http://www.sggw.waw.pl/~stepniak/

e-mail:

[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

W skrypcie powinny znaleźć się:

1.

Zadania na wydajność krystalizacji z rozwiązaniami (typy zadań na krystalizację)

2.

Zadania do samodzielnego rozwiązania

3.

Dane i wyniki do części praktycznej: w

t

, m

s

, V

r

, m

kr

, w

p

.

ZADANIA:

wody

m

100

=

10

88

,

5

1.

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.

g

m

wody

1

,

170

=

100

⋅

−

=

R

R

R

w

ch

w

t

kr

W

100

88

,

5

29

,

0

88

,

5

⋅

−

=

t

kr

W

%

06

,

95

=

W

t

kr

2. Oblicz

wydajność krystalizacji 10g substancji w przypadku, gdy masa użytej wody wynosi 200g, r

w

=10g a r

ch

=0,58g.

100

⋅

−

=

m

r

r

W

s

ch

w

kr

100

10

58

,

0

10

⋅

−

=

W

kr

%

2

,

94

=

W

kr

3. Oblicz

wydajność krystalizacji 10g substancji w przypadku gdy masa użytej wody wynosi 150g a rozpuszczalność tej substancji w wodzie wynosi:

w 100ºC – 5,88g/100g wody,

w 20ºC – 0,29g/100g wody.

150

100

88

,

5

r

w

=

150

100

29

,

0

r

ch

=

%

85

,

83

100

10

435

,

0

82

,

8

=

⋅

−

=

W

kr

82

,

8

=

r

w

435

,

0

=

r

ch