No title

LEKCE 5

Krystalizace  separace složek homogenních směsí krystalizace  druhy krystalizace:  volná krystalizace  rušená krystalizace  frakční krystalizace  krystalizace změnou složení rozpouštědla  vykrývání  prasárničky

Volná krystalizace  pozvolné odpařování par rozpouštědla z nasyceného roztoku při laboratorní teplotě  dlouhodobý proces (dny, týdny)  roztok se zakrývá obvykle filtračním papírem (proti kontaminaci prachem)  výsledkem jsou obvykle velké, relativně dobře vyvinuté krystaly  krystalizaci lze urychlit tzv. očkováním (přidání malého krystalu téže látky)

 urychlení

odpařování

lze

realizovat

umístěním roztoku do exsikátoru s vhodným sušidlem (vhodné pro malé objemy)

Rušená krystalizace  využívá se závislosti rozpustnosti na teplotě (většina látek tuto závislost vykazuje)  za horka nasycený roztok se prudce zchladí na

nízkou

teplotu

(velký

podíl

látky

vykrystalizuje a oddělí se obvykle fitrací za sníženého tlaku)  při prudkém chlazení vznikají velmi drobné krystalky, které jsou však velmi čisté (nedochází

k

zainkludování

matečného

roztoku a nečistot)  zbylý roztok lze (po zahuštění) stejné proceduře podrobit znovu, další frakce však mají nižší čistotu

Rušená krystalizace  závislot rozpustnosti na teplotě lze nalézt v tabulkách (buď jako jednotlivé hodnoty pro konkrétní teploty nebo přímo s rovnicí závislosti)  křivku rozpustnosti lze vytvořit např. v Excelu

nebo

Originu

(viz

Chemická

informatika)  schopnost pracovat s těmito daty je stěžejní jak pro přípravu do cvičení, tak i pro

vypracovávání protokolů a očekává se, že studenti touto schopností již disponují

Krystalizace změnou složení rozpouštědla  založeno na přídavku třetí látky  využívá se rozdílné rozpustnosti v různě polárních, ale mísitelných rozpouštědlech (přídavek jiného rozpouštědla - typicky voda a ethanol), příp. může být přidána látka, která se pevně váže na rozpouštědlo  nebo se využívá tzv. vysolování (látka má s rozpuštěnou látkou společný ion - např. z roztoku Pb(NO3)2 lze přídavkem NaCl vyloučit

málo rozpustný PbCl2  jde-li o čistotu, látka se přidává za horka v takovém množství, aby vznikl pouze zákal a ke krystalizaci došlo až po ochlazení

Frakční krystalizace  používá se obvykle pro systémy s více složkami, neboť je nelze oddělit od sebe v jediném kroku  jedná se o využití předchozích kroků v po sobě následujícím sledu, důležitá je znalosti systému (rozpustnosti jednotlivých složek)  krystalizace se tedy provádí ve více krocích frakcionovaně:  zahuštění (platí pro zředěné roztoky)

 ochlazení (a rekrystalizace podílů)  srážení

Vykrývání  jedná se o odstranění zbytků matečného louhu (obsahuje

nežádoucí

nečistoty)

z

krystalů

zachycených na fritě či Büchnerově nálevce po filtraci za sníženého tlaku  je samozřejmou součástí téměř všech preparativních úloh  krystaly či sraženina se promývají malým množstvím (obvykle vychlazeného) rozpouštědla  k tomuto postupu je nezbytně nutné perfektní

zvládnutí obsluhy aparatury (jinak je výtěžek velmi rychle ztracen)  alternativou

je

použití

kapaliny

mísitelné

rozpouštedlem, ale nerozpouštějící produkt

s

Destilace  separace složek homogenních směsí - destilace  typy destilace:  prostá destilace  frakční destilace  rektifikace  destilace s vodní parou  destilace za sníženého tlaku  prasárničky

Destilace  proces oddělování kapalných složek na základě jejich rozdílné teploty varu (resp. těkavosti)  vznikající páry mají obvykle jiný poměr složek než ve fázi kapalné (plynná fáze je bohatší na těkavější složku)  vzniklé páry jsou odváděny do chladiče, kde kondenzují a jímány jsou jako tzv. destilát  některé směsi snadno oddělit nelze - tvoří tzv. azeotropy (směs s maximální či minimalní

teplotou varu, neideálně chovající se kapaliny)  v diagramu udává spodní křivka složení kapaliny a horní křivka složení par (a tím i složení destilátu)

Destilace

Fázový diagram azeotropické směsi s

Fázový diagram azeotropické směsi s

maximem teploty varu (voda - HNO3)

minimem teploty varu (CS2 - (CH3)2CO)

teploměr

Jednoduchá (prostá) destilace destilační nástavec

 teploty varů jednotlivých složek by se měly výrazně lišit (ideálně více než o

sestupný chladič

150 °C)

odvod vody

 u látek s teplotou varu nižší než 40 °C

přívod vody

jsou citelné ztráty odpařováním  látky s teplotou varu vyšší než 150 °C se často rozkládají (vhodná spíše destilace za sníženého tlaku)  chlazení par s teplotou vyšší než 160 °C

je vhodné pomocí vzdušného chladiče  Liebigův

chladič

s

destilačním

nástavcem a alonží je dodáván i v jednom kuse

destilační baňka

alonž

předloha

Destilace za sníženého tlaku  obdobné destilaci prosté, na alonž je připojen zdroj vakua  vhodné pro látky, rozkládající se pod nebo při teplotě varu  zásadně baňky s kulatým dnem a Claisenův nástavec (kapilára zajišťující tlakový spád a ochrana proti utajenému varu)  důležitá je těsnost zábrusů a kontrola

vybavení (u poškozeného skla riziko imploze)

