http://www.sggw.waw.pl/~stepniak/
e-mail:
KRYSTALIZACJA JAKO METODA ROZDZIELANIA SUBSTANCJI ORGANICZNYCH
Jakie zjawisko fizyczne wykorzystuje się w procesie krystalizacji?
W procesie krystalizacji wykorzystuje się różną rozpuszczalność substancji, (R) w temperaturze wrzenia rozpuszczalnika i w temperaturze chłodzenia.
Krystalizację stosuje się do rozdzielania substancji stałych.
Rozpuszczalność substancji jest to maksymalna liczba gramów substancji, która się rozpuszcza w 100 g rozpuszczalnika w określonej temperaturze.
•
♦
•
Jakie wyróżnia się etapy krystalizacji?
1. Dobór odpowiedniego rozpuszczalnika -
obliczenie ilości rozpuszczalnika niezbędnego do przekrystalizowania określonej ilości substancji oczyszczanej.
Jakie są kryteria doboru rozpuszczalnika do przeprowadzenia krystalizacji?
W procesie krystalizacji wykorzystywanym do rozdzielenia składników mieszaniny rozpuszczalnik jest tym lepszy, im większa jest różnica wartości wydajności teoretycznych
krystalizacji składników mieszaniny.
Wydajność teoretyczna krystalizacji:
100
⋅
−
=
R
R
R
w
w
ch
w
t
kr
[1]
- wydajność teoretyczna krystalizacji
t
kr
w
R
w
- rozpuszczalność w temperaturze wrzenia
R
ch
– rozpuszczalność w temperaturze chłodzenia
• Temperatura wrzenia rozpuszczalnika nie może być wyższa od temperatury topnienia substancji krystalizowanej.
3
SO H
H N
2
CH -C
O
NH
3
Kwas sulfanilowy
Acetanilid
Zadanie 1.
Oblicz wydajność teoretyczną krystalizacji (W
k
t
[%]) dla każdego z tych związków. Jakiej
minimalnej ilości wody trzeba użyć do krystalizacji 2g
każdego z tych związków?
Rozpuszczalność (R)
[g/100g H
2
O]
100
o
C 20
o
C
6,7 1,1
5,0
0,5
Wydajność praktyczna krystalizacji jest to masa uzyskanych kryształów
do masy substancji wziętej do oczyszczenia.
•
Od czego zależy wydajność praktyczna krystalizacji?
100
⋅
=
m
m
w
s
kr
p
kr
[2]
100
⋅
−
=
m
r
r
w
s
ch
w
p
kr
[3]
-
wydajność praktyczna krystalizacji
p
kr
w
m
kr
- masa uzyskanych kryształów,
m
s
- masa substancji wziętej do oczyszczenia,
r
w
– masa substancji rozpuszczonej w temperaturze wrzenia rozpuszczalnika,
r
ch
– masa substancji rozpuszczonej w temperaturze chłodzenia.
2. Obliczanie optymalnej ilości rozpuszczalnika niezbędnej
do przekrystalizowania określonej ilości substancji
Należy wybrać taki rozpuszczalnik, aby jego ilość niezbędna do przeprowadzenia
krystalizacji była ekonomicznie uzasadniona.
•
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Zarówno mniejsza jak i większa ilość rozpuszczalnika użyta w tym
procesie powoduje, że wydajność jest mniejsza od teoretycznej.
p
kr
t
kr
w
w
≥
Rozpuszczanie określonej ilości substancji w obliczonej ilości rozpuszczalnika
pod chłodnicą zwrotną
W jakim celu i kiedy w procesie krystalizacji wykorzystuje się chłodnicę zwrotną?
Chłodnicę stosuje się, aby zapobiec odparowaniu rozpuszczalnika.
Maleje, gdy za mało rozpuszczalnika
Zadanie 2.
Tabelka podaje rozpuszczalności p-dibromobenzenu (T
t
=87,3
°C) w pięciu
wybranych rozpuszczalnikach w ich temperaturze wrzenia i w temperaturze pokojowej.
Oblicz wydajność teoretyczną krystalizacji (W
k
t
[%]) dla każdego z tych r
ków. Wybierz najlepszy do krystalizacji p-dibromobenzenu rozpuszczalnik i oblicz
wydajność praktyczną krystalizacji (W
k
p
[%]),
ozpuszczalni-
jaką osiągnie się w przypadku użycia 50 g
tego rozpuszczalnika do przekrystalizowania 6g p-dibromobenzenu.
