METODE DE PURIFICARE A SUBSTANŢELOR CHIMICE

In general substantele de analizat nu sunt pure ci reprezinta amestecuri cu grade de complexitate diferite. Aceasta observatie este valabila atat pentru substantele din natura cat si pentru cele care se obtin in urma unor reactii chimice in laborator.

Substanţele organice pe care le obţinem prin sinteză sau cele extrase din produşi naturali sunt amestecuri complexe din care izolăm, de obicei, componentul care ne interesează.

Pentru a avea un compus unitar, este necesar să-l separăm de impurităţile ce-l însoţesc sau de alte substanţe care ne interesează în mod egal.Se pune problema separării amestecului de substanţe în substanţe chimice individuale pure

Metodele de purificare depind de starea de agregare a componentelor ce se separă din amestecul respectiv. Purificarea substanţelor solide se face, de obicei, folosind diferenţa de solubilitate a substanţei respective într-un dizolvant dat, la cald şi la rece şi anume substanţa se dizolvă în cantitate mai mare la cald, iar prin răcire precipită cantitativ.

CristalizareaPurificarea prin cristalizare se bazează pe proprietatea cristalelor de a nu include substanţe străine, in momentul formării lor.

Astfel gheaţa care se formează la solidificarea parţială prin răcire a apei sărate (de ex. a apei de mare) sau a unei soluţii diluate de alcool (cum este vinul) este apă solidă curată.

La dizolvarea unei subsanţe impure intr-un solvent, sau la topirea unei asemenea substanţe, impurităţile fie nu se dizolvă sau nu se topesc (aşa că pot fi indepărtate prin filtrare sau decantare), fie răman in soluţia (lichidul mumă) sau in topitura reziduală, după depunerea cristalelor substanţei purificate. Separarea cristalelor substanţei, de lichidele reziduale, se face prin filtrare sau decantare.

Scopul cristalizării:- purificarea unei substanţe prin dizolvări şi cristalizări repetate;- recuperarea unui component dintr-o soluţie;- obţinerea unui produs intr-o formă comercializabilă (indeplinind condiţiile impuse

asupraformei, aspectului şi mărimii cristalelor).

Condiţia necesară cristalizării: soluţia să fie suprasaturată. Gradul de suprasaturare reprezintă raportul dintre concentraţia reală a solutului şi concentraţia sa de saturaţie. Solubilitatea depinde de temperatură.

SublimareaPrin sublimare se înţelege transformarea unei substanţe din stare solidă în stare de vapori.Sublimarea poate avea loc atât la temperatura camerei – mai lent, cât şi la temperatură ridicată, prin încălzirea substanţei – mai rapid.

Unele substanţe solide pot fi purificate datorită proprietăţilor de a se transforma direct din stare de vapori în stare solidă. Această proprietate poartă numele de sublimare. Substanţele rezultate prin sublimare sunt foarte pure. La cele mai multe substanţe, punctul de sublimare se găseşte deasupra punctului de topire şi substanţa se topeşte înainte de a sublima. Pentru unele substanţe, punctul de sublimare este mai scăzut decât cel de topire. (naftalină, iod).

În laborator, sublimarea se poate executa aşezând substanţa pe o sticlă de ceas care se acoperă cu o hârtie de filtru, iar deasupra se aşează o pâlnie de sticlă. Se incălzeşte foarte uşor pe sită. Substanţa solidă se transformă în vapori care condensează pe pereţii reci pâlniei sub formă de cristale. Impurităţile, având alt punct de sublimare, vor rămâne pe sticla de ceas. În felul acesta se poate sublima naftalina, acidul benzoic etc.

Puritatea substanţei purificate prin sublimare se verifică prin determinarea punctului de topire, care este o constantă caracteristică.

Extracţia cu solvenţi Extracţia este o operaţie cu multiple aplicaţii la purificarea substanţelor solide sau

lichide. Operaţia constă în dizolvarea, cu ajutorul solvenţilor, a uneia sau a mai multor substanţe dintr-un amestec. Extracţia se bazează pe diferenţa de solubilitate a componentelor amestecului într-un anumit solvent. Pentru efectuarea extracţiei, se alege de obicei un solvent care să dizolve una din componentele amestecului, iar soluţia se separă de componenta insolubilă cu ajutorul unei pâlnii de separare, prin filtrare, sau cu ajutorul unui aparat de extracţie.

Solvenţii cei mai utilizaţi pentru extracţie sunt: eterul etilic, eterul de petrol benzenul, cloroformul, tetraclorura de carbon, etc.. Operaţia are largi aplicaţii în practică, de exemplu la obţinerea unor substanţe naturale din regnul animal sau vegetal.

Substanţele organice pot fi conţinute în ţesuturile vegetale sau animale de unde urtmează a fi extrase cu ajutorul solvenţilor potriviţi. Substanţele pot exista în amestec sau pot fi chiar amestecuri de substanţe organice cu substanţe anorganice, în care caz, de asemenea este necesară o separare bazată pe diferenţa de solubilitate.

