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(NO 3 ) 2 lze přídavkem NaCl vyloučit málo rozpustný PbCl 2 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 s rozpouštedlem, ale nerozpouštějící produkt

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 maximem teploty varu (voda - HNO 3 ) Fázový diagram azeotropické směsi s minimem teploty varu (CS 2 - (CH 3 ) 2 CO)

Jednoduchá (prostá) destilace teploty varů jednotlivých složek by se měly výrazně lišit (ideálně více než o 150 C) u látek s teplotou varu nižší než 40 C 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 teploměr destilační nástavec sestupný chladič odvod vody přívod vody 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 destilačních kolon) - tzv. rektifikace

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 např. destilací (v případě kapaliny)

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 p T 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