Frakční destilace  destilace,

při

níž

jsou

zachycovány

jednotlivé podíly (min. předkap, hlavní podíl a dokap)  jednotlivé frakce lze podrobit další destilaci a frakcionaci (zdlouhavé)  výhodnější je provedení této opakované frakcionace v rámci jedné aparatury (použití rektifikace

destilačních

kolon)

-

tzv.

Rektifikace (kontinuální destilace)

hlava kolony

 v koloně dochází k opakovanému procesu kondenzace a odpaření  část par s vyšším obsahem těkavější ze složek v koloně kondenzuje, při stékání je znovu zahřáta a vzniklá plynná fáze je bohatší na těkavější složku než předchozí  v koloně se ustavuje tzv. stacionární stav (v horní části kolony se hromadí těkavější složka)

 v horní části kolony lze odebírat téměř čistou těkavější složku

destilační kolona

Rektifikace - typy kolon  kolona

umožňuje

mnohonásobné

opakování

procesu odpařování a kondenzace směsi  dle konstrukce se dělí na:  kolony se stékajícím filmem (s násypnou náplní, vpichové apod. - viz předchozí obr.) dochází k plynulému styku stékající vrstvy kondenzátu se stoupající parou  kolony patrové (provarové) - ke styku par a kondezátu dochází jen na jednotlivých

patrech  dělicí účinnost destilačních kolon vyjadřuje počet teoretických pater, refluxní poměr vyjadřuje poměr látkového množství reflux / destilát

Destilace s vodní parou  využívá se k destilaci tepelně labilních látek s vysokou teplotou varu, nemísitelných s vodou  každá z nemísitelných kapalin přispívá svým parciálním tlakem - bod varu je nižší

Vybrané vybavení související s destilací

Vybrané vybavení související s destilací

Extrakce  extrakce vytřepáváním  extrakce pomocí Soxhletova nástavce

Extrakce  extrakce

je

založena

na

vyšší

rozpustnosti jedné ze složek směsi ve vhodném rozpouštědle (extrahovadle)  extrahovadlo se nesmí se směsí mísit  existuje řada typů extrakcí s historicky vžitými

pojmy

(macerace,

digesce,

perkolace apod.)  velmi běžně se používá tzv. vytřepávání (lze

provádět

jednou

dávkou

rozpouštědla a nebo frakčně)  po extrakci lze vyextrahovanou látku oddělit kapaliny)

např.

destilací

(v

případě

Soxhletův extraktor  podstatou

je

provádění

extrakce

regenerovaným rozpouštedlem  čerstvě předestilované rozpouštědlo extrahuje látku umístěnou v patroně, po

naplnění

extrakčního

prostoru

roztok steče do baňky  z baňky se oddestilová opět pouze čisté rozpouštědlo, které po kondenzaci v chladiči stéká do extrakčního nástavce a

proces se opakuje

Vybrané vybavení související s extrakcí

Sublimace  sublimace za normálního tlaku  sublimace vakuová

Sublimace  jedna ze základních metod čištění a separace  obvykle menší ztráty než při krystalizaci  nutno provádět za tlaku nižšího, než odpovídá tlaku trojného bodu dané látky (pouze za těchto tlaků je možnost přímého přechodu s → g)  za normálního tlaku lze tedy sublimovat pouze látky, které mají pT vyšší než atmosferický  i pro tyto látky má však snížení tlaku význam -

sublimaci lze provádět při nižší teplotě (důležité i s ohledem na stabilitu látek)  čím větší je rozdíl teplot, tím menší krystalky při sublimaci vznikají

Sublimace za normálního tlaku  pro

malá

množství

sublimované

látky

jsou

nejjednodušší alternativou dvě hodinová skla (ideálně zabroušená)  shora lze sklo chladit navlhčeným fltračním papírem  opadávání látky je možno zabránit vložením perforovaného filtračního papíru  podobně lze použít i misku a nálevku  další alternativou je kádinka (nízká) zakrytá baňkou s kulatým dnem (naplněná vodou, příp. ledem)

 zahřívání přes keramickou síťku mírným plamenem  aparatura se rozebírá až po vychladnutí (!!!)

Sublimace vakuová  sublimace za sníženého tlaku  sublimační aparátek se umísťuje do vodní nebo silikonové lázně  baňka je připojena na zdroj vakua (olejová vývěva)  sublimační prst je chlazen vodou (přívod ústí na dno sublimačního prstu)  při vyjímání sublimačního prstu je třeba prst

vyjímat

opatrně,

aby

nasublimovaná látka neopadala  lze použít zkumavku z těžkotavitelného skla a kahan či pec

Vybrané vybavení související se sublimací

Vybrané vybavení související se sublimací