Aparatele folosite permit un contact îndelungat între substanţă şi dizolvant. De cele mai multe ori se folosesc aparatele de tip Soxhlet, unde substanţa este acoperită treptat de solventul care curge prin refrigerentul ascendent; extractul se scurge printr-un sifon în balonul în care iniţial a fost introdus solventul.

Modul de lucru.

Se aşează balonaşul aparatului pe o baie de apă, se fixează extractorul şi apoi refrigerentul care se prinde de un stativ cu ajutorul unei cleme. Se ridică apoi refrigerentul, iar în extractor se introduce un cartuş de hârtie de filtru în care, în prealabil, a fost introdusă substanţa care urmează a fi supusă extracţiei. Înălţimea cartuşului nu trebuie să depăşească nivelul sifonului extractorului. Cartuşul cu substanţă se astupă uşor cu dop de vată.

După introducerea cartuşului cu substanţă în extractor, se toarnă solventul în cantitate suficientă pentru o îmbibare perfectă a acestuia. Se adaugă apoi o cantitate de solvent pânâ când nivelul lui ajunge la sifon. Se mai adaugă apoi puţin solvent şi apoi se lasă să se scurgă complet, prin sifonare, în balonaş.După aceasta, în extractor se toarnă încă o porţiune de solvent, astfel ca nivelul acestuia să nu ajungă până la sifon. Se fixează refrigerentul şi se aprinde becul de gaz de sub baia de apă. Apa fierbinte încălzeşte solventul din balon. Acesta începe să se evapore, iar prin tubul lateral, vaporii pătrund în extractor şi de aici în refrigerent, unde se condensează şi curg prin picurare peste cartuş. Când nivelul solventului din extractor ajunge până la sifon, extractul curge prin sifonare, în balon. Din extractor solventul pătrunde prin porii cartuşului până la substanţa din interior, dizolvă componenta amestecului care ne interesează şi apoi extractul se scurge în balon. Această operaţie se repetă de mai multe ori.

După terminarea extracţiei, se stinge becul şi se procedează la demontarea aparatului: se scoate refrigerentul, apoi se scoate cu precauţie extractorul din balon (restul de solvent se toarnă ăn balon), se scoate cartuşul, se spală şi se usucă. Extractul din balonul aparatului se toarnă într-un balon Würtz; se spală balonul de două ori cu o cantitate mică din acelaşi solvent , care, de asemenea, se tooarnă în balonul Würtz. Solventul se separă de extract prin distilare. Substanţa extrasă rămâne în balonul Würtz, de unde este trecută în alt vas.

Distilarea Este operaţia de purificare a substanţelor organice lichide, care se bazează pe

diferenţa dintre punctele de fierbere ale componentelor unui amestec. Când avem un amestec de două sau mai multe substanţe lichide cu presiuni de vapori

diferite, care au puncte de puncte de fierbere diferite, le putem separa prin distilare fracţionată sau succesivă.

În cazul unui amestec de două substanţe cu puncte de fierbere foarte îndepărtate, fierberea incepe la o temperatură apropiată de temperatura de fierbere a componentei mai volatile şi apoi urcă până atinge punctul de fierbere al componentei mai puţin volatile. În felul acesta se culege o fracţiune corespunzătoare compusului cu punct de fierbere mai scăzut, o fracţiune corespunzătoare compusului cu punct de fierbere mai ridicat şi una sau mai multe fracţiuni intermediare. Acestea din urmă se supun din nou distilării, când iarăşi se separă două fracţiuni intermediare, iar operaţia se repetă până la obţinerea substanţelor unitare.

Această operaţie se simplifică mult prin folosirea coloanelor de fracţionare, numite şi deflegmatoare sau rectificatoare.Coloanele de fracţionare sunt de diferite forme, toate se bazează însă pe acelaşi principiu, de a realiza un contact intim între vaporii care urcă în coloană şi lichidul care coboară, provenit din condensarea parţială a vaporilor în partea de sus a coloanei.

O coloană de fracţionare constituie un sistem de dispozitive de condensare prin care trebuie să treacă vaporii înainte de a ajunge în refrigerent. Datorită mediului ambiant, mai rece, are loc o condensare parţială a vaporilor, iar în consecinţă se formează o pătură de ˝condensat˝ prin care care vor trebui să treacă vaporii care vin în coloană din vasul în care fierbe amestecul de substanţe. Trecând prin pătura de ˝condensat˝, vaporii componentelor mai puţin volatile se condensează, în timp ce componentele mai volatile din ˝condensat˝ se evaporă. Fenomenul se petrece ca şi cum în coloana de fracţionare ar avea loc mai multe distilări fracţionate.

Amestecul se introduce într-un balon cu fund rotund şi cu gâtul lung, la care se fixează coloana de fracţionare, prevăzută cu un termometru al cărui rezervor trebuie să se găsească ceva mai jos decât tubulatura laterală a coloanei. Coloana de fracţionare se pune în legătură cu un refrigerent descendent, iar acesta cu un vas de culegere, prin intermediul unei alonje. Se urmăreşte temperatura şi se culeg fracţiunile care distilă.