Перекристаллизация

Перекристаллизация – один из наиболее широко употребляемых методов разделения смеси твердых веществ и их очистки. Он основан на выделении избытка растворенного вещества при охлаждении насыщенного при повышенной температуре раствора (рисунок 1). Если приготовить насыщенный раствор вещества при температуре t₂, а затем охладить его до температуры t₁, то из насыщенного он становится пересыщенным, что заставляет выкристаллизоваться Dm = (m₂ – m₁) граммов вещества. По отношению же к примесям (загрязнениям) раствор при любой температуре остается ненасыщенным, и они остаются в растворе.

Из анализа рисунка 1 можно сделать вывод о требованиях, предъявляемых к растворителю при перекристаллизации:

1) чем сильнее зависимость растворимости вещества в данном растворителе от температуры, тем большее его количество удается перекристаллизовать, т.е. растворитель должен как можно меньше растворять вещество при низкой температуре t₁ и как можно больше при высокой температуре t₂;

2) чем меньше растворимость вещества при низкой температуре (t₁), тем меньше потери основного вещества (m_п – масса вещества, остающегося в растворе;

3) растворитель не должен реагировать с перекристаллизовываемым веществом;

4) для перекристаллизации необходимо брать минимальное количество растворителя; при необходимости раствор можно концентрировать (упарить часть растворителя).

Если не удается подобрать индивидуальный растворитель, удовлетворяющий перечисленным выше условиям, можно взять их бинарные смеси, например, растворителя и не растворителя (осадителя). Растворители (или их смеси), рекомендуемые для перекристаллизации конкретных веществ и даже отдельных групп (классов), обычно приводятся в справочниках (словарях) /2/ или в методической части оригинальных работ.

Dt – разница в температурах исходного и горячего растворов;

Dm – масса вещества, выделяющегося при охлаждении раствора

Рисунок 1 – Зависимость растворимости твердого вещества от температуры

Процесс перекристаллизации включает в себя:

- приготовление нагретого насыщенного раствора вещества в подходящем растворителе при максимально возможной температуре;

- фильтрование горячего раствора (отделение нерастворимых примесей);

- охлаждение раствора (выпадение кристаллов основного вещества);

- фильтрование холодного раствора (отделение кристаллов от раствора);

- сушка кристаллов;

Общая методика процесса. Взвешенное количество неочищенного вещества помещают в круглодонную колбу и добавляют растворитель в количестве, недостаточном для полного растворения вещества. Бросив в воду «кипелки» (кусочки пористого неглазурированного фарфора), нагревают до кипения с обратным холодильником. Через холодильник малыми порциями добавляют столько растворителя, чтобы вещество полностью растворилось в кипящем растворителе, при этом могут оставаться нерастворимые примеси.

Горячий раствор фильтруют (при этом нерастворимые примеси удаляются), фильтрату дают охладиться для кристаллизации. Если кристаллизация самопроизвольно не наступила, ее вызывают трением стеклянной палочки о стенки сосуда или внесением «затравки» (кристаллика этого же или изоморфного соединения).

Кристаллы от раствора отфильтровывают, промывают их небольшим количеством холодного растворителя и сушат на воздухе или в вакуум-эксикаторе.