 2O šibice CuSO 4. Neka na 80? Uz potrebno je uzeti x g CuSO 4 vyg rješenje. Zatim

Na 0°C nakon taloženja 5 g CuSO 4?5H 2O ili 12.82 CuSO 4težina x će se smanjiti za 12,82 g. (x - 12,82) g CuSO će ostati 4u (y - 20) g otopine. Sredstva

Ali x=0,349y.

Zatim Gdje je y=46,54 g otopine. X \u003d 0,349? 46,54 g \u003d 16,24 g CuSO 4ili 25,3 g CuSO 4?5H 2O. Vode treba uzeti: 46,54 g - 25,33 g = 21,2 g ili 21,2 ml.

Zaključak

U ovom kolegiju razmatrane su neke od najčešće korištenih metoda pročišćavanja tvari u kemiji (rekristalizacija, sublimacija, destilacija itd.).

Ove metode su prilično učinkovite i često primjenjive, njihova prednost leži u jeftinosti opreme potrebne za rad i brzini čišćenja, ali sve imaju jedan nedostatak, niti jedna od predloženih metoda ne može se koristiti za dobivanje ultra čiste tvari .

Naša znanost ne stoji mirno i postoje nove metode pročišćavanja tvari pomoću složenije i preciznije opreme. U ovom radu razmatrana je kromatografija, dijaliza, stvaranje kompleksa itd. Pomoću ovih metoda možemo dobiti ultračistu tvar. Ali još uvijek su skupe i niti jedna nije univerzalna.

Tema pročišćavanja tvari ostat će relevantna jer će se stalno razvijati nove metode dobivanja ultra čistih tvari koje su sve traženije u industriji i znanstvenim eksperimentima.

Popis korištenih izvora i literature

1. Pfain V. J. Zonsko taljenje / V. J. Pfain - M .: Metallurgizdat, 1960. - 384 str.

2. Herington E. Zoya taljenje organskih tvari / E. Herington; po. s engleskog. - M.: Mir, 1965. - 547 str.

Abakumov B. I. Instalacija za zonsko taljenje / B. I. Abakumov, E. E. Konovalov. - M. : RZhKhim, 1964, 367 str.

Shplkin AI Instalacija za zonsko taljenje tvari bez lonca s niskom površinskom napetosti / IA Shplkin, AA Kiliev. - M. : RZhKhim, 1964. - 230 str.

Musso H. O novim metodama razdvajanja u kemiji / N. Musso; po. s engleskog. -M. : RZhKhim, 1958. - 654 str.

Linstead R. O kromatografskim metodama pročišćavanja i izolacije tvari / R. Linstead; po. s engleskog. - M. : Izdatinlit, 1959. - 476 str.

Gorškov V. I. / I. V. Gorškov, V. A. Fedorov, A. M. Tolmačev. - M. : RZhKhim, 1966. - 187 str.

Niysel V. O metodi odvajanja otopljenih tvari na temelju razlike u brzinama difuzije / V. Niysel; po. s engleskog. - M. : RZhKhim, 1964. - 479 str.

Shield-Knetch N. Odvajanje kristalizirajućih tvari / N. Shield-Knetch; po. s engleskog. - M. : RZhKhim, 1964. - 169 str.

Maley L. Primjena kromatografije koja se temelji na prodiranju tvari u gel na tvari niske i velike molekulske mase / L. Maley; po. s engleskog. - M. : RZhKhim, 1965. - 540 str.

Slični članci

Raspravite:

Patogeneza pobačaja: Utvrđivanje prenošene trudnoće. Dijagnostika. Opstetrički...
Sindrom citolize u gastroenterologiji: Zbrinjavanje bolesnika u općoj praksi: Kompleks laboratorijskih simptoma koji ukazuju na aktivnost...
Ultrazvučna dopplerografija krvnih žila mozga i orbite: A.N. Petrukhin, I.A. Loskutov. Cestovna bolnica im. NA. Semaško, Moskva,...
Što ne jesti s prvom krvnom grupom Prva pozitivna što možete: Marina Ignatieva Vrijeme čitanja: 8 minuta A A Zahvaljujući visokom imunitetu ...