WYMAGANIA - DESTYLACJA

Transkrypt

1 WYMAGANIA - DESTYLACJA 1. Destylacja prosta i frakcyjna 2. Destylacja próżniowa 3. Destylacja azeotropowa 4. Destylacja z parą wodną I. Wymagania teoretyczne 1. Krzywa zależności temperatury od ilości destylatu w zależności od składu mieszaniny. 2. Zasada działania kolumny rektyfikacyjnej. 3. Zasada i zalety działania destylacji frakcyjnej, pod zmniejszonym ciśnieniem, z parą, wodną, i azeotropowej. 4. Wpływ ciśnienia na temperaturę wrzenia. 5. Jakie substancje mogą być rozdzielane przez destylację frakcyjną, azeotropową, próżniową, z parą wodną. 6. Rodzaje destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem. II. Aparatura 1. Zestawy do destylacji. 2. Rodzaje chłodnic, pomp próżniowych, kolumn i ich zastosowanie. III. Pomiar temperatury wrzenia. IV. BHP 1. Zapobieganie przegrzewaniu się cieczy. 2. Zasady postępowania z palnymi rozpuszczalnikami. 3. Praca z aparaturą pod zmniejszonym ciśnieniem.

2 DESTYLACJA PROSTA Do kolby okrągłodennej poj. 250 ml wlać 120 ml mieszaniny i zmontować zestaw do destylacji prostej. Po wrzuceniu porcelanki kolbę ogrzewać i zbierać destylat z szybkością 2-3. krople na sekundę do cylindra miarowego. Zanotować początkową temperaturę oraz temperatury po odebraniu każdych 5 ml destylatu. W opisie ćwiczenia umieścić tabelę z odczytami temperatury oraz wykres zależności temperatury od objętości destylatu. Mieszaniny do destylacji: 1) octan etylu (77ºC) dioksan (102ºC) 2) chlorek metylenu (40ºC) octan etylu (77ºC) 3) aceton (56ºC) toluen (111ºC) 4) heksan (69ºC) dioksan (102ºC) 5) etanol (78ºC) chlorek metylenu (40ºC) Sporządzić wykres temp. wrzenia w funkcji ilości otrzymanego destylatu i porównać wyniki dla destylacji prostej i frakcyjnej. D e s t y 1 a c j a. Podczas destylacji cieczy może nastąpić jej przegrzanie, to znaczy ogrzanie powyżej temperatury wrzenia. Wówczas, w wyniku wibracji lub obniżenia ciśnienia, zaczyna się spontaniczne wrzenie, zwane potocznie rzucaniem". Dlatego też, podczas destylacji ciecz należy intensywnie mieszać, np. mieszadłem magnetycznym, bądź też dodać kawałeczki kamyczka wrzennego", np. wyprażonego kaolinu. Kaolin należy dodawać do zimnej jeszcze cieczy. Po jednorazowym użyciu kamyczek wrzenny" traci swoje właściwości. Zatężanie cieczy przeprowadza się często w próżniowych odparowywaczach rotacyjnych (rotatorach). Ponieważ operację taką prowadzi się pod zmniejszonym ciśnieniem, urządzenie należy instalować pod wyciągiem lub zaopatrzyć w ochronny ekran.

3 DESTYLACJA FRAKCYJNA Do kolby okrągłodennej o poj. 250 ml wlać 120 ml mieszaniny i zmontować zestaw do destylacji frakcyjnej. Po wrzuceniu kamyczków wrzennych kolbę ogrzewać i zbierać destylat do cylindra miarowego. Zanotować początkową temperaturę oraz temperaturę po zebraniu każdych 5 ml destylatu. W opisie ćwiczenia umieścić tabelkę z odczytami temperatury oraz wykres zależności temperatury od objętości destylatu (zaznaczyć przedgon, frakcje główne, frakcje pośrednie, pogon, oraz temperatury wrzenia składników mieszaniny).

4 Ekstrakcja - wymagania 1. Teoria ekstrakcji - prawo podziału Nernsta - efekt wysolenia 2. Rodzaje ekstrakcji - zwykła jednokrotna - zwykła wielokrotna 3. Ekstrakcja cieczy - prosta - ciągła - rozpuszczalnikami chemicznie czynnymi 4. Ekstrakcja osadów - prosta - ciągła ciał stałych 5. Czynności i technika ekstrakcji - wybór rozpuszczalnika - stosowane środki suszące - metody zatężania 6. BHP (sposoby postępowania ze związkami palnymi i trującymi)

5 Ekstrakcja jodu z roztworu jodu w jodku potasu chlorkiem metylenu Do rozdzielacza o pojemności 100 ml wlać 20 ml roztworu jodu w jodku potasu i ekstrahować 15 ml chlorku metylenu. Po dokładnym wytrząśnięciu pozostawić zawartość do rozdzielenia się warstw. Warstwę organiczną przenieść do erlenmajerki. Ekstrakcję powtórzyć trzykrotnie, obserwując zachodzące zmiany. Porównaj, czy ekstrakcja jednokrotna (45 ml chlorku metylenu), czy trzykrotna ta samą ilością rozpuszczalnika (3 x 15 ml) jest bardziej wydajna. E k s t r a k c j a. Proces ekstrakcji stosowany jest do wydzielania, np. z roztworu wodnego, substancji lepiej rozpuszczającej się w cieczy, niemieszającej się z wodą. Ekstrakcję prowadzi się najczęściej w rozdzielaczach. Podczas mieszania się dwóch ciekłych faz, w rozdzielaczu bardzo często wytwarza się nadciśnienie, w związku z czym, proces należy prowadzić nadzwyczaj ostrożnie, usuwając nadciśnienie z wnętrza naczynia. W tym celu wylot rozdzielacza należy skierować ku górze, najlepiej pod wyciągiem, a następnie ostrożnie wyrównywać ciśnienie, otwierając powoli kurek. Pod żadnym pozorem wylotu rozdzielacza nie można kierować w kierunku laboratorium lub ku sąsiadom. Szczególnie niebezpieczne są ekstrakcje fazy wodnej, zawierającej węglany, rozpuszczalnikami takimi, jak np. chloroform, zawierającymi niewielkie ilości chlorowodoru. Tworzy się wówczas dwutlenek węgla, a powstałe nadciśnienie może wyrzucić na zewnątrz zawartość rozdzielacza. Tego typu ekstrakcje bezpieczniej jest prowadzić w otwartym naczyniu, w którym miesza się obydwie ciecze do chwili, aż przestanie wydzielać się

6 gaz. Następnie zawartość naczynia przelewa się do rozdzielacza w celu oddzielenia faz. Podczas ekstrakcji należy zakładać okulary i jednorazowe rękawice ochronne.

7 Ekstrakcja substancji stałych w aparacie Soxhleta Aparat Soxhleta służący do ekstrakcji ciągłej substancji stałych gorącym rozpuszczalnikiem pokazano na rys 1. Substancję przeznaczoną do ekstrakcji umieszcza się w gilzie A wykonanej z twardej bibuły filtracyjnej. Gilzę wsuwa się do wewnętrznej rury aparatu B, pod którym montuje się kolbę C wypełnioną rozpuszczalnikiem do ekstrakcji. U góry aparatu montuje się chłodnię zwrotną D. Kolbę z rozpuszczalnikiem ogrzewa się do osiągnięcia stanu łagodnego wrzenia zawartości. Pary rozpuszczalnika przepływają do chłodnicy, tam skraplają się i zostają zawrócone do gilzy. Po zebraniu takiej porcji rozpuszczalnika w gilzie, że jego górny poziom osiąga wysokość bocznej rurki F, ekstrakt zostaje przelany syfonem do kolby. Proces ten powtarza się automatycznie aż do zakończenia ekstrakcji. Rys. 1. Rys. 2. Po zakończeniu ekstrakcji rozpuszczalnik odparować na wyparce próżniowej (rys. 2.) w całości. Wnioski z ćwiczenia umieścić w sprawozdaniu.

8 WYMAGANIA KRYSTALIZACJA I SUBLIMACJA 1) Teoria i metody wykonywania krystalizacji i sublimacji - krystalizacja ze stopu - substancje nieorganiczne i organiczne ulegające sublimacji. 2) Technika wykonywania krystalizacji - dobór rozpuszczalnika - mieszaniny chłodzące - sposoby przyspieszania krystalizacji - sączenie osadów - metody suszenia osadów - pomiar temperatury topnienia - wpływ temperatury i czasu na przebieg krystalizacji. BHP (sposoby postępowania z palnymi i trującymi rozpuszczalnikami

9 Krystalizacja acetanilidu z wody Odważa się 2 g acetanilidu i umieszcza w zlewce o pojemności 150 ml, dodaje się 40 ml wody i ogrzewa do wrzenia. Acetanilid staje się ciekły i tworzy olej w wodzie. Następnie dolewa się porcjami gorącą wodę stale mieszając i ogrzewając roztwór do łagodnego wrzenia, aż acetanilid rozpuści się. Jeżeli roztwór nie jest bezbarwny, to należy nieznacznie go ochłodzić, dodać ok. 0.2 g węgla aktywnego i ogrzewać do wrzenia przez kilka minut, aby usunąć barwne zanieczyszczenia. Prawie gorący roztwór sączy się następnie przez karbowany sączek z bibuły filtracyjnej, umieszczony na lejku w płaszczu grzejnym. Przesącz zbiera się do zlewki o pojemności 150 ml, po przesączeniu całego roztworu nakrywa się szkiełkiem zegarkowym i jeszcze gorący roztwór bardzo szybko się chłodzi, energicznie mieszając. Następnie odstawia się roztwór na 30 minut aby mógł całkowicie wydzielić się osad. Kryształy odsącza się na lejku Büchnera przy użyciu pompy wodnej, przemywa dwukrotnie po 5 ml wody (aby usunąć przylegający do kryształów macierzysty ług) i wyciska je na lejku za pomocą dużego korka szklanego. Potem zdejmuje się lejek z kolby ssawkowej, przewraca na bibułę filtracyjną o podwójnej grubości i pozostawia kryształy do wysuszenia na powietrzu. Przy suszeniu kryształów na powietrzu wskazane jest przykrycie związku krążkiem bibuły filtracyjnej, podziurkowanej tak, aby umożliwić ulatnianie rozpuszczalnika. Po wysuszeniu przekrystalizowany produkt wazy się, aby określić wydajność krystalizacji i oznacza temperaturę topnienia. Jeżeli produkt nie jest dostatecznie czysty (temperatura topnienia jest niska lub produkt topi się w zakresie kilku stopni), to krystalizację należy powtórzyć. Czysty acetanilid ma temp. topnienia 114 C. Rys. 1. Aparatura do rozpuszczania substancji stałych Rys. 2. Sączenie: a) na gorąco; b) pod zmniejszonym ciśnieniem; c) lejek z gwoździem szklanym

10 Krystalizacja p-bromonitrobenzenu z etanolu 2,5 g p-bromonitrobenzenu umieścić w kolbie okrągłodennej o poj. 150 ml pod chłodnicą zwrotną po czym dodać niewielką ilość alkoholu etylowego i ogrzewać do wrzenia. W przypadku gdyby roztwór nie uległ rozpuszczeniu dodać następne porcje, aż do momentu całkowitego rozpuszczenia. Gorący roztwór sączyć przez karbowany sączek. Przesącz ochłodzić i odsączyć wytrącony osad na lejku Büchnera, a uzyskany produkt suszyć na powietrzu. W opisie ćwiczenia należy podać wydajność krystalizacji oraz temperaturę topnienia osuszonego produktu. Rys. 1. Sączenie: a) na gorąco; b) pod zmniejszonym ciśnieniem; c) lejek z gwoździem szklanym Rys. 2. Aparat do mierzenia temperatury topnienia typu Boetius: 1 - blok ogrzewczy, 2 - termometr w osłonie, 3 - lampa oświetlająca próbkę od dołu, 4 - lampa oświetlająca termometr i układ optyczny, 5 - regulacja ostrości, 6,7 - układ optyczny, 8 - regulacja jasności, 9 - przewód opornicy regulującej ogrzewanie bloku, 10 - szklane pokrywy bloku i próbki, 11- transformator oświetlenia, 12 - próbka substancji

11 Sublimacja Parownicę porcelanową zawierającą 2,5 g naftalenu przykryć krążkiem bibuły z małymi otworami i odwróconym lejkiem szklanym. Nóżkę lejka zatkać korkiem z waty. Parownicę postawić w płaszczu grzejnym. Po łagodnym ogrzaniu parownicy pary czystej substancji przechodzą przez otwory w bibule i kondensują na wewnętrznych ściankach lejka. Zebrać i zważyć sublimat. Obliczyć wydajność sublimacji.

12 ) Chromatografia - wymagania 1. Chromatografia cienkowarstwowa. a) absorbenty stosowane w chromatografii cienkowarstwowej b) wykonanie chromatogramu cienkowarstwowego - wybór rozpuszczalna do rozwijania płytek - rozwijanie i wywoływanie - wartość R f c) zastosowanie chromatografii cienkowarstwowej 2. Chromatografia bibułowa i jej zastosowanie. 3. Chromatografia kolumnowa. a) absorbenty stosowane w chromatografii kolumnowej b) rodzaje kolumn chromatograficznych c) wybór rozpuszczalników do chromatografii adsorbcyjnej d) wypełnienie i nanoszenie substancji na kolumnę e) rozwijanie chromatogramu f) zastosowanie chromatografii kolumnowej 4. Chromatografia gazowa. 5. BHP ( praca z toksycznymi substancjami organicznymi).

13 CHROMATOGRAFIA KOLUMNOWA Na dnie kolumny chromatograficznej umieszczamy niewielką ilość waty, następnie napełniamy silikażelem do 3/4 wysokości. Na tak przygotowaną kolumnę wprowadzamy od cm 3 mieszaniny barwników. Chromatografię prowadzimy dodając kolejno następujące eluenty: octan etylu, mieszanina etanolu i acetonu w stosunku 1:4. Rozdzielone roztwory barwników zbieramy do osobnych kolbek. W opisie ćwiczeń podać barwę mieszaniny substancji, przebieg chromatografii oraz barwy substancji wchodzących w skład mieszaniny. Zestaw aparatury do chromatografii kolumnowej Kolumna chromatograficzna ze szlifami

14 CHROMATOGRAFIA CIENKOWARSTWOWA I. Rozdzielanie aminokwasów. 1) Przygotowanie komory chromatograficznej. Do komory chromatograficznej wyłożonej bibułą nalewa się mieszaninę rozpuszczalników: propan-1-ol amoniak (70:30) (układ rozwijający), aby grubość warstwy wyniosła 0,5 cm. Komorę zamknąć i odstawić na kilkanaście minut celem nasycenia komory parami rozpuszczalników. 2) Przygotowanie chromatogramu. Na płytce chromatograficznej zaznaczyć delikatnie ołówkiem linię startu w odległości 1 cm od brzegu wzdłuż krótszego boku płytki. 3) Nanoszenie substancji. Za pomocą cienkiej kapilary na linii startu w równych odległościach nanieść kolejne roztwory wzorcowe aminokwasów i ich mieszaninę. Plamki można suszyć ostrożnie strumieniem powietrza. 4) Rozwijanie chromatogramu. Płytkę włożyć do uprzednio przygotowanej komory chromatograficznej tak, aby dolna krawędź była w momencie zanurzenia możliwie równoległa do powierzchni cieczy w komorze. Należy zwrócić uwagę aby krawędzie boczne nie dotykały ścian komory, gdyż powoduje to nierównomierne wznoszenie się rozpuszczalnika na wysokość około 0,5 cm od góry. Płytkę należy następnie wyjąć, zaznaczyć linię czoła rozpuszczalników i wysuszyć dokładnie suszarką. 5) Wywołanie chromatogramu. Wysuszoną płytkę spryskać w pozycji pionowej roztworem ninhydryny. Następnie wstawić płytkę do suszarki o temp. 105 C na około 10 minut. Zaznaczyć plamki odpowiednich aminokwasów. 6) Opis ćwiczenia - rysunek wykonanego chromatogramu - wartość R f otrzymanych plamek ZESTAW AMINOKWASÓW: I DL-alanina II L-leucyna III L-lizyna IV mieszanina aminokwasów

15 II. Rozdzielanie izomerów nitroaniliny Wykonać analogicznie jak przy rozdziale aminokwasów. Jako układ rozwijający: benzen/octan etylu (4:1) Roztwory do nanoszenia: I o-nitroanilina II m-nitroanilina III p-nitroanilina IV mieszanina wszystkich izomerów Opis ćwiczenia zgodnie z punktem I.6. Rys. Wygląd chromatogramu i definicje niektórych wielkości stosowanych w chromatografii cienkowarstwowej

16 BADANIE SKŁADU BARWNIKÓW ROŚLIN ZIELONYCH W skład barwnika roślin zielonych wchodzą chlorofile: a i b, oraz karotenoidy: karoten i ksantofil H 3 C CH 3 CH 3 CH 3 H 3 C R R CH 3 CH 3 CH 3 H 3 C CH 3 R = H -karoten R = OH ksantofil Wykonanie Zielone liście uciera się w moździerzu z odrobiną piasku (w celu łatwiejszego zniszczenia tkanek komórkowych) i kilkoma kroplami acetonu, a następnie za pomocą kapilary nanosi na płytkę i rozwija w układzie aceton-toluen 1:2. Próbkę należy nanosić kilkakrotnie w tym samym miejscu, zachowując jednocześnie małą średnicę plamki. Po rozwinięciu należy szybko analizować, gdyż barwniki łatwo blakną. Plamki obu chlorofili są blisko siebie, wyraźnie natomiast oddziela się od nich karoten i ksantofil. Odczynniki wrażliwe na zanieczyszczenia powietrza w 1aboratorium. Produkty stanowiące bardzo dobre adsorbenty takie jak na przykład silikażel czy też płytki do chromatografii cienkowarstwowej (TLC) powinny być chronione przed atmosferą panującą w laboratorium. Tego typu materiały należy przechowywać w specjalnych pojemnikach bowiem na przykład płytki do TLC znajdujące się w kontakcie z

17 laboratoryjnym powietrzem stopniowo tracą aktywność, co oczywiście wpływa na ich zdolności separacyjne.