Introducere

Separarea și purificarea substanțelor sunt operații care de obicei sunt legate între ele. Separarea unui amestec în componente urmărește cel mai adesea scopul de a obține substanțe pure, dacă este posibil, fără impurități. Cu toate acestea, însuși conceptul de substanță care ar trebui considerată pură nu a fost încă stabilit în cele din urmă, deoarece cerințele pentru puritatea unei substanțe se schimbă. În prezent, metodele de obținere a substanțelor pure din punct de vedere chimic au căpătat o semnificație deosebită.

Separarea și purificarea substanțelor de impurități se bazează pe utilizarea proprietăților lor fizice, fizico-chimice sau chimice specifice.

Tehnica celor mai importante metode de separare și purificare a substanțelor (distilare și sublimare, extracție, cristalizare și recristalizare, sărare) este descrisă în capitolele relevante. Acestea sunt cele mai comune tehnici, cel mai des folosite nu numai în practica de laborator, ci și în tehnologie.

În unele dintre cele mai dificile cazuri, se folosesc metode speciale de curățare.

Purificarea substanțelor

Recristalizare

Purificarea prin recristalizare se bazează pe modificarea solubilității unei substanțe cu modificarea temperaturii.

Solubilitatea este înțeleasă ca conținutul (concentrația) unei substanțe dizolvate într-o soluție saturată. De obicei, este exprimat fie ca procent, fie ca grame de solut la 100 g de solvent.

Solubilitatea unei substanțe depinde de temperatură. Această dependență este caracterizată de curbele de solubilitate. Datele despre solubilitatea unor substanțe în apă sunt date în fig. 1, precum și în tabelul de solubilitate.

Conform acestor date, dacă, de exemplu, se prepară o soluție de azotat de potasiu luând 100 g de apă, saturată la 45 ° C și apoi răcindu-l la 0 ° C, atunci ar trebui să cadă 60 g de cristale KNO 3. Dacă sarea conținea cantități mici de alte substanțe solubile în apă, saturația față de acestea nu va fi atinsă la scăderea indicată a temperaturii și, prin urmare, nu vor cădea cu cristalele de sare. Cantități neglijabile de impurități, adesea nedetectabile prin metode convenționale de analiză, pot fi îndepărtate doar de cristalele precipitate. Cu toate acestea, prin recristalizari repetate, se poate obtine o substanta aproape pura.

Soluția de sare saturată care rămâne după filtrarea cristalelor precipitate, cu atât sunt mai pure, deoarece în acest caz captează mai puțin lichidul mamă care conține impurități ale altor substanțe. Reducerea impurităților este facilitată prin spălarea cristalelor cu un solvent după separarea lor din lichidul mumă.

Astfel, recristalizarea se reduce la dizolvarea unei substanțe într-un solvent adecvat și izolarea ulterioară a acesteia din soluția rezultată sub formă de cristale. Aceasta este una dintre cele mai comune metode de îndepărtare a impurităților din substanțe.

Sublimarea

Sublimarea sau sublimarea este conversia directă a unui solid în vapori fără formarea unui lichid. Atinsă temperatura de sublimare, solidul trece fără să se topească în vapori, care se condensează în cristale pe suprafața obiectelor răcite. Sublimarea are loc întotdeauna la o temperatură sub punctul de topire al substanței.

Folosind proprietatea unui număr de substanțe (iod, naftalenă, acid benzoic, amoniac etc.) de a sublima, este ușor de obținut în formă pură dacă impuritatea este lipsită de această proprietate.

Pentru un studiu mai profund al fenomenului de sublimare, este necesar să se familiarizeze cu diagrama stării materiei, prezentată în Fig. 2. Temperatura t (în grade Celsius) este trasată pe axa absciselor, presiunea vaporilor saturați p (în m / cm 3) este reprezentată pe axa ordonatelor. Diagrama de stare a apei are o formă similară, astfel încât curba sa TB este înclinată față de axa y, deoarece punctul de îngheț al apei scade odată cu creșterea presiunii.

Curba TA exprimă relația dintre temperatură și presiunea vaporilor de saturație peste un lichid. Toate punctele curbei TA determină condițiile de echilibru dintre lichid și vaporii săi saturati. De exemplu, la 100º apa și aburul pot exista doar la o presiune de 760 mm Hg. Artă. Dacă presiunea este mai mare de 760 mm Hg. Art., apoi aburul se condensează în apă (zona de deasupra curbei TA); dacă presiunea este mai mică de 760 mm Hg. Art., apoi tot lichidul se transformă în vapori (zona de sub curba TA). Curba TA se află deasupra punctului de topire al substanței. Curba TB exprimă relația dintre temperatură și presiunea vaporilor saturați peste un solid. Presiunea de vapori a solidelor este de obicei scăzută și depinde în mare măsură de natura solidului și de temperatură. Astfel, presiunea de vapori a iodului la 16º este de 0,15 mm Hg. Art., gheața la - 15º este egală cu 1,24 mm Hg. Artă. Curba TB se află sub punctul de topire al substanței. Toate punctele acestei curbe determină condițiile de echilibru dintre corpul solid și vaporii saturați.

Curba TB se numește curbă de topire și exprimă relația dintre punctul de topire al unei substanțe și presiune.

Toate punctele de pe această curbă definesc condițiile (temperatură și presiune) în care solidul și lichidul sunt în echilibru.

Curbele TA, TB și TV împart diagrama de stare a materiei în trei zone: 1 - zona de existență a fazei solide, 2 - faza lichidă și 3 - faza de vapori.

Punctul T, unde converg toate cele trei regiuni, indică temperatura și presiunea la care toate cele trei faze ale materiei - solidă, lichidă și vapori - pot fi în echilibru. Se numeste punct triplu(T).

Schimbând temperatura sau presiunea, puteți schimba starea materiei.

Fie punctul 1 să reprezinte starea solidă a materiei la o presiune deasupra punctului triplu. Când o substanță este încălzită la presiune constantă, punctul 1 se va deplasa de-a lungul liniei punctate 1-4 și la o anumită temperatură va traversa curba de topire TB la punctul 2. Când toate cristalele s-au topit, încălzirea ulterioară la presiune constantă va duce la punctul 3 de pe curba TA, unde lichidul începe să fiarbă, substanța va intra în stare de vapori. Cu o creștere suplimentară a temperaturii, corpul va trece de la starea 3 la starea 4. Răcirea vaporilor va repeta procesele considerate în direcția opusă de-a lungul aceleiași curbe punctate de la starea 4 la starea 1.

Dacă luăm o substanță la o presiune sub punctul triplu, de exemplu, în punctul 5, atunci prin încălzirea substanței la presiune constantă, vom ajunge la punctul 6, la care solidul va trece în vapori fără formarea prealabilă a unui lichid. , adică va avea loc sublimarea sau sublimarea (vezi linia punctată 5-7). Dimpotrivă, atunci când vaporii sunt răciți la aceeași presiune, cristalizarea substanței va avea loc la punctul 6 (tot fără formarea unui lichid).

Din cele de mai sus se pot trage următoarele concluzii:

1) Ca urmare a încălzirii unui solid la o presiune peste punctul triplu, acesta se va topi;

2) Ca urmare a încălzirii unui solid la o presiune sub punctul triplu, acesta se va sublima;

3) Dacă încălzirea se efectuează la presiunea atmosferică, atunci va avea loc sublimarea dacă presiunea punctului triplu al unei substanțe date este mai mare decât cea atmosferică. Deci, de exemplu, la p \u003d 1 atm, dioxidul de carbon se sublimează la - 79º, dar se va topi, cu condiția ca încălzirea să fie efectuată la o presiune mai mare decât presiunea punctului triplu.

Rețineți că solidele se pot vaporiza la presiuni peste punctul triplu (deoarece toate solidele și lichidele se vaporizează parțial la orice temperatură). Deci, iodul cristalin la presiunea atmosferică sub punctul de topire se transformă într-un vapor violet, care se condensează ușor în cristale pe o suprafață rece. Această proprietate este folosită pentru purificarea iodului. Cu toate acestea, deoarece presiunea punctului triplu al iodului este sub presiunea atmosferică, se va topi cu o încălzire suplimentară. Prin urmare, iodul cristalin la presiunea atmosferică nu poate fi în echilibru cu vaporii săi saturati.

Numai solidele care sunt sub presiune sub punctul triplu pot fi în echilibru cu vaporii lor saturați. Dar la o asemenea presiune, aceste substanțe nu se pot topi. Substanțele sublimabile pot fi transformate în stare lichidă prin încălzirea lor la o anumită presiune.

Unii reactivi chimici pentru lucrări analitice trebuie curățați în laborator. Purificarea se realizează prin metode de filtrare, distilare, recristalizare, extracție, cromatografie și iontoforeză.

Filtrare

Filtrarea este efectuată pentru a separa particulele solide dintr-un lichid, cum ar fi impuritățile insolubile dintr-o soluție de reactiv. Filtrarea se bazează pe trecerea unui amestec lichid-solid printr-un filtru poros, cum ar fi hârtia de filtru. Porii (găurile) din hârtie sunt atât de mici încât doar lichidul trece prin ei și toate particulele solide rămân pe filtru. Atât rata de filtrare, cât și gradul de purificare depind de dimensiunea porilor filtrului. Viteza de filtrare este foarte influențată de vâscozitatea lichidului și de temperatura acestuia. Lichidele fierbinți se filtrează întotdeauna mai repede decât lichidele reci.

Pentru filtrare se folosește o pâlnie de sticlă (vezi Fig. 4), care este fixată într-un inel de trepied sau într-o placă specială cu orificiu pentru filtrare. Uneori se face un cârlig special de sticlă pentru pâlniile mici, cu ajutorul căruia poți atașa pâlnia direct pe sticlă.

Hârtia de filtru, spre deosebire de hârtia obișnuită, nu este lipită, mai fibroasă, uniformă și curată. Există și filtre rotunde gata făcute din hârtie fără cenușă.

Pentru a face un filtru, o foaie pătrată de hârtie de filtru este pliată în jumătate, apoi de patru ori, iar marginile exterioare sunt rotunjite cu foarfece. Separați un strat de hârtie, formând un unghi și ajustați filtrul la pâlnie. Marginile filtrului trebuie să fie la 3-5 mm sub marginea pâlniei. Unghiul spațial al pâlniei ar trebui să fie egal cu 60°, dar uneori gura pâlniei se abate oarecum de la 60° în sus sau în jos, iar apoi filtrul nu se potrivește perfect pe pereții pâlniei. În acest caz, schimbând ușor unghiul de înclinare a filtrului într-o direcție sau alta, fixați strâns filtrul pe pereții pâlniei. După montarea filtrului pe pâlnie, se umezește cu un solvent pur, pentru soluții apoase - cu apă și, mângâind cu degetul curat, apăsați filtrul de pereții pâlniei, astfel încât să nu existe bule de aer sub el.

Filtrarea are loc destul de repede atunci când se formează o coloană de lichid în tubul pâlnie. Dacă nu s-a format o coloană de lichid în tub, atunci apa este turnată în pâlnie deasupra marginilor filtrului, apoi filtrul este ușor ridicat cu un deget și coborât, lichidul care curge aproape întotdeauna formează o coloană în tubul pâlniei. În același scop, tubul de sticlă al pâlniei este uneori extins cu un tub de cauciuc.

Lichidul de filtrare este turnat într-o pâlnie de-a lungul unei baghete de sticlă, sprijinind gura de sticlă de aceasta. Bățul este ținut vertical deasupra filtrului, fără a se sprijini de filtru. Dacă există un precipitat în soluție, atunci trebuie să-l lăsați să se stabilească, să filtrați cu atenție cea mai mare parte a lichidului și numai la sfârșit turnați soluția împreună cu precipitatul. Acest lucru se face pentru ca sedimentul să nu înfunde porii filtrului la începutul filtrării și să nu reziste prea mult.

Filtrele plisate (pliate) sunt adesea folosite pentru a purifica soluțiile de reactivi, filtrarea prin care are loc mult mai rapid. Un filtru plisat este, de asemenea, realizat dintr-o foaie pătrată de hârtie de filtru. În primul rând, este pliat și tăiat ca un filtru normal (Fig. 41). Apoi jumătatea este deșurubată și sfertul drept este îndoit în jumătate spre interior, partea de sus opt este îndoită și pliată în jumătate, a șaisprezecea parte rezultată este din nou pliată în jumătate. Pe această felie (1/32 din filtru), întregul filtru este pliat cu un acordeon. Filtrul finit este desfășurat și introdus în pâlnie. Dacă filtrul este mare, se poate rupe în timpul filtrării, pentru a preveni acest lucru, mai întâi puneți un mic filtru obișnuit în pâlnie și fixați-l strâns pe pâlnie. De asemenea, atunci când pliați filtrul, este necesar să vă asigurați că pliurile nu se apropie de centrul filtrului.

Nu turnați niciodată lichid până la marginea filtrului. Capătul tubului pâlnie trebuie să fie sprijinit de peretele paharului, astfel încât să nu existe stropire a filtratului. Dacă filtratul este tulbure, se filtrează din nou prin același filtru.

Soluțiile concentrate de acizi și alcaline, precum și soluțiile de permanganat, nu pot fi filtrate prin hârtie, deoarece aceste substanțe o distrug. Ele sunt de obicei filtrate prin vată de sticlă. Pentru a face acest lucru, vata este mai întâi tratată cu încălzire cu acid clorhidric și apoi spălată bine cu apă. O astfel de vată este depozitată într-un pahar cu apă distilată, iar pentru filtrare este pusă în colțul pâlniei. După terminarea filtrării, se spală cu apă și se pune în același pahar pentru depozitare. Soluțiile concentrate pot fi filtrate și prin pâlnii de filtrare din sticlă sinterizată folosind aspirație.

Filtrarea prin aspirație este utilizată pentru a filtra o masă mare de solid dintr-un lichid. Pentru a face acest lucru, utilizați balonul Bunsen și pâlnia Buchner (vezi Fig. 6 și 29). Pâlnia se introduce în orificiul unui dop de cauciuc, potrivit cu gâtul balonului Bunsen - un balon conic cu pereți groși, cu un proces de aspirare; se pune pe proces un tub de cauciuc de la o pompă cu jet de apă (Fig. 42).

Două filtre de hârtie cu diametrul corespunzător sunt așezate pe peretele despărțitor al pâlniei, umezite cu apă distilată și presate strâns pe peretele despărțitor, încercând să îndepărteze toate bulele de aer de sub filtre. După ce a deschis pompa cu jet de apă, verificați dacă filtrele sunt bine atașate. Dacă filtrele stau bine, atunci se va auzi un sunet zgomotos calm. Dacă există scurgeri de aer, atunci se aude un șuierat. În acest caz, filtrele sunt apăsate cu un deget pe peretele despărțitor din plasă până când fluierul este înlocuit cu un sunet calm și zgomotos.

Fără a închide pompa cu jet de apă, se toarnă imediat lichidul filtrat în pâlnie (până la jumătate din înălțimea pâlniei) și se adaugă periodic, prevenind expunerea filtrelor. Datorita vidului creat in balonul Bunsen, lichidul curge destul de repede prin filtre. Precipitatul este de obicei transferat pe filtre simultan cu lichidul, amestecând bine amestecul cu o tijă de sticlă. Sedimentul liber este compactat în pâlnie cu un dop de sticlă plat din sticlă. Aspirația continuă până la încetarea completă a apariției picăturilor din gura pâlniei. Este necesar să se asigure că balonul nu este umplut cu filtrat până la proces.

Pentru a opri aspirația, tubul de cauciuc care vine de la pompa cu jet de apă este deconectat de la balonul Bunsen, iar apoi pompa este oprită. Dacă pompa cu jet de apă începe să se închidă imediat, fără a se deconecta de la „flutter”, atunci apa din pompă poate intra în filtrat din cauza scăderii presiunii din interiorul pompei. Pâlnia este scoasă din balon, substanța este scuturată pe hârtie de filtru și uscată. Filtrarea prin aspirație este utilizată în recristalizarea substanțelor.

Uneori este necesar să se filtreze soluțiile fierbinți pentru a nu se răci în timpul filtrării. Pentru aceasta, se folosesc pâlnii de filtrare fierbinți.

Distilare

Distilarea (distilarea) este utilizată pentru purificarea substanțelor lichide (de exemplu, apă, acid clorhidric, alcooli, eter) din impuritățile nevolatile. Distilarea se bazează pe faptul că, atunci când un lichid este încălzit la o anumită temperatură, în funcție de compoziția lichidului și de presiunea atmosferică, începe să fiarbă - se transformă rapid într-o stare gazoasă (abur). Dacă acești vapori sunt răciți printr-o țeavă de evacuare a gazului, se vor transforma într-un lichid. Aparatul de distilare este format dintr-un balon de distilare 1 (Fig. 43), un frigider 2 și un recipient 4. Toate impuritățile nevolatile care se află în lichid în stare dizolvată rămân în balonul de distilare.

Pentru a asambla un aparat de distilare lichidă, se folosește un balon Wurtz - un balon cu fund rotund cu gât lung, din care se extinde un tub lung de ieșire îngust. Gâtul balonului Wurtz este închis cu un dop de cauciuc sau plută cu un termometru; dopul trebuie să fie bine fixat pe gâtul balonului. Termometrul este plasat astfel încât rezervorul său de mercur să fie vizavi de deschiderea tubului de evacuare și să nu atingă pereții gâtului balonului. Capătul tubului de evacuare este trecut printr-un dop montat într-un frigider Liebig timp de 3-4 cm.Această îmbinare trebuie să fie și etanșă. La celălalt capăt al frigiderului se întărește allonge 3 (vezi Fig. 43) - un tub de sticlă curbat, cu capătul său larg așezat pe un dop pus pe capătul frigiderului, care se trece prin dopul cu 2-3. cm. Capătul îngustat al allongei este coborât în ​​recipient, care poate fi orice fel de mâncare (balon, balon).

Uneori, un frigider Liebig este format din piese separate care nu sunt lipite între ele: un tub frigorific și o manta frigorifică. Pentru a asambla un astfel de frigider, tubul este trecut într-o cămașă și fixat de el prin intermediul unor segmente (inele) ale unui tub de cauciuc. Tubul de cauciuc se ridică până la mânecile cămășii și se pune pe ele, apoi se trece prin ele un tub frigorific (ieșire de gaz), bine uns cu vaselină și rotindu-se tot timpul.

Când porniți frigiderul, conectați întotdeauna capătul inferior al cămășii acestuia, care este orientat spre balonul primitor, la robinetul de apă cu un tub de cauciuc. De la capătul superior, se face o scurgere în chiuvetă. Este necesar să vă asigurați că mantaua frigiderului este întotdeauna umplută cu apă.

Balonul Wurtz este fixat în piciorul unui trepied astfel încât să poată fi încălzit. Piciorul trebuie să se înfășoare în jurul gâtului balonului deasupra tubului de evacuare. Conectați balonul la un frigider montat pe un al doilea suport. Îndepărtați cu grijă dopul cu un termometru, introduceți o pâlnie în gâtul balonului cu un tub care coboară sub orificiul tubului de evacuare și turnați în balon 2/3 din volumul acestuia lichidul de distilat. Mai multe capilare de sticlă sigilate la un capăt sunt plasate în balon pentru a asigura fierberea uniformă a lichidului. Fierberea violentă a lichidului în timpul distilării este inacceptabilă, deoarece aceasta poate duce la pătrunderea picăturilor în tubul de evacuare și contaminarea distilatului.

După închiderea balonului cu un dop cu un termometru și verificarea fiabilității ansamblului dispozitivului, se furnizează apă în frigider și apoi se pornește încălzirea. Încălzirea poate fi efectuată pe un arzător cu gaz prin grilă, în baie de apă sau prin alte mijloace. După fierberea lichidului, încălzirea este redusă, astfel încât să aibă loc o fierbere uniformă.

Lichidul nu trebuie niciodată evaporat complet, trebuie să rămână în balonul de distilare 10-15% din volumul prelevat inițial. Pentru o nouă umplere a balonului, încălzirea este oprită, balonul este lăsat să se răcească ușor, dopul cu termometrul este îndepărtat cu grijă și lichidul este adăugat prin pâlnie. Din când în când, reziduurile cu impurități trebuie îndepărtate din balonul de distilare.

Aparatele de distilare sunt, de asemenea, realizate în întregime din sticlă. Un astfel de aparat constă din baloane de distilare și recepție și un condensator cu dopuri lustruite. Există un buzunar special pentru un termometru în dopul balonului de distilare. Capătul îndoit al tubului de răcire în fața secțiunii către balonul de primire are un proces de îndepărtare a gazelor în exces.

Multe lichide au propriile lor caracteristici care trebuie luate în considerare la distilare. Prin urmare, înainte de a continua cu distilarea oricărei substanțe, trebuie să vă familiarizați bine cu caracteristicile implementării acesteia conform manualului.

În unele cazuri, se folosește un dispozitiv special pentru distilare. Este un vas cilindric cu o capacitate de 1 litru, dotat cu capac cu filet cu con interior (Fig. 44). Un trepied și o cupă sunt plasate în interiorul cilindrului. Toate detaliile sunt realizate din PTFE-4.

Acest dispozitiv este utilizat, de exemplu, pentru a obține acid fluorhidric foarte pur pentru analiza spectrală a siliciului și a compușilor acestuia.

Într-un vas cilindric se toarnă 500-600 ml de acid fluorhidric purificat, se adaugă 0,2 g de pulbere de cărbune pur spectral și se amestecă bine cu o spatulă fluoroplastică. Pe trepied este plasată o ceașcă goală - receptor. Vasul cilindric se închide cu un capac și se pune într-o baie de apă clocotită. Capacul vasului este răcit din exterior cu gheață carbonică (CO2 solid). Vaporii acizi, care se răcesc pe partea conică a capacului, se condensează și curg în jos din partea superioară a conului în cupă. Distilarea se efectuează cu o viteză de 15-20 ml/h. Prima fracție și reziduul de TVA (10% din acidul încărcat) sunt aruncate. Fracția medie este utilizată pentru analiză. Acidul purificat este depozitat într-o cutie de fluoroplastic cu un capac cu filet.

În dispozitivul descris, pe lângă acidul fluorhidric, se pot distila acizii clorhidric și azotic, precum și soluțiile de amoniac, alcoolul etilic și apa pot fi purificate.

Recristalizare

Esența recristalizării este că substanța de purificat este dizolvată în cel mai mic volum posibil de apă fierbinte, soluția este filtrată din impuritățile insolubile, iar filtratul este răcit rapid. Datorită scăderii solubilității la răcire, o parte din substanță este eliberată din soluție sub formă de cristale. Contaminanții dizolvați, care sunt prezenți în cantități mult mai mici decât substanța principală, nu cristalizează, ci rămân în lichidul mamă. Separând cristalele de lichidul mamă prin filtrare, substanța se obține într-o stare destul de pură.

Uneori nu este posibilă purificarea substanței printr-o singură recristalizare, apoi se repetă de 2-3 ori. Recristalizarea nu poate purifica o substanță de contaminanții implicați în construcția rețelei cristaline a substanței care se purifică, de exemplu. formând cu ea așa-numitele cristale mixte.

Recristalizarea acidului oxalic. Acidul oxalic recristalizat din compoziția H2C2O4-2H2O este utilizat pentru stabilirea titrului soluțiilor de permanganat de potasiu KMnO4 sau soluțiilor de alcali NaOH sau KOH.

Luați într-un pahar cu o capacitate de 300 ml pe o balanță chimică de laborator 100 g de acid oxalic comercial; apoi se masoara cu un cilindru gradat si se toarna 150 ml apa distilata fierbinte intr-un pahar. Se încălzește pe un arzător cu gaz (pe o grilă de azbest) până când proba este complet dizolvată, amestecând conținutul sticlei cu o tijă de sticlă. Doar un mic reziduu alb insolubil amorf poate rămâne în partea de jos.

Soluția fierbinte este filtrată dintr-o dată printr-un filtru plisat introdus într-o pâlnie cu un tub scurt. În tubul lung al pâlniei, poate apărea cristalizarea acidului oxalic și tubul se va înfunda cu cristale. Pentru a evita cristalizarea în timpul filtrării, este recomandabil să folosiți o pâlnie de filtrare fierbinte. Filtratul este colectat într-un pahar plasat într-un cristalizator cu apă rece. După terminarea filtrării, filtratul este bine agitat timp de 10 min cu o baghetă de sticlă.

Cristalele separate sunt filtrate pe o pâlnie Buchner cu aspirație. Două filtre sunt introduse în pâlnie, umezite și presate ferm pe fundul pâlniei, iar pompa cu jet de apă este pornită. Întreaga soluție, împreună cu cristalele, se toarnă într-o pâlnie. Rămășițele cristalelor sunt curățate cu o tijă de sticlă de pe pereții paharului în pâlnie. Aspirația se efectuează până când apariția picăturilor la vârful tubului pâlnie se oprește, iar cristalele capătă o culoare albă ca zăpada. După aspirare, deconectați mai întâi balonul de la pompă, apoi închideți robinetul pompei cu jet de apă.

Pâlnia este scoasă din balon și cristalele sunt scuturate din ea pe o foaie de hârtie de filtru pliată în jumătate. Întindeți cristalele uniform cu o baghetă de sticlă, acoperiți cu o altă foaie îndoită în jumătate și strângeți cristalele între foi. Dacă hârtia devine umedă, luați foi noi și strângeți din nou cristalele până când hârtia nu mai este umedă. Cristalele sunt „sortate” cu o tijă de sticlă, iar dacă nu se lipesc de ea sau nu rămân complet în urma ei cu o ușoară agitare, atunci uscarea este considerată completă. Cristalele se lasă în aer încă o jumătate de oră, întinzându-le într-un strat subțire pe o foaie de hârtie de filtru, apoi turnate într-un borcan sau sticlă cu un dop bun. Ieșire pe la 70.

Owen a propus un dispozitiv convenabil pentru recristalizarea substanțelor organice pentru microanaliză (Fig. 45). Într-un astfel de dispozitiv, dar numai la o dimensiune mai mare, este posibil să se recristalizeze mostre mici de substanțe pentru analize de rutină.

Dispozitivul este format din două tuburi de cristalizare identice 1 și 5 și partea centrală 3. Etanșeitatea legăturilor este creată de flanșele 6 și 8, comprimate de o clemă cu arc. Fiecare piesă este realizată dintr-un tub de sticlă cu diametrul de 10 mm cu flanșe convenționale lipite. Este convenabil să aveți mai multe tuburi de cristalizare 1 și 5. Filtrarea se efectuează prin unul sau două filtre densă de hârtie 7 cu diametrul de 2 cm. Pentru a îndepărta umezeala, tuburile sunt bine uscate în prealabil. Uscarea poate fi efectuată prin suflarea aerului cald prin ramurile 2 sau 4, plasând bucăți de vată în ele pentru a proteja împotriva prafului atmosferic.

Pentru a separa impuritățile insolubile din tubul 5, o probă dintr-o substanță solidă este dizolvată într-un solvent adecvat, umplând tubul la 1 cm sub ieșirea din procesul 4. Tubul este închis cu un dop, fixat pe un trepied și încălzit până când proba este complet dizolvată. Instrumentul este apoi asamblat așa cum se arată în fig. 45, introducând un filtru de hârtie între flanșe, întoarceți cu atenție și filtrați soluția fierbinte în tubul receptor 1. Pentru a accelera filtrarea, se poate folosi o aspirație slabă prin procesul 2 sau o presiune slabă prin procesul 4.

Tubul receptor 1 care conține filtratul pur este utilizat pentru a cristaliza substanța prin răcirea sau evaporarea solventului prin aspirație. Pentru cristalizare se desprinde partea centrală cu tubul și se înlocuiește cu un dop (flanșă 8). După separarea cristalelor, se îndepărtează dopul, se aplică un filtru de hârtie pe flanșe, partea centrală este atașată (tub în sus) de un alt tub de primire 5. Apoi dispozitivul este răsturnat și lichidul mamă este filtrat cu aspirație. Recipientul 5 este separat, filtratul este turnat în colecție și tubul este clătit cu solvent. Receptorul este atașat din nou la partea centrală și dispozitivul este răsturnat. Pentru spălare se introduce un lichid de spălare în tubul cu cristale prin procedeul 4 și se agită conținutul. Aparatul este inversat și lichidul de spălare este filtrat prin aspirație. Spălarea poate fi repetată de mai multe ori.

După spălare, partea principală a cristalelor se află pe filtru. Partea centrală a dispozitivului este separată. Cristalele, împreună cu filtrul, sunt scuturate apăsând pe o foaie curată de hârtie de filtru. Cristalele se filtrează și se usucă cu filtrul în cuptor. Substanțele higroscopice sunt uscate direct în tub, în ​​timp ce partea centrală este îndepărtată și înlocuită cu un capac de sticlă. Aspirația se realizează prin tubul 4.

Extracţie

Cuvântul extracție înseamnă extragere. Purificarea lichidelor prin extracție se bazează pe solubilitatea diferită a substanțelor individuale în diferiți solvenți. Curățarea prin extracție se efectuează prin agitarea soluției cu un lichid nemiscibil cu apă, în care contaminanții se dizolvă mai bine decât în ​​apă. Extracția se realizează într-o pâlnie de separare (Fig. 46).

Soluția de purificat se toarnă până la cel mult jumătate din pâlnia de separare. De asemenea, acolo se adaugă un solvent adecvat, nemiscibil cu apa, într-o cantitate de cel mult jumătate din soluția luată pentru curățare. După ce a închis pâlnia de separare și ținând dopul cu o mână și robinetul cu cealaltă, întoarceți pâlnia în sus și în jos de câteva ori cu o mișcare lină. Nu agitați puternic conținutul pâlniei, deoarece aceasta poate forma o emulsie stabilă, care va dura mult timp pentru a se separa. Agitarea trebuie efectuată timp de 15-20 de minute, astfel încât straturile de lichid să pară să alunece una peste alta. Din când în când, agitarea este oprită și în stare inversă (când supapa este ridicată), supapa este deschisă cu grijă pentru a egaliza presiunea gazelor.

La sfârșitul extracției, pâlnia de separare este lăsată să stea în grătar până când lichidele sunt complet separate și se stabilește o limită ascuțită între ele. După aceea, dopul este deschis și apoi, deschizând cu atenție robinetul, stratul inferior de lichid este turnat în sticlă. Pentru a reduce rata de scurgere a lichidului la sfârșitul expirării, supapa este ușor acoperită. Apoi robinetul este închis și lichidul rămas este turnat prin gâtul pâlniei într-un alt pahar. Pentru purificarea completă, extracția se repetă de mai multe ori.

Purificarea ditizonei. Pentru determinarea fotometrică a zincului, se prepară o soluție 0,02% de ditizonă purificată în cloroform. Pentru a face acest lucru, 0,2 g de ditizonă se dizolvă în 20 ml de cloroform și soluția este purificată prin extracție. Soluția se pune într-o pâlnie de separare cu o capacitate de 600 ml, se adaugă 200 ml soluție de amoniac 2% (în volum) și se agită bine. Ditizona trece astfel în stratul de amoniac. Stratul de cloroform este separat și aruncat. Se adaugă încă 5 ml de cloroform, se amestecă din nou și se toarnă stratul de cloroform. Se continuă spălarea cu porții de 5 ml de cloroform până când stratul de cloroform nu mai devine roșu.

50 ml de cloroform, 4 ml de acid clorhidric (1:1) se toarnă într-o pâlnie într-o soluție de amoniac de ditizonă și se adaugă prin picurare un exces din acesta până la o reacție acidă, apoi se amestecă bine. Ditizona trece în cloroform; soluția devine verde. Stratul de cloroform se spală de două ori cu apă. Se toarnă soluția de ditizonă într-un balon cotat de 100 ml, se diluează până la semn cu cloroform și se amestecă bine.

În practica de laborator, se folosesc cel mai des următoarele metode de purificare a substanțelor: recristalizare, sublimare și absorbție. Recristalizarea și sublimarea sunt folosite pentru purificarea solidelor, iar absorbția gazelor impurități de către diferite substanțe este folosită pentru purificarea gazelor.

Recristalizare

Purificarea prin recristalizare se bazează pe modificarea solubilității unei substanțe cu modificarea temperaturii. Solubilitatea este conținutul (concentrația) unei substanțe dizolvate într-o soluție saturată. De obicei, este exprimat fie ca procent, fie ca grame de solut la 100 g de solvent. Datele despre solubilitatea unor compuși în apă la diferite temperaturi sunt prezentate în Fig. 2.1 și în aplicație. Cantități mici de impurități, adesea nedetectabile prin metode convenționale de analiză, nu pot fi antrenate mecanic în cristale precipitate. Prin recristalizare repetată se poate obține o substanță aproape pură. Soluția de sare saturată care rămâne după filtrarea cristalelor precipitate se numește mama. Cu cât cristalele precipitate sunt mai mici, cu atât sunt mai pure, deoarece în acest caz captează mai puțin lichidul-mamă care conține impurități din alte substanțe. Reducerea acestor impurități este facilitată prin spălarea cristalelor cu un solvent după separarea lor din lichidul mamă.

Orez. 2.1. Curbe de solubilitate

Sublimarea

Sublimarea sau sublimarea este transformarea directă a unui solid în vapori fără formarea unui lichid. Atinsă temperatura de sublimare, substanța solidă trece fără să se topească în vapori, care se condensează în cristale pe suprafața obiectelor răcite. Sublimarea are loc întotdeauna la o temperatură sub punctul de topire al substanței.

Folosind capacitatea unui număr de substanțe (iod, naftalină, acid benzoic, amoniac etc.) de a sublima, este ușor să le obțineți în forma lor pură (dacă impuritatea nu se sublimă).

În inginerie și laboratoare, sublimarea se realizează nu numai la presiunea atmosferică, ci și la presiune redusă (vid).

Distilare

Distilarea sau distilarea se bazează pe transformarea unui lichid în vapori, urmată de condensarea vaporilor într-un lichid. Această metodă separă un lichid de solidele dizolvate sau de lichidele mai puțin volatile. Deci, de exemplu, cu ajutorul distilării, apa este purificată din sărurile pe care le conține. Rezultatul este apă distilată.

Pentru distilarea unor cantități mici de lichid în laborator se folosește un aparat de distilare (Fig. 2.2).

Un lichid fierbe atunci când presiunea sa de vapori devine egală cu presiunea externă (de obicei atmosferică). O substanță pură la presiune constantă fierbe la o temperatură strict definită. Amestecul fierbe la diferite temperaturi in functie de compozitie. Prin urmare, punctul de fierbere este o caracteristică a purității unei substanțe. Cu cât substanța este mai pură, cu atât este mai mică diferența dintre punctul de fierbere al substanței și temperatura de distilare la care este distilată.

Orez. 2.2. Instalatie de distilare:

1 - balon Wurtz, 2 - frigider Liebig, 3 - allonge, 4 - receptor

Distilarea, atunci când distilatul este luat la diferite intervale de temperatură și în recipiente diferite, se numește distilare fracționată sau fracționată. Lichidele din receptori, luate în anumite intervale de temperatură, se numesc fracții. Prin repetarea distilării fracționate de mai multe ori, este posibil să se separe aproape complet un amestec de lichide și să se obțină componentele amestecului în formă pură.

O separare mai completa si mai rapida a unui amestec de lichide prin distilare fractionata este favorizata de utilizarea condensatoarelor de reflux sau a coloanelor de distilare. Distilarea cu reflux, precum și alte tehnici de distilare, cum ar fi distilarea la presiune redusă, sunt abordate în manuale și ateliere de chimie organică.

Curatarea gazelor

Purificarea gazelor din impurități se realizează prin trecerea acestora prin substanțe care absorb aceste impurități. De exemplu, pentru a obține dioxid de carbon în dispozitivul Kipp, alături de CO 2, ies impurități: acid clorhidric (din acid clorhidric) și vapori de apă. Dacă dioxidul de carbon cu impurități este trecut mai întâi printr-o sticlă de spălat cu apă (pentru a absorbi acidul clorhidric) și apoi prin acid sulfuric (pentru a absorbi vaporii de apă), atunci se va dovedi a fi practic pur.

Pentru a determina gradul de puritate al unei substanțe, se folosesc metode de cercetare fizică și chimică. Primele includ: pentru substanțele lichide - determinarea densității, punctului de fierbere, indicelui de refracție; pentru solide - determinarea punctului de topire și o serie de altele, a doua metodă include analize chimice calitative și cantitative pentru conținutul de impurități.

Nu există substanțe absolut pure. Substanțele folosite în atelierele de laborator au grade diferite de puritate. Cantitatea maximă admisă de impurități dintr-o substanță este stabilită de standardul de stat (GOST).

Substanțele etichetate chimic pure sunt potrivite pentru lucrări de laborator în chimie generală și analize calitative. și h.d.a.

Sublimarea sau sublimarea este un proces în care o substanță cristalină, încălzită sub punctul său de topire, trece în stare de vapori (ocolind starea lichidă), apoi se așează pe o suprafață rece sub formă de cristale.

La presiunea atmosferică, la temperaturi sub Tm, se pot sublima doar compuși organici cu o presiune de vapori relativ mare. Sunt puține dintre ele, marea majoritate a compușilor se sublimează doar sub presiune redusă.

Sublimarea este o metodă excelentă de purificare a substanțelor în cazurile în care contaminanții au o volatilitate diferită de compusul în sine (compușii cu volatilitate similară se vor sublima împreună) și înlocuiește cristalizarea lungă și laborioasă. Sublimarea este ușor de realizat chiar și cu cantități foarte mici de substanță cu pierderi minime. Această metodă este potrivită în special pentru purificarea chinonelor, hidrocarburilor polinucleare, a substanțelor care formează solvați sau hidrați.

Cel mai simplu dispozitiv de sublimare la presiunea atmosferică este o sticlă joasă fără gura de scurgere cu un strat subțire de substanță destinată sublimării în partea de jos. Paharul este închis cu un balon cu fund rotund prin care curge apa. La temperaturi ridicate de sublimare, este posibil ca apa din balon să nu curgă.

Sublimarea poate fi efectuată și într-o cană de porțelan, închisă cu un capăt lat al unei pâlnii, al cărei diametru este puțin mai mic decât diametrul cupei (Fig. 3a).

Capătul îngust al pâlniei este acoperit lejer cu vată. Pentru a preveni ca sublimatul să intre înapoi în ceașcă, acesta este acoperit cu o foaie de hârtie de filtru cu găuri în ea. Substanța supusă sublimării trebuie împărțită fin.

Deja o ușoară supraîncălzire poate contribui la descompunerea termică rapidă a substanței sublimate.

Acest pericol poate fi evitat prin efectuarea sublimării în vid. Pentru a crea un vid, se folosesc pompe de ulei cu jet de apă. Dispozitivul pentru sublimare în vid este prezentat în Fig. 3b. Substanța de sublimat este plasată pe fundul unei eprubete în care este introdus un răcitor pentru degete. Distanța dintre partea inferioară a sublimatorului și capătul răcitorului trebuie să fie mică, dar suficientă, astfel încât substanța sublimată să nu fie contaminată de stropirea solidului.

Orez. 3. Un dispozitiv pentru sublimare (a), un dispozitiv pentru sublimare în vid (b): 1 - un pahar cu o secțiune subțire; 2 - un capac cu un răcitor pentru degete, 3 - un tub pentru intrarea apei; 4 - teava pentru evacuarea apei; 5 - conducta pentru racordarea la o pompa de vid; 6 - substanță sublimabilă

De obicei este de aproximativ 1 cm.După evacuare, sublimatorul se scufundă într-o baie de ulei și se încălzește treptat până se formează o peliculă de substanță sublimată pe suprafața frigiderului. La terminarea sublimării, mai întâi se oprește vidul și se scoate frigiderul. Substanța sublimă este răzuită pe geamul ceasului.



Substanțele folosite pentru lucrul în laborator trebuie să fie suficient de pure, deoarece adevăratele proprietăți ale substanțelor individuale apar doar atunci când sunt purificate din impuritățile care le însoțesc în materialele naturale, precum și din impuritățile care intră în ele în timpul procesului de producție.

Fiecare substanță pură are anumite proprietăți fizice: culoare, punct de topire, punct de fierbere, densitate etc., astfel încât puritatea unei substanțe poate fi determinată prin studierea acestor proprietăți. Proprietățile cele mai potrivite pentru evaluarea purității unei substanțe sunt cele care pot fi cuantificate. Datele obținute sunt comparate cu datele din tabelele pentru substanța de testat. În practică, punctul de topire, punctul de fierbere și densitatea sunt cel mai adesea determinate. Impuritățile în cea mai mare parte scad punctul de topire, iar acesta din urmă nu rămâne de la începutul topirii până la topirea completă a substanței, ca în cazul unei substanțe pure. Punctul de fierbere al unui lichid în prezența impurităților crește și nu rămâne constant în timpul fierberii.

Conceptul de puritate a unei substanțe este de o importanță fundamentală în chimia anorganică modernă. Substanțele absolut pure nu există în natură. Prin urmare, nu există substanțe absolut insolubile și, prin urmare, orice substanță este contaminată cu impurități. Impuritățile afectează radical proprietățile unei substanțe.

Problema obținerii de substanțe pure are trei aspecte principale. 1. Proprietățile unei substanțe nu pot fi determinate decât prin obținerea acesteia în gradul de puritate necesar. Compararea acelorași proprietăți ale diferitelor substanțe este permisă numai dacă acestea sunt de aceeași puritate. 2. Selectarea metodelor adecvate pentru purificarea substanței la puritatea necesară. 3. Asigurarea unor metode de control a purității suficient de sensibile și selective. (vezi Ya.A. Ugay Anorganic Chemistry, 1989, pp. 46-47).

Odată cu dezvoltarea științei și tehnologiei, se pune problema obținerii de substanțe din ce în ce mai pure. Progresele în chimie din ultimele decenii au fost excepțional de mari și nu mai puțin semnificativ este progresul tehnic în domeniul substanțelor pure. În ultimii 40-50 de ani, însuși conceptul de substanță pură s-a schimbat (în special de „pură chimic”), iar cerințele pentru reactivii de laborator au crescut. Producerea de substanțe pure este reducerea conținutului de impurități de la 0,1-1% la sutimi de procent. Purificarea ulterioară este o sarcină mult mai complexă și consumatoare de timp. Când lucrați cu reactivi, trebuie să vă amintiți întotdeauna că o scădere a conținutului de impurități, chiar și cu un ordin de mărime, duce la o creștere bruscă a prețului reactivului. Prin urmare, preparatele de înaltă puritate nu trebuie utilizate pentru lucrări cu responsabilitate scăzută.

Conform situației actuale, reactivii sunt clasificați în „puri” (puri), „puri pentru analiză” (grad analitic), „puri din punct de vedere chimic” (puri din punct de vedere chimic) și „extra puri” (în special puri), acesta din urmă, în rândul său, este împărțit în mai multe mărci. Reactivii de calificare „pură” pot fi utilizați cu succes într-o varietate de lucrări de laborator, atât educaționale, cât și industriale. Reactivii „puri pentru analiză”, după cum sugerează și numele, sunt proiectați pentru lucrări analitice efectuate cu mare precizie. Conținutul de impurități din preparatele de calitate analitică. atât de mic încât de obicei nu introduce erori vizibile în rezultatele analizei. Acești reactivi pot fi utilizați în activități de cercetare. În cele din urmă, reactivii de calificare „chimic pur” sunt destinați cercetării științifice responsabile; ei sunt utilizați și în laboratoarele analitice ca substanțe pentru care se stabilesc titruri de soluții de lucru. Aceste trei calificări acoperă toți reactivii de uz general. Preparatele cu o puritate mai mare („puritate specială”) sunt destinate numai unor scopuri speciale, atunci când chiar și milioane de procente dintr-o impuritate sunt complet inacceptabile. Astfel de substanțe foarte pure pot fi obținute numai cu ajutorul unor metode speciale de purificare fizico-chimică bazate pe diferite distribuții de impurități în faze coexistente. Metodele de sublimare, extracție, cromatografie, cristalizare direcțională, topire pe zone fac posibilă obținerea unor substanțe care sunt calificate drept „extra pure”. Este absolut inacceptabil și inutil să folosiți substanțe scumpe de înaltă puritate pentru activități analitice și științifice obișnuite.