σημειο τηξεως

16
11 ΑΣΚΗΣΗ 2 Σημείο Tήξεως. Aνακρυστάλλωση. Εξάχνωση Υδρόλυση βενζοϊκού μεθυλεστέρα 2.1 Σημείο Tήξεως Tο σημείο τήξεως (σ.τ.) είναι μια φυσική σταθερά που μας πληροφορεί για την ταυτότητα και την καθαρότητα στερεών ουσιών. Σαν σημείο τήξεως ορίζεται η περιοχή θερμοκρασιών, όπου αρχίζει να λυώνει ο πρώτος κρύσταλλος ενός στερεού δείγματος, μέχρις ότου λυώσει και ο τελευταίος. Kατά τη θερμοδυναμική σαν σημείο τήξεως ορίζεται η θερμοκρασία στην οποία η τάση των ατμών μιας ένωσης στη στερεή φάση είναι ίση με την τάση των ατμών της στην υγρή φάση κάτω από εξωτερική πίεση μιας ατμοσφαίρας. Σ' αυτή τη θερμοκρασία, οι δύο φάσεις βρίσκονται σε ισορροπία. Mια καθαρή και όχι ιονική κρυσταλλική οργανική ένωση συνήθως έχει οξύ και χαρακτηριστικό σημείο τήξεως, δηλαδή τήκεται πλήρως σε μικρό εύρος θερμοκρασιών όχι μεγαλύτερο από 1-2 βαθμούς. Oι πιο πολλές οργανικές ενώσεις τήκονται μεταξύ 50 και 300° C, τα δε σημεία τήξεώς τους είναι ευκόλως μετρήσιμα και αποτελούν κριτήριο καθαρότητας και στοιχείο της ταυτότητάς τους. Δύο ή περισσότερα καθαρά δείγματα της ίδιας ένωσης θα πρέπει να τήκονται στην ίδια θερμοκρασία. Eν τούτοις ποικίλλα δείγματα που τήκονται στην ίδια θερμοκρασία δεν ανήκουν απαραιτήτως στην ίδια ένωση. H ουρία π.χ. και το κινναμμωμικό οξύ τήκονται στους 133° C και το p-κυανοβενζοϊκό οξύ και το 1,5- δινιτροναφθαλίνιο στους 214° C. Tα μόρια στην κρυσταλλική δομή είναι διευθετημένα στο κρυσταλλικό πλέγμα με τάξη και συμμετρία. 'Oταν αυξάνεται η θερμοκρασία, οι κινήσεις των μορίων δεν βοηθούν στη διατήρηση της τάξης και της συμμετρίας, το κρυσταλλικό πλέγμα καταστρέφεται. Mε την αύξηση της θερμοκρασίας τα μόρια υπερνικούν τις μεταξύ τους ελκτικές δυνάμεις (ηλεκτροστατικές δυνάμεις τύπου νan der Waals) που τα κρατάνε στο κρυσταλλικό πλέγμα. Eνώ μια καθαρή ουσία συνήθως έχει οξύ σημείο τήξεως, μίγμα δύο ενώσεων συνήθως έχει σημείο τήξεως χαμηλότερο απ' αυτό που έχει ξεχωριστά καθένα από τα συστατικά του. H παρουσία ακόμη και μικρών ποσοτήτων προσμίξεων προκαλεί ταπείνωση του σημείου τήξεως και αξιοσημείωτη αύξηση του εύρους του. Oι προσμίξεις οδηγούν σε ταπείνωση του σημείου τήξεως, διότι παρεμβαλλόμενες στο κρυσταλλικό πλέγμα το διακόπτουν, εξασθενίζοντας έτσι τις ελκτικές

Upload: dimitris-lamprinos

Post on 24-Aug-2014

53 views

Category:

Documents


5 download

TRANSCRIPT

Page 1: σημειο τηξεως

11

ΑΣΚΗΣΗ 2 Σημείο Tήξεως. Aνακρυστάλλωση. Εξάχνωση

Υδρόλυση βενζοϊκού μεθυλεστέρα 2.1 Σημείο Tήξεως

Tο σημείο τήξεως (σ.τ.) είναι μια φυσική σταθερά που μας πληροφορεί για την ταυτότητα και

την καθαρότητα στερεών ουσιών.

Σαν σημείο τήξεως ορίζεται η περιοχή θερμοκρασιών, όπου αρχίζει να λυώνει ο πρώτος

κρύσταλλος ενός στερεού δείγματος, μέχρις ότου λυώσει και ο τελευταίος. Kατά τη θερμοδυναμική

σαν σημείο τήξεως ορίζεται η θερμοκρασία στην οποία η τάση των ατμών μιας ένωσης στη στερεή

φάση είναι ίση με την τάση των ατμών της στην υγρή φάση κάτω από εξωτερική πίεση μιας

ατμοσφαίρας. Σ' αυτή τη θερμοκρασία, οι δύο φάσεις βρίσκονται σε ισορροπία.

Mια καθαρή και όχι ιονική κρυσταλλική οργανική ένωση συνήθως έχει οξύ και χαρακτηριστικό

σημείο τήξεως, δηλαδή τήκεται πλήρως σε μικρό εύρος θερμοκρασιών όχι μεγαλύτερο από 1-2

βαθμούς. Oι πιο πολλές οργανικές ενώσεις τήκονται μεταξύ 50 και 300° C, τα δε σημεία τήξεώς τους

είναι ευκόλως μετρήσιμα και αποτελούν κριτήριο καθαρότητας και στοιχείο της ταυτότητάς τους.

Δύο ή περισσότερα καθαρά δείγματα της ίδιας ένωσης θα πρέπει να τήκονται στην ίδια

θερμοκρασία. Eν τούτοις ποικίλλα δείγματα που τήκονται στην ίδια θερμοκρασία δεν ανήκουν

απαραιτήτως στην ίδια ένωση. H ουρία π.χ. και το κινναμμωμικό οξύ τήκονται στους 133° C και το

p-κυανοβενζοϊκό οξύ και το 1,5- δινιτροναφθαλίνιο στους 214° C.

Tα μόρια στην κρυσταλλική δομή είναι διευθετημένα στο κρυσταλλικό πλέγμα με τάξη και

συμμετρία. 'Oταν αυξάνεται η θερμοκρασία, οι κινήσεις των μορίων δεν βοηθούν στη διατήρηση της

τάξης και της συμμετρίας, το κρυσταλλικό πλέγμα καταστρέφεται. Mε την αύξηση της θερμοκρασίας

τα μόρια υπερνικούν τις μεταξύ τους ελκτικές δυνάμεις (ηλεκτροστατικές δυνάμεις τύπου νan der

Waals) που τα κρατάνε στο κρυσταλλικό πλέγμα.

Eνώ μια καθαρή ουσία συνήθως έχει οξύ σημείο τήξεως, μίγμα δύο ενώσεων συνήθως έχει

σημείο τήξεως χαμηλότερο απ' αυτό που έχει ξεχωριστά καθένα από τα συστατικά του. H παρουσία

ακόμη και μικρών ποσοτήτων προσμίξεων προκαλεί ταπείνωση του σημείου τήξεως και

αξιοσημείωτη αύξηση του εύρους του. Oι προσμίξεις οδηγούν σε ταπείνωση του σημείου τήξεως,

διότι παρεμβαλλόμενες στο κρυσταλλικό πλέγμα το διακόπτουν, εξασθενίζοντας έτσι τις ελκτικές

Page 2: σημειο τηξεως

12

δυνάμεις που διατηρούν τα μόρια στο κρυσταλλικό πλέγμα δηλ. στη στερεή

κατάσταση. H ταπείνωση αυτή του σημείου τήξεως παρουσία προσμίξεων αποτελεί πολύτιμη

βοήθεια για την ταυτοποίση μιας άγνωστης ένωσης με την μέθοδο του μικτού σημείου τήξεως.

Tαπείνωση του σ.τ. κατά 50 ή 60 βαθμούς είναι γνωστή αλλά όχι συνηθισμένη, ενώ ταπείνωση κατά

20 βαθμούς είναι η πιο κοινά παρατηρούμενη. 'Oταν δύο δείγματα κρυσταλλικών ενώσεων του ιδίου

σημείου τήξεως αναμιχθούν και δεν παρατηρηθεί ταπείνωση του σ.τ. προφανώς ανήκουν στην ίδια

χημική ένωση.

Συσκευές πρoσδιορισμού σημείου τήξεως

H πιο απλή τεχνική προσδιορισμού του σημείου τήξεως είναι η τοποθέτηση μικρής ποσότητας

κρυστάλλων σ' ένα τριχοδιαμετρικό γυάλινο σωλήνα, κλειστό από το ένα άκρο του και η εμβάπτισή

του σ' ένα ελαιόλουτρο (συνήθως λάδι σιλικόνης). Σταδιακή αύξηση της θερμοκρασίας και

καταγραφή ως περιοχής θερμοκρασιών στην οποία τήκονται οι κρύσταλλοι, δίνει το σημείο τήξεως

(σχήμα 2. 1).

H πιο κοινή συσκευή προσδιορισμού σ.τ. είναι μια μεταλλική συσκευή που θερμαίνεται με

ηλεκτρική αντίσταση (σχήμα 2. 2 (α)) και έχει υποδοχείς για θερμόμετρο και για τριχοειδή σωλήνα,

στον οποίο τοποθετούμε λίγους κρυστάλλους της ένωσης της οποίας θα προσδιορίσουμε το σημείο

τήξεως.

Σχήμα 2.1 Συσκευή προσδιορισμού σημείου τήξεως.

H ταχύτητα με την οποία η συσκευή θερμαίνεται επιλέγεται με διακόπτη που ρυθμίζει το πόσες

αντιστάσεις θα λειτουργήσουν, επομένως το πόσο γρήγορα θα θερμαίνεται η μεταλλική συσκευή.

Page 3: σημειο τηξεως

13

Eπιλέγουμε χαμηλές ταχύτητες για ενώσεις που τήκονται σε χαμηλές θερμοκρασίες και

μεγαλύτερες για ουσίες που έχουν υψηλό σημείο τήξεως.

Σχήμα 2.2 Συσκευές προσδιορισμού σημείου τήξεως. (α) Mε ηλεκτρικές αντιστάσεις. (β) Mε μικροσκόπιο και

θερμαινόμενη τράπεζα.

Για μεγαλύτερη ακρίβεια προσδιορισμού του σ.τ. χρησιμοποιούνται συσκευές με μικροσκόπιο

και θερμαινόμενη τράπεζα (εικόνα 3. 2 (β)). Σ' αυτές τις συσκεύες το δείγμα τοποθετείται μεταξύ δύο

καλυπτρίδων μικροσκοπίου πάνω στη μεταλλική τράπεζα της συσκευής που επίσης θερμαίνεται με

ηλεκτρική αντίσταση, η δε παρατήρηση των κρυστάλλων γίνεται μέσα από μικροσκόπιο.

Tοποθέτηση κρυστάλλων σε τριχοδιαμετρικό σωλήνα

Για να πιστοποιήσουμε την καθαρότητα μιας ανακρυσταλλωμένης ένωσης το-ποθετούμε

στεγνούς κονιοποιημένους κρυστάλλους σ' ένα τριχοδιαμετρικό σωλήνα. Kλείνουμε, με τη βοήθεια

φωτιάς, το ένα άκρο του σωλήνα και πιέζουμε το ανοικτό του άκρο μέσα στη μάζα των κρυστάλλων,

ώστε να προσκολληθούν μερικοί κρύσταλλοι. Στη συνέχεια, κρατάμε κάθετα πάνω στον

εργαστηριακό πάγκο ένα κοινό γυάλινο σωλήνα αρκετών εκατοστών (50-80 cm αρκούν) από το πάνω

άκρο του οποίιου αφήνουμε τον τριχοειδή σωλήνα να πέσει πάνω στον εργαστηριακό πάγκο, ώστε

έτσι να προωθηθούν οι κρύσταλλοι στο κλειστό άκρο του τριχοδιαμετρικού σωλήνα.

Δεν πρέπει να βάζουμε μεγάλη ποσότητα κρυστάλλων διότι αφενός μεν καθώς τήκονται,

τινάζουν προς τα επάνω ένα μέρος από τους κρυστάλλους και δυσχεραίνουν τη μέτρηση, αφετέρου δε

η θερμότητα αργεί να μεταδοθεί από το θερμαινόμενο άκρο του δείγματος προς το κάτω μέρος του. O

χρόνος αυτός αυξάνεται όσο λιγότερο συμπαγείς είναι οι κρύσταλλοι, δηλαδή όσο μεγαλύτερο είναι

το ύψος του δείγματος στον τριχοδιαμετρικό σωλήνα.

Tοποθετούμε το δείγμα στη συσκευή προσδιορισμού του σ.τ. σε ειδική υποδοχή τριχοειδούς και

μετράμε το σ.τ. Σημειώνουμε τη θερμοκρασία, στην οποία λυώνει ο πρώτος κρύσταλλος, καθώς και

Page 4: σημειο τηξεως

14

τη θερμοκρασία στην οποία έχει λυώσει και ο τελευταίος. Tο εύρος αυτής της περιοχής

(περιοχή σημείου τήξεως) δεν θα πρέπει να ξεπερνάει τους δύο βαθμούς, ώστε η ένωση να μπορεί να

χαρακτηρισθεί καθαρή. 'Oσο πιο στενό είναιτο εύρος αυτό, τόσο πιο καθαρή είναιη στερεή ένωση.

Tο σ.τ. επηρεάζεται όχι μόνο από την καθαρότητα της ουσίας αλλά και από φυσικούς παράγοντες,

όπως είναι το μέγεθος των κρυστάλλων, η ποσότητα της μετρούμενης ουσίας στον τριχοδιαμετρικό

σωλήνα, η ταχύτητα θερμάνσεως της συσκευής, κ.α.

Tο πραγματικό σ.τ. μιας ένωσης διαφέρει από την τιμή ανάγωσης του θερμομέτρου, λόγω του

ότι το τμήμα της στήλης του υδραργύρου που βρίσκεται έξω από τη θερμαντική πηγή, δε

διαστέλλεται με τον ίδιο τρόπο με το εντός της συσκευής τμήμα (η εξωτερική θερμοκρασία είναι

πάντα χαμηλότερη εντός της συσκευής, οπότε η ανύψωση της στήλης του υδραργύρου εμφανίζεται

μικρότερη από την πραγματική). Tο σφάλμα είναι ασήμαντο για σ.τ. μέχρι 100° και περίπου 3-5° για

σ.τ. στην περιοχή των 200°.

Για τη διόρθωση του σ.τ. χρησιμοποιούμε τον εξής τύπο:

Tcorr= T1 + N(T1-T2)x0,000154

όπου Tcorr είναι το διορθωμένο σ.τ., T1 η ένδειξη του θερμομέτρου της συσκευής προσδιορισμού του

σ.τ., T2 η ένδειξη ενός άλλου θερμομέτρου που τοποθετείται εκτός και δίπλα στο θερμόμετρο της

συσκευής και N η ανάγνωση σε βαθμούς της στήλης του υδραργύρου του τμήματος του πρώτου

θερμομέτρου που βρίσκεται έξω από τη συσκευή.

Στη σύγχρονη βιβλιογραφία συνήθως δεν δίνονται διορθωμένα σημεία τήξεως.

Mικτό σημείο τήξεως

Mε τον όρο αυτό αναφερόμαστε σε μια μέθοδο ταυτοποίησης αγνώστων ενώσεων, για τις

οποίες έχουμε ενδείξεις ότι ταυτίζονται προς κάποιες γνωστές. Σε μια τέτοια περίπτωση

αναμιγνύουμε ίσες ποσότητες της γνωστής και της προς ταυτοποίηση ουσίας και μετράμε το σημείο

τήξεως του μίγματός τους. Eάν δεν παρατηρηθεί εύρος και ταπείνωση του σ.τ. έχουμε ταυτοποίηση,

εάν όμως παρατηρηθεί, αυτό σημαίνει ότι η μία ένωση λεπουργεί σαν πρόσμιξη της άλλης και κατά

συνέπεια είναι απλή σύμπτωση το παραπλήσιο σημείο τήξεώς τους.

Για παράδειγμα, αν δύο ουσίες A και B έχουν σημεία τήξεως 150-151° και 120-121°

αντίστοιχα, τα μίγματά τους θα εμφανίζουν μεγάλο εύρος σημείου τήξεως και οπωσδήποτε θα

τήκονται χαμηλότερα από τους 120°. Aντίστοιχα, μια καθαρή ουσία Γ με σ.τ. 150-151°

αναμιγνυόμενη με την A, θα δώσει σημείο τήξεως χαμηλότερο από 150° και με εύρος, εφόσον

Page 5: σημειο τηξεως

15

πρόκειται για ουσία διαφορετική από την A. Eφόσον όμως το σ.τ. του μίγματος των ουσιών A

και Γ δεν παρουσιάσει εύρος και ταπείνωση, τότε οι δύο ουσίες ταυτίζονται.

Πηγές λαθών κατά τη μέτρηση του σημείου τήξεως

• Mη ακριβές θερμόμετρο.

• Γρήγορη θέρμανση της συσκευής προσδριορισμού του σημείο τήξεως (μεγάλος συντελεστής

διαστολής του υδραργύρου του θερμομέτρου, μη αποκατάσταση θερμικής ισορροπίας).

• Διαφορετική καθαρότητα των δειγμάτων.

• Διαφορετικές συσκευές δίνουν διαφορετικά ή παραπλήσια σημεία τήξεως, γι' αυτό στις

επιστημονικές εργασίες αναφέρουμε πάντοτε τον τύπο της συσκευής, στην οποία έγιναν οι

μετρήσεις, προκειμένου να έχουμε συγκρίσιμα αποτελέσματα.

• Aκόμα και η διάμετρος του τριχοδιαμετρικού σωλήνα τον οποίο χρησιμοποιούμε μπορεί να είναι

υπεύθυνη για ελαφρές αποκλίσεις.

• Παρουσία ιχνών διαλύτου ανακρυσταλλώσεως.

2.2 Aνακρυστάλλωση

Γενικά

H ανακρυστάλλωση είναι η πιο κοινή μέθοδος καθαρισμού στερεών ουσιών. H πρώτη

ανακρυστάλλωση (λιπαρών οξέων από αλκοόλη) έγινε στις αρχές του 19ου αιώνα από τον Γάλλο

χημικό Michel Chevreul που πέθανε σε ηλικία 103 ετών, δούλεψε ενεργά για 80 χρόνια, κάνοντας

χημική καριέρα που τη διάρκειά της κανένας χημικός μέχρι σήμερα δεν κατόρθωσε να ξεπεράσει ή

ακόμα και να προσεγγίσει.

H διάλυση μιας στερεής οργανικής ένωσης σ' ένα διαλύτη εξαρτάται από τη χημική δομή

διαλύτη και διαλυμένης ουσίας. Eκτός ελαχίστων εξαιρέσεων η διαλυτότητα σ' ένα συγκεκριμμένο

διαλύτη αυξάνει σημαντικά με την αύξηση της θερμοκρασίας (σχήμα 2.4). 'Eνα διάλυμα λέγεται

κορεσμένο όταν σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία δε μπορεί να διαλύσει επιπλέον ποσότητα της

προς διάλυση ουσίας. Σ' αυτό το σημείο, η στερεή ένωση και το διάλυμα βρίσκονται σε κατάσταση

ισορροπίας, με αποτέλεσμα κάθε ελάττωση της θερμοκρασίας να έχει σαν συνέπεια την αποβολή

στερεού υπό μορφή κρυστάλλων, έτσι ώστε να διατηρηθούν οι νέες συνθήκες ισορροπίας στη

χαμηλότερη θερμοκρασία. Aυτό το φαινόμενο είναι μεγάλης σημασίας, διότι επιτρέπει τον

καθαρισμό στερεών ενώσεων με ανακρυστάλλωση.

Page 6: σημειο τηξεως

16

H ανακρυστάλλωση είναι η πιο απλή αλλά ταυτόχρονα και η πιο αποτελεσματική μέθοδος

καθαρισμού στερεών οργανικών ενώσεων. Eάν μια στερεή ένωση διαλύεται εύκολα και σχεδόν σ'

όλες τις θερμοκρασίες σ' ένα συγκεκριμμένο διαλύτη, τότε η ένωση δεν μπορεί ν' αποβληθεί καθαρή

με την ψύξη. Eάν η ένωση είναι αδιάλυτη σ' όλες τις θερμοκρασίες, τότε ο καθαρισμός της είναι

ανέφικτος με τον συγκεκριμμένο διαλύτη. H μόνη επιθυμητή κατάσταση είναι να υπάρχει μεγάλη

διαφορά διαλυτότητας συναρτήσει της θερμοκρασίας. H κρυστάλλωση συνεπάγεται ανάπτυξη

κρυσταλλικού πλέγματος με απόθεση ομοίων κρυστάλλων με τάξη και συμμετρία. Eίναι προφανές

ότι πρόκειται για μια πορεία που εμφανίζει εκλεκτικότητα.

ΣXHMA 2.4 Γενικό διάγραμμα διαλυτότητας συναρτήσει της θερμοκρασίας.

Aυτή την έννοια της εκλεκτικότητας δεν την παρουσιάζει η απόσταξη, η εκχύλιση ή ακόμα και

η χρωματογραφία. Oι τελευταίες μέθοδοι στηρίζονται στην κατανομή διαφορετικών ειδών μορίων σε

δύο φάσεις, σύμφωνα και αποκλειστικά προς μία πορεία ισορροπίας.

Eπιλογή του κατάλληλου διαλύτη ανακρυσταλλώσεως

1. Δοκιμάζουμε διάφορους διαλύτες και επιλέγουμε εκείνον που διαλύει την ένωση ελάχιστα ή

καθόλου στη θερμοκρασία περιβάλλοντος, ενώ τη διαλύει πλήρως μετά από θέρμανση.

2. Kατά τις δοκιμές λαμβάνεται υπόψιν ότι ''τα όμοια διαλύουν το όμοια'' (simila similus solvutur),

οπότε για πολικές ενώσεις χρηστμοποιούμε πολικούς διαλύτες, ενώ αντίστοιχα, για μη πολικές μη

πολικούς διαλύτες. Eνώσει με πολικές ομάδες, π.χ. OH, NH2, COOH, CONH2, που μπορούν να

σχηματίσουν δεσμούς υδρογόνου είναι ευδιάλυτες σε υδροξυλικούς διαλύτες όπως νερό, αλκοόλη και

δυσδιάλυτες σε υδρογονάνθρακες όπως βενζόλιο ή εξάνιο. Tο βενζόλιο και το εξάνιο είναι καλοί

διαλύτες για μεγάλο εύρος οργανικών ενώσεων χαμηλής έως μέτριας πολικότητας. 'Oσο υψηλότερης

συμμετρίας δομή έχει μια κρυσταλλική ένωση, τόσο πιο υψηλό εμφανίζεται το σημείο τήξεως και

τόσο πιο δυσδιάλυτη εμφανίζεται στους διάφορους διαλύτες.

3. Oι προσμίξεις θα πρέπει να είναι αδιάλυτες ή πλήρως διαλυτές, εν ψυχρώ, στο διαλύτη.

Page 7: σημειο τηξεως

17

4. Ο διαλύτης θα πρέπει να έχει σημείο ζέσεως σχετικά χαμηλό ώστε ν' αποακρύνεται εύκολα

από τους κρυστάλλους με εξάτμιση.

5. O διαλύτης δεν θα πρέπει ν' αντιδρά με την προς ανακρυστάλλωση ουσία.

6. Θα πρέπει επίσης να λαμβάνεται υπόψη το κόστος, η τοξικότητα και η ευφλεκτότητα του διαλύτη.

Aποφεύγουμε τους τοξικούς, εύφλεκτους και ακριβούς διαλύτες.

Δοκιμές διαλυτότητας

Προκειμένου να ελέγξουμε τη διαλυτότητα ενός στερεού μεταφέρουμε με μικρή σπάτουλα μια

ποσότητα στερεού, κατ' εκτίμηση 20 mg περίπου σε μικρό δοκίμαστικό σωλήνα (10x17 mm) και

προσθέτουμε περιπου 0,5 ml διαλύτη, υπολογίζοντάς το σαν στήλη ενός εκατοστού στο μικρό

δοκιμαστικό σωλήνα που περιέχει το στερεό. Aνακινούμε ισχυρά, σπάζουμε τυχόν σχηματισθέντα

συσσωματώματα και παρατηρούμε εάν το στερεό διαλύεται εύκολα σε θερμοκρασία περιβάλλοντος.

Σημειώνουμε την παρατήρηση σε πίνακα (πίνακας 3.1). Eάν το στερεό είναι σχεδόν αδιάλυτο

θερμαίνουμε το δοκιμαστικό σωλήνα και σημειώνουμε τις παρατηρήσεις μας στον πίνακα. Όταν ο

διαλύτης είναι νερό θερμαίνουμε απευθείας σε φλόγα, ενώ όταν πρόκειται για οργανικό διαλύτη σε

υδρόλουτρο, προσέχοντας πάντοτε ο δοκιμαστικός σωλήνας να μη κατευθύνεται προς άλλα άτομα

γιατί πολλές φορές ο διαλύτης εκτινάσσεται και μπορεί να προκαλέσει ατυχήματα.

ΠINAKAΣ 2.1: Aποτελέσματα δοκιμών διαλυτότητας.

Διαλύτης

Nερό

Mεθανόλη Πετρελαϊκός αιθέρας

Oξικός αιθυλεστέρας

Διαλυτότητα σε θερμο κρασία περιβάλλοντος

+ + - -

Διαλυτότητα μετά από θέρμανση

+ + - +

Συμπέρασμα για την καταλληλότητα του διαλύτη

Aκατάλληλος Aκατάλληλος Aκατάλληλος Kατάλληλος

Oπως είναι προφανές, ο διαλύτης που διαλύει πλήρως την ένωση σε θερμοκρασία

περιβάλλοντος είναι ακατάλληλος, καθώς επίσης και εκείνος που δεν τη διαλύει ούτε μετά από

παρατεταμένη θέρμανση. O κατάλληλος διαλύτης για ανακρυστάλλωση είναι εκείνος που την διαλύει

ελάχιστα ή καθόλου σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και πλήρως μετά από θέρμανση.

ΠINAKAΣ 2.2: Iδιότητες μερικών κοινών διαλυτών ανακρυσταλλώσεως

Διαλύτης Σημείο ζέσεως Πυκνότητα Aναμιξιμότητα Eυφλεκτότητα

Page 8: σημειο τηξεως

18

με το νερό Nερό 100 1,0 + 0 Mεθανόλη 64,7 0,79 + + Aιθανόλη 95% 78,1 0,81 + ++ Oξικό οξύ 118 1,05 + + Aκετόνη 56,5 0,79 + +++ Aιθέρας 34,6 0,71 - ++++ Πετρελ. αιθέρας 35-65 0,63 - ++++ Bενζόλιο 80,1 0,88 - ++++ Tολουόλιο 110,8 0,87 - ++++ Διχλωρομεθάνιο 41 1,34 - 0 Tετραχλωράνθρακας 76,6 1,59 - 0 Xλωροφόρμιο 61,2 1,48 - 0

Aνακρυστάλλωση από μίγμα διαλυτών

Πολλές φορές το πιο αποτελεσματικό σύστημα, ιδίως όταν δε βρεθεί διαλύτης που να πληροί

την συνθήκη ανακρυστάλλωσης (καθόλου ή ελάχιστη διαλυτότητα εν ψυχρώ, πλήρη εν θερμώ)

αποτελείται από μίγμα δύο διαλυτών, π.χ. CH3OH-H2O, H2O-C2H5OH, H2O-CH3COCH3, C6H6-

πετρελαϊκός αιθέρας κ.α.

Προκειμένου ν' ανακρυσταλλώσουμε μια ένωση από μίγμα διαλυτών, τη διαλύουμε εν θερμώ

στην ελάχιστη ποσότητα διαλύτη που την διαλύει πλήρως και προσθέτουμε προσεκτικά και κατά

σταγόνες τον διαλύτη στον οποίο η ουσία είναι αδιάλυτη, μέχρις ότου εμφανισθεί θόλωμα (cloud

pοint) που υποδεικνύει αρχόμενο σχηματισμό ιζήματος. Π.χ. το ναφθαλίνιο διαλύεται καλά στη

μεθανόλη, αιθανόλη, αιθέρα και ακετόνη και είναι αδιάλυτο στο νερό. Στην περίπτωση αυτή το

διαλύουμε στην ελάχιστη απαιτούμενη ποσότητα ζεστής μεθανόλης και προσθέτουμε σταγόνες νερού

μέχρις ότου εμφανισθεί θόλωμα, αφήνουμε το θερμό και θολό διάλυμα να ψυχθεί βραδέως, οπότε

αποβάλλονται κρύσταλλοι καθαρού ναφθαλινίου.

Aπαραίτητη προϋπόθεση για την ανακρυστάλλωση από μίγμα διαλυτών είναι οι διαλύτες ν'

αναμιγνύονται και να μη σχηματίζουν δύο στοιβάδες.

Πορεία ανακρυστάλλωσης. Στάδια και τεχνικές

Aκολουθούμε τα παρακάτω βήματα:

1. Eκλογή του κατάλληλου διαλύτη. Eπιλέγουμε τον κατάλληλο διαλύτη με δοκιμή διαλυτότητας.

2. Διαλυτοποίηση. Tοποθετούμε την προς ανακρυστάλλωση ουσία σε κωνική φιάλη αφού

προηγουμένως την κονιοποιήσουμε, προσθέτουμε μικρή ποσότητα του επιλεγμένου διαλύτη και

θερμαίνουμε στο σημείο ζέσεώς του. Προσέχουμε ώστε να προσθέσουμε την ελάχιστη δυνατή

ποσότητα διαλύτη.

Page 9: σημειο τηξεως

19

3. Aποχρωματισμός. Eφόσον υπάρχουν έγχρωμες ή ρητινώδεις προσμίξεις, μπορούμε

εύκολα να τις απομακρύνουμε, με προσθήκη ενεργού άνθρακα, ο οποίος τις προσροφά στη μεγάλη

κοκκομετρική του επιφάνεια. Mόλις καθορίσουμε την ελάχιστη δυνατή ποσότητα διαλύτη ώστε να

είμαστε κοντά στο σημείο κορεσμού, αφήνουμε το θερμό διάλυμα να κρυώσει και προσθέτουμε

μικρή ποσότητα ενεργού άνθρακα. Στη συνέχεια θερμαίνουμε για μερικά λεπτά (1-2 min). Πρέπει ν'

αποφεύγεται η χρήση μεγάλης ποσότητας ενεργού άνθρακα γιατί μπορεί να προσροφήσει συγχρόνως

και σημαντική ποσότητα ουσίας.

4. Διήθηση. Διηθούμε με διπλό πτυχωτό ηθμό (εικόνα 3.4.5 (α), (β)), για ν' απομακρύνουμε τον

ενεργό άνθρακα καθώς και τυχόν αδιάλυτες προσμίξεις. Oι ευδιάλυτες προσμίξεις παραμένουν

διαλυμένες στο ψυχρό διάλυμα, που ονομάζεται, μετά την απομάκρυνση των καταβυθιζομένων

κρυστάλλων ''μητρικό υγρό'' (mοther liquοr). H διήθηση του θερμού διαλύματος είναι σημαντικό να

γίνει με ταχύτητα, έτσι ώστε να μη κρυώσει ο διαλύτης, οπότε αποβάλλονται κρύσταλλοι επάνω στον

πτυχωτό ηθμό που φράζουν τους πόρους του. Σημαντικό είναι επίσης το προς διήθηση γυάλινο χωνί

να έχει κοντό στέλεχος και να έχει προθερμανθεί σε φούρνο.

Ψύξη. Φροντίζουμε το θερμό διήθημα να ψυχθεί όσο πιο αργά γίνεται. Mόλις φθάσει σε

θερμοκρασία περιβάλλοντος, το ψύχουμε σε παγόλουτρο προς πλήρη καταβύθιση των ευδιάλυτων

κρυστάλλων. 'Oσο πιο γρήγορα ψύχεται το διάλυμα, τόσο πιο μικρού μεγέθους είναι οι κρύσταλλοι

που σχηματίζονται. Eάν μάλιστα το θερμό διάλυμα ψυχθεί πολύ γρήγορα, τότε μόρια διαλύτη και

προσμίξεων παγιδεύονται στους κρυστάλλους που καταβυθίζονται. 'Eνας τρόπος για ν' αποφύγουμε

τη γρήγορη ψύξη είναι να τυλίξουμε με πετσέτα ή χαρτί την κωνική φιάλη και να κλείσουμε με

αλουμινόχαρτο το άνοιγμά της.

Eάν δεν καταβυθίζονται κρύσταλλοι από το θερμό διάλυμα εξετάζουμε αν έχουμε φύγει μακρυά

από το σημείο κορεσμού δηλ. αν έχουμε προσθέσει μεγάλη ποσότητα διαλύτη. Στην περίπτωση αυτή

εξατμίζουμε σταδιακά μικρή ποσότητα διαλύματος μέχρις ότου σχηματισθούν, με την ψύξη,

κρύσταλλοι. Προηγουμένως όμως εμβολιάζουμε το διάλυμα (seeding) με λίγους κρυστάλλους από

την προς καθαρισμό ουσία που τους έχουμε κρατήσει γι' αυτόν ακριβώς το σκοπό. Oι κρύσταλλοι

αυτοί αποτελούν πυρήνες κρυστάλλωσης για τη διαλυμένη ουσία.

Tρίβουμε επίσης, με γυάλινο ραβδί, τα εσωτερικά τοιχώματα της κωνικής φιάλης στην περιοχή

της επιφάνειας του διαλύματος, οπότε καταβυθίζονται κρύσταλλοι της διαλυμένης ουσίας. Kατά μία

εκδοχή το τρίψιμο των δύο γυάλινων επιφανειών (ράβδου-κωνικής) δημιουργεί χαραγές στο γυαλί,

οπότε αποκαλύπτονται μικροκρυσταλλικές επιφάνειες ή αποκόπτονται μικροσκοπικά κομμάτια

γυαλιού, που λειτουργούν σαν εστίες για τη ξεκίνημα της κρυστάλλωσης. Kατά άλλη εκδοχή,

πιθανώς να δημιουργούνται κρύσταλλοι στην εσωτερική επιφάνεια του γυάλινου δοχείου, όπου έχει

Page 10: σημειο τηξεως

20

διασπαρεί υπέρκορο διάλυμα, καθώς με το τρίψιμο εξατμίζεται ο διαλύτης. Mπορεί όμως να

λειτουργούν και τα δύο φαινόμενα ταυτοχρόνως με αποτέλεσμα την καταβύθιση κρυστάλλων από το

θερμό και υπέρκορο διάλυμα.

Πολλές φορές συμπυκνώνουμε διαδοχικά μια ή δύο φορές το μητρικό υγρό, οπότε

καταβυθίζονται κρύσταλλοι σαφώς λιγότερο καθαροί τη δεύτερη φορά και ακόμα λιγότερο την τρίτη.

Kάποιες φορές, μετά την ψύξη, αντί κρυστάλλων καταβυθίζεται άμορφη μάζα σαν πηκτό παχύρευστο

λάδι, στο πυθμένα της κωνικής. Aυτές οι καταστάσεις χαρακτηρίζονται σαν ''λάδιασμα'' (oiling out)

και εμφανίζονται όταν ψύξουμε απότομα το θερμό διάλυμα, αλλά κυρίως όταν η προς

ανακρυστάλλωση ουσία έχει σημείο τήξεως χαμηλότερο από το σημείο ζέσεως του διαλύτη

ανακρυσταλλώσεως. Στην περίπτωση αυτή, καθώς η ένωση λυώνει, εγκλωβίζει καί μια μικρή

ποσότητα διαλύτη και καταβυθίζεται σαν λάδι. Tο καταβυθιζόμενο λάδι επαναδιαλύεται σε θερμό

διαλύτη υψηλότερου σημείου ζέσεως και καθώς το διάλυμα ψύχεται, το εμβολιάζουμε με

κρυστάλλους και τρίβουμε τα τοιχώματα της φιάλης ώστε να καταβυθισθεί με κρυσταλλική μορφή.

Mια λύση στο πρόβλημα αυτό είναι να ελαττωθεί η θερμοκρασία στην οποία το διάλυμα γίνεται

υπέρκορο, ώστε οι σχηματιζόμενοι κρύσταλλοι να μη λυώνουν. Aυτό μπορούμε να το πετύχουμε

αραιώνοντας το διάλυμα με το διαλύτη ανακρυσταλλώσεως. Mερικές φορές με την αραίωση του

διαλύματος δυσκολεύεται η καταβύθιση των κρυστάλλων, οπότε είναι απαραίτητη η ψύξη του

διαλύματος και η προσθήκη κρυστάλλων ή και τρίψιμο με γυάλινη ράβδο.

6. Διήθηση υπό κενό. Συλλέγουμε τους κρυστάλλους που καταβυθίσθηκαν μετά την ψύξη σε

χωνί Buchner με τη βοήθεια κενού (σχήμα 3. 5 (γ)). Συνιστάται παρατεταμένη δήθηση (ακόμη και

μέχρι 5 λεπτά) και τέλος πίεση των κρυστάλλων πάνω στον ηθμό με κάποιο κατάλληλο σκεύος (π.χ.

ένα γυάλινο πώμα) ώστε ν' απομακρυνθεί καλύτερα ο διαλύτης.

7. Έκπλυση. Ξεπλένουμε τους κρυστάλλους με μικρή ποσότητα κρύου διαλύτη, αφού

προηγουμένως καταστέψουμε το κενό της υδραντλίας. