stie ccineva cum se face operatia de cristalizare cu sare de masa? ceva mai amanuntsit va rog

Vezi http://ro.wikipedia.org/wiki/Sistem_de_cristalizare
http://www.archeus.ro/lingvistica/CautareDex?query=CRISTALIZARE
http://www.scritube.com/stiinta/fizica/cristalizare195181616.php

Prin cristalizare se întelege procesul de separare a fazei solide la solidificarea substantei topite sau de separare a unei substante solide din solutie.
Aceasta metoda are numeroase aplicatii în industria chimica, farmaceutica, alimentara, etc. Se stie ca în Grecia, sarea (NaCl) folosita în alimentatie se obtine din apa de mare prin procedeul de cristalizare, prin evaporare, dupa o purificare prealabila a acesteia. Acest procedeu are si avantajul ca sarea obtinuta contine si iod, prezent, de asemenea, în apa de mare.
Obtinerea unor cristale bine formate este importanta pentru caracterizarea microscopica a substantelor, deoarece forma cristalelor este un criteriu important pentru identificarea compusilor organici.
Prin recristalizare se pot separa substante cu acelasi punct de topire si cu solubilitate asemanatoare. Un alt avantaj al recristaliarii este faptul ca permite purificarea unor substante, chiar în cantitati foarte mici, de ordinul miligramelor.
De aceea, operatia de recristalizare este una din cunostintele practice cele mai importante.
http://www.scritube.com/......432199.php
Purificarea substantelor prin cristalizare-recristalizare


1. Generalitati:


a) Definitia cristalizarii:

Prin cristal se întelege orice corp în stare solida care are o forma geometrica regulata poliedrica si o structura interna in forma de retea, în nodurile careia se gasesc atomii, ionii sau chiar moleculele corpului respectiv. Forma retelei cristaline este consecinta care se exercita între atomi si adesea chiar între molecule; natura acestor forte determina forma cristalelor, respectiv modul de umplere a spatiului dintre aceste particule.

Prin cristalizare se intelege procesul de separare a fazei solide la solidificarea substantelor topite sau de separare a unei substante solide din solutie.

Recristalizarea unei substante este operatia care urmareste

purificarea substantelor organice solide si consta în solvirea la cald într-un solvent potrivit, purificarea solutiei prin filtrarea si separarea din nou a substantei din solutie sub forma cristalina prin racire, concentrare sau alta metoda. Daca se repeta recristalizarea, substanta obtinuta are o puritate mare.

La obtinerea substantelor prin recristalizare se deosebesc urmatoarele etape: aparitia cristalelor, separarea germenilor de cristalizare din solutia suprasaturata si cresterea cristalelor. În prima etapa, rolul principal îl are gradul de suprasaturare a solutiei, deoarece odata cu cresterea suprasaturarii creste si viteza de cristalizare cum si numarul germenilor de cristalizare, care la rândul lor determina dimensiunile finale ale cristalelor. Cu cât numarul de germeni este mai mare, cu atât dimensiunile cristalelor

sunt mai mici si invers. Din aceasta cauza, în functie de dimensiunile

pe care trebuie sa le aiba cristalele, în timpul procesului de

cristalizare se regleaza numarul de germeni.


~~ 4 ~~

În etapa de crestere a cristalelor, viteza de crestere este determinata nu numai de numarul de germeni, ci si de adsorbtia pe suprafata cristalelor a unor impuritati din 343c219d solutie. Prin adsorbtia impuritatilor pe punctele active ale suprafetei cristalelor, cresterea ulterioara a acestora se diminueaza, iar dimensiunile maxime se limiteaza.

Dimensiunile si forma cristalelor obtinute prin cristalizarea solutiilor si topiturilor depind de viteza de racire si de diferenta de temperatura dintre mediul de racire si sistemul care se raceste. Cu cât acesti doi factori sunt mai mari, cu atât cristalele sunt mai mici.

La realizarea proceselor de cristalizare, o importanta deosebita prezinta reglarea dimensiunilor si formei cristalelor, omogenitatea cristalelor în ceea ce priveste dimensiunile, forma, compozitia si îndepartarea impuritatilor.