Rozpuszczalnik
T
W
[
o
C]
R [g/100g
rozp.]
w T
W
R [g/100g
rozp.] w T
ch
W
k
t
[%]
m
rozp
W
k
p
[%]
H
2
0 100
0,1 0,005
Eter etylowy
36
14,0
11,8
C
6
H
6
80
9,5 6,0
CHCl
3
61 6,9 0,9
C
2
H
5
OH 78 1,5
0,1
Zadaniem 3.
Rozpuszczalność kwasu benzoesowego w wodzie wynosi: w 100ºC –
5,88g/100g wody, w 20ºC – 0,29g/100g wody. Jakiej minimalnej ilości wody trzeba użyć
do krystalizacji 10g kwasu? Oblicz wydajność teoretyczną krystalizacji.
Zadanie 4.
Oblicz wydajność krystalizacji 10g
kwasu benzoesowego w przypadku, gdy
masa użytej wody wynosi 200g.
Zadanie 5.
Oblicz wydajność krystalizacji 10g
kwasu benzoesowego w przypadku, gdy
masa użytej wody wynosi 150g.
Rośnie, gdy
za dużo
rozpuszczalnika
Stosuje się w zasadzie tylko dla rozpuszczalników lotnych (eter, benzyna).
W przypadku wody chłodnicy nie stosuje się.
Przesączanie otrzymanego roztworu przez karbowany sączek na ogrzanym lejku
(I sączenie)
Dlaczego stosuje się karbowany sączek i ogrzany lejek?
W procesie krystalizacji wykonuje się dwa sączenia. Sączenie pierwsze ma na celu
oddzielenie zanieczyszczeń nierozpuszczających się w rozpuszczalniku (np. piasku).
Pierwsze sączenie należy wykonać tak szybko, jak to jest możliwe, aby zapobiec krystalizacji
substancji oczyszczanej. Powierzchnia karbowanego sączka jest większa,
a więc szybkość sączenia większa.
Aby zapobiec krystalizacji substancji na sączku stosuje się ogrzany lejek.
Pozostawienie przesączu w celu schłodzenia
Jaki ma wpływ szybkość chłodzenia na wydajność krystalizacji?
Gdy chłodzenie przeprowadza się wolno powstaje mniej większych kryształów,
a gdy szybko powstaje więcej mniejszych kryształów.
Odsączenie kryształów na lejku Büchnera z wykorzystaniem kolby ssawkowej
(II sączenie)
Przemywanie kryształów zimnymi porcjami (2 – 3 cm
2
) rozpuszczalnika na lejku Büchnera,
w celu usunięcia zaadsorbowanych na kryształach zanieczyszczeń
W przypadku dużej liczby małych kryształów całkowita powierzchnia przemywanych
kryształów jest większa, niż w przypadku mniejszej liczby dużych kryształów.
A zatem straty spowodowane spłukiwaniem wraz z zanieczyszczeniami samej substancji
oczyszczanej są większe i wydajność krystalizacji mniejsza.
Suszenie kryształów, ważenie i obliczanie wydajności praktycznej krystalizacji i porównanie
z wydajnością teoretyczną
Określanie temperatury topnienia otrzymanych kryształów
10.
Temperatura topnienia jest wielkością charakterystyczna dla każdej substancji. Inna wartość niż tablicowa świadczy o złym oczyszczeniu substancji.
Rekrystalizacja
Rozpuszczanie substancji I sączenie
w temperaturze wrzenia rozpuszczalnika
Kolba okrągłodenna z chłodnicą zwrotną
Sączek fałdowany
II sączenie
-
WYKONANIE ĆWICZENIA
1. Odważyć około 2 g substancji na wadze t
nej.
2. Obliczyć masę rozpuszczalnika.
3. Rozpuszczalnik i substancję umieścić w kolbie
stożkowej i ogrzewać do temperatury wrzenia.
4. Roztwór przesączyć przez sączek karbowany.
5. Przesącz w zlewce pozostawić do schłodzenia.
6. Odsączyć kryształy na lejku Büchnera.
7. Wysuszyć kryształy na bibule.
8. Oznaczyć temperaturę topnienia (T
t
)
echnicz
dr S.A.Stępniak
,
Katedra Chemii, Wydział Technologii Żywności, SGGW, pok. 1116