Procesul de cristalizare se îmbunatateste prin micsorarea temperaturii, prin marirea suprafetei de cristalizare, prin agitarea solutiei, prin frecarea peretilor vasului cu o bagheta de sticla, prin marirea presiunii, prin aplicarea câmpurilor magnetice si electrice si prin însamânare. De asemenea, viteza de cristalizare depinde de gradul de diluare a solutiei si de natura dizolvantului.



b) Centre de cristalizare:

Pentru ca o substanta sa cristalizeze din solutie este necesar, pe de o parte, ca solutia sa fie suprasaturata, adica echilibrul de faza sa fie perturbat si, pe de alta parte, sa apara centre (nuclee, germeni) de cristalizare, prin a caror crestere se formeaza cristalele. Procesul propriu-zis de cristalizare se compune deci din aparitia nucleelor, în urma perturbarii echilibrului de faza a

solutiei, si din cresterea cristalelor.

Din punct de vedere teoretic, mecanismul aparitiei centrelor de

cristalizare nu este suficient de bine lamurit pâna în prezent. Este însa sigur ca aceste centre microscopice încep sa se formeze daca

se raceste solutia unei substante solide la o temperatura mai


~~ 5 ~~

scazuta decât cea corespunzatoare saturatiei. Formarea centrelor de cristalizare depinde de gradul de subracire, de viteza de racire, de modul de agitare a solutiei, de temperatura, de proprietatile substantei, precum si de impuritatile continute in solutie. Se stie ca formarea unui numar mare de centre de cristalizare este favorizata de o racire rapida, de o agitare enrgica si de o greutate moleculara mica a substantei dizolvate. Numarul de centre care apar determina forma si marimea cristalelor. Daca apare un numar mic de centre se formeaza cristale mari, care cresc lent si au suprafete bine dezvoltate. Dimpotriva, daca numarul centrelor de cristalizare este mare, atunci se obtine un precipitat micro- cristalin, cu suprafetele cristalelor putin dezvoltate.

Centrele de cristalizare, la inceput microscopice, încep sa creasca imediat dupa aparitia lor si devin cristale vizibile. Pentru ca aceasta crestere sa poata avea loc rapid, solutia trebuie permanent reînoita la suprafata cristalelor, prin agitare. Daca solutia ar ramane in repaus complet, odata cu cresterea cristalelor concentratia solutiei ar scadea, ea n-ar mai fi suprasaturata si cresterea cristalelor ar înceta. Cristalizarea are însa loc, mai lent, chiar si în mediul neagitat, datorita difuziunii care tinde sa omogenizeze concentratia în întreg volumul de solutie.


c) Viteza de cristalizare :

Viteza de crestere a cristalelor este influentata de o serie întreaga de factori, unul dintre acestia fiind simetria moleculelor. Substantele cu moleculele simetrice cristalizeaza mai repede decât

substantele cu molecule nesimetrice. S-a demonstrat ca izomerii para si cei simetrici cristalizeaza cel mai repede.

Datorita faptului ca procesul de cristalizare este inversul procesului de dizolvare, ecuatia valabila pentru viteza de dizolvare

a cristalelor într-un dizolvant exprima si viteza de cristalizare: dc/dt = KS(Cs-C), în care C este concentratia solutiei la timpul t, Cs este concentratia solutiei saturate, S este aria suprafetei

cristalului sau cristalelor, iar K este o constanta.


~~ 6 ~~

Prezenta impuritatilor în solutie influenteaza mult valuarea constantei K si viteza de cristalizare.





2. Alegerea dizolvantului si pregatirea solutiilor pentru cristalizare:


Alegerea dizolvantului. Conditia principala pe care trebuie s-o îndeplineasca dizolvantul folosit se refera la solubilitatea diferita a substantei la temperatura ridicata si la rece. Se cunosc substante la care diferenta de solubilitate este mica la variatii mari ale temperaturii, de ex. solubilitatea clorurii de sodiu în apa la 0ºC este 26.2%, iar la 100ºC este 28.2%.

La utilizarea ca dizolvanti a unor hidrocarburi alifatice cu temperaturi de fierbere ridicate sau a amestecului acestora, care au o putere mica de dizolvare la temperaturi joase, împreuna cu substantele se pot separa prin recristalizare si impuritatile.

Pentru recristalizare se aleg dizolvanti a caror temperatura de fierbere este mai joasa decât temperatura de fierbere a substantelor care trebuie sa cristalizeze. Daca pentru recristalizarea unei substante cu temperatura de topire joasa nu s-a gasit un dizolvant cu punct de fierbere destul de coborât, trebuie sa se conduca dizolvarea la temperatura mai joasa sau sa se

foloseasca salutii mai diluate, astfel încât substanta sa înceapa sa

se separe dupa ce amestecul s-a racit suficient.

Daca nu se poate utiliza un singur dizolvant pentru recristalizare, se recomanda folosirea amestecurilor de mai multi dizolvanti, cu conditia sa dizolve mai bine substanta la cald decât la rece. În asemenea cazuri, exista posibilitatea îndepartarii partiale a unui component al amestecului de dizolvanti.

Pentru recristalizare se introduce substanta de dizolvat în paharul Erlenmeyer adaugându-se dizolvantul într-o cantitate mai


~~ 7 ~~

mica decât cea necesara, apoi se încalzeste la fierbere si se adauga restul agitându-se continuu.

Pentru evitarea supraîncalzirii se adauga câteva cioburi de portelan

sau se terce prin dopul care acopera vasul un tub capilar închis la un capat si introdus în lichid cu capatul deschis. Încalzirea se face cu precautie.

Daca se folosesc amestecuri cu dizolvanti, se dizolva substanta într-o cantitate suficienta din dizolvantul în care este mai usor solubila, apoi se încalzeste solutia la fierbere si se adauga

în portiuni mici dizolvantul în care substanta este mai greu solubila

sau practic insolubila.

Pregatirea solutiilor pentru cristalizare. Solutiile preparate contin diferite impuritati mecanice sau sunt tulburi si puternic colorate. Impuritatile mecanice se separa prin decantare si filtrare. Solutiile colorate se decoloreaza cu substante adsorbante sau prin reactii chimice, iar cele tulburi se limpezesc prin sedimentare.

Decolorarea cu substante adsorbante urmareste îndepartarea impuritatilor colorate din solutie prin adsorbtie pe o substanta activata. Se folosesc în acest scop adsorbanti activati.

Ca mijloace chimice de decolorare se folosesc substante oxidante (clorura de var, permanganat de potasiu, acid azotic, etc.), substante reducatoare (bioxid de sulf) sau substante capabile sa conduca reactii de condensare (acid sulfuric concentrat, clorura de zinc, aluminiu etc.), cu conditia ca acestea sa nu reactioneze cu substanta de recristalizat.

Pentru limpezirea prin sedimentare a impuritatilor, în solutia tulbure se adauga o substanta inerta insolubila, foarte fin pulverizata ( hidroxid de aluminiu, silicagel, pulbere de talc etc.), se agita bine, eventual se încalzeste si se lasa în repaus.

Prin sedimentarea particulelor substantei inerte adaugate sunt antrenate si particulele de impuritati în suspensie, solutia devenind limpede. Pentru solutii apoase se folosesc saruri usor hidrolizabile (acetat bazic de plumb), care precipita prin simpla


~~ 8 ~~

dizolvare în apa.



3. Prepararea solutiilor:

Dizolvarea:

La pregatirea solutiilor nu se folosesc pahare, ci baloane sau vase Erlenmeyer. Vasele Erlenmeyer au avantajul ca lichidul vine mai putin în contact cu atmosfera, ceea ce împiedica, pe de o parte, o evaporare intensa si evita astfel formarea crustelor de cristale la

suprafata solutiei, iar pe de alta parte se degaja mai putini vapori

de dizolvant, care pot fi inflamabili sau toxici. În afara de aceasta nu este necesar sa se foloseasca stative de filtrare, pâlnia sprijinindu-se direct pe gâtul vasului.

Solutiile se prepara în modul urmator: se introduce substanta de dizolvat în vasul Erlenmeyer, se toarna de asupra o cantitate de dizolvant ceva mai mica decât cea necesara, se încalzeste la fierbere si apoi se adauga sub agitare continua cantitatea de dizolvant strict necesara pentru dizolvarea substantei solide. În acest timp se va evita patrunderea în solutie a impuritatilor, care necesita un exces de dizolvant. Cristalele mari sunt bucatile mari de substanta, care se dizolva lent, îngreuneaza încercarile de solubilitate. Pentru a evita aceasta, ele se maruntesc prin apasare precauta, cu o spatula, de peretii vasului sau, daca aceasta operatie nu este posibila, se separa solutia limpede de deasupra, iar bucatile mari nedizolvate se prelucreaza separat, dupa maruntirea în mojar. Este important sa nu se adauge prea mult dizolvant, pentru ca solutia sa nu se dilueze prea tare. De obicei nu se foloseste o

solutie saturata la cald, deoarece o astfel de solutie cristalizeaza spontan la racire, ceea ce trebuie evitat. De aceea se foloseste de preferinta o solutie putin mai diluata cu concentratia sub limita de saturatie.

La lucrarile cu cantitati mici de dizolvanti vasul Erlenmeyer se încazeste direct pe un reseu electric sau pe o placa de încalzire. În timpul încalzirii se agita frecvent vasul, atât pentru a grabi

dizolvarea, cât si pentru a evita o efervescenta brusca urmata de


~~ 9 ~~

eventualele incendii. Pentru a înpiedica supraîncalzirea solutiei, în lichidul de încalzit se introduc câteva cioburi de portelan. La lucrarile cu cantitati mai mari de dizolvanti inflamabili, încalzirea se face pe o baie de apa, iar la vasul Erlenmeyer se monteaza un refrigerent cu reflux. Dizolvantul se toarna cu grija prin acest refrigerent.

Daca în urma încercarilor de recristalizare s-a ales un anumit amestec de dizolvanti, atunci se procedeaza în felul urmator: se

dizolva substanta într-o cantitate corespunzatoare din acel

dizolvant în care este mai usor solubila, se încalzeste solutia la filtrare si apoi se adauga în potiuni mici dizolvantul în care substanta este practic insolubila. La început se observa ca în locul în care cade o picatura din dizolvantul adaugat ulterior se formeaza o tulbureala, care prin agitare dispare imediat. Se continua adaugarea dizolvantului fara a întrerupe fierberea, pâna când tulbureala nu mai dispare la agitare. Atunci se adauga cantitatea exacta necesara din primul dizolvant, pentru ca tulburarea formata sa dispara; în modul acesta solutia este pregatita pentru cristalizare.


Pregatirea solutiilor pentru cristalizare:

Solutiile tulburi sau puternic colorate se purifica prin una din urmatoarele trei metode:

a) Decolorarea cu substante adsorbante: Scopul acestei operatii este îndepartarea impuritatilor colorate din solutie pentru recristalizare, prin adsorbtie pe o substanta activa. În laborator se foloseste în acest scop aproape exclusiv carbunele animal sau activ.

b) Limpezirea prin sedimentarea impuritatilor. La solutia tulbure se adauga o substanta insolubila, inerta, fin pulverizata(silicagel, talc), se agita bine, eventual se încazeste si se lasa sa se depuna. Particulele care se depun antreneaza cu

ele particule în suspensie si solutia se limpezeste.

c) Decolorarea cu ajutorul unei reactii chimice: Aceasta metoda


~~ 10 ~~

poate fi folosita rareori si numai atunci când substanta de recristalizat nu reactioneaza cu reactivul cu care se face decolorarea. Se folosesc fie substante oxidante sau reducatoare, fie substante ce produc reactii de condensare.


4. Cristalizarea prin racirea solutiei :

Racirea solutiei si marimea cristalelor:

Solutia limpede, fierbinte se lasa' sa cristalizeze. Prin racire

dupa un timp oarecare începe depunerea cristalelor. Lasând solutia sa se raceasca foarte lent, se formeaza un numar relativ mai mic de centre de cristalizare si cristalele cresc relativ mai mari. Daca solutia se raceste brusc se formeaza un numar mare de centre de cristalizare si se obtin cristale relativ mai mici. Cristalele mari si fine se filtreaza si se spala greu. O atentie deosebita terbuie acordata cristalizarii substantelor care se topesc la temperatura joasa, pentru ca ele sa nu se separe din solutie în stare lichida. Obtinerea acestor substante direct în stare cristalina reuseste de obicei prin racirea foarte lenta a solutiei.


5. Separarea cristalelor din solutia mamã:

Filtrarea în vid si spãlarea:

Dupã ce cristalizarea prin rãcire a unei solutii saturate la cald se considerã terminatã, se trece la separarea cristallor de solutia mamã prin filtrare în vid sau prin centrifugare. Eu, în continuare, voi vorbi despre filtrarea în vid.

Procedeul cel mai simplu pentru filtrarea în vid este urmãtorul: dupã asezarea perfectã a filtrului pe pâlnie se toarnã pe filtru amestecul de solutie mamã si cristalele. Ultimele resturi de cristale se toarnã pe pâlnie splãlând vasul cu putin filtrant. Dupã ce întreaga cantitate de cristale se gãseste pe filtru, ele trebuie separate cât mai complet de solutia mamã. În acest scop se preseazã cristalele pe filtru, având grijã ca stratul filtrant sã rãmânã compact, deoarece prin crãpãturile formate aerul ar pãtrunde în vasul de trompã si eficacitatea filtrãrii ar scãdea.



~~ 11 ~~

Dupã ce s-a scurs complet întreaga cantitate de solutie mamã, se trece la spãlarea cristalelor, în scopul îndepãrtãrii ultimelor resturi de solutie mamã aderente la cristale. De obicei se spalã cu cantitãti mici din dizolvantul folosit la recristalizarea substantei. Folosirea unui exces de dizolvant duce la pierderi mari de substantã. Spãlarea trebuie repetatã de câteva ori. Se stie cã spãlarea cu teri portiuni de câte 100 ml dizolvant este mai eficace decât spãlarea cu o singurã portiune de 300 ml dizolvant. Dupã fiecare spãlare se aspirã puternic, cu trompa de apã.


6. Influenta diferitilor factori asupra cristalizãrii substantelor greu cristalizabile:

a) Suprafata:

Primele cristale apar fie pe fundul sau pe peretii vasului în care se face cristalizarea, fie la suprafata lichidului. La cristalizarea repetatã s-a observat cã primele cristale apar întotdeauna în aceleasi locuri.

Aceastã accelerare a cristalizãrii la suprafatã se poate folosi la substantele care cristalizeazã greu. Uneori se pot obtine primele cristale întinzând primele picãturi de solutie printr-o miscare de rotatie pe o suprafatã mai mare în eprubetã si rãcind din exterior pelicula formatã.

Tot aici trebuie sã se mentioneze si influenta substantelor cu suprafatã activã mare, asupra cristalizãrii. Astfel, cãrbunele activ si praful au o influentã net acceleratoare.

b) Agitarea:

Provoacã deseori cristalizarea sau o accelereazã.

c) Diluarea:

Nu este surprinzãtor cã lichidele mai fluide, care pot fi usor agitate, cristalizeazã mai repede decât lichidele vâscoase.

d) Însãmântarea:

Însãmântarea solutiei, adicã introducerea unor cantitãti mici din substanta cristalinã respectivã, în solutia suprasaturatã,


~~ 12 ~~

provoacã aproape întotdeauna cristalizarea solutiei. Uneori se întamplã ca substanta obtinutã o datã sub formã cristalinã sã nu mai cristalizeze la a doua recristalizare. De aceea este foarte indicat ca, atunci când s-a obtinut o datã substanta sub formã cristalinã, sã se pãstreze o cantitate micã din acasta pentru eventualele însãmântãrii.



Enumerarea principalelor metode de stimulare a cristalizãrii:

1) Purificarea prealabilã a substantei prin toate celelalte metode posibile.

2) Rãcirea la diferite temperaturi si în acelasi timp frecarea peretilor vasului cu o vergea de sticlã. Repetarea încãlzirii si a rãcirii.

3) Expunerea solutiei pe o suprafatã mai mare, sub forma unei pelicule.

4) Actiunea diferitilor dizolvanti, în special a acelora care practic nu dizolvã substanta datã; aceastã actiune trebuie combinatã cu rãcirea si frecarea cu o vergea.

5) Însãmântarea cu substanta datã.

6) Precipitarea repetatã din solutie prin schimbarea compozitiei dizolvantului si frecarea intensã a peretilor vasului cu o vergea, pânã în momentul aparitiei tulburelii.

7) Pãstrarea îndelungatã în frigider.


7. Cristalizarea substantelor pentru analizã:

De obicei, la prepararea substantelor cristaline pentru analizã nu este suficientã o singurã cristalizare, ci ea se repetã de atâtea ori, pânã ce punctul de topire, determinat dupã fiecare recristalizare, rãmâne acelasi la douã sau trei recristalizãri succesive (recristalizare pânã la punctul de topire constant). Dacã se dispune de o cantitate suficientã de substantã se începe cu aproximativ 1 g; uneori, însã, este necesar sã se lucreze cu cantitãti mai mici de substantã. Dacã dupã fiecare recristalizare punctul de


~~ 13 ~~

topire creste lent, dar continuu, terbuie schimbat dizolvantul, ceea ce, uneori, are drept urmare cresterea bruscã si apreciabilã a punctului de topire. Dupã ce s-a obtinut un punct de topire constant, se mai recristalizeazã odatã substanta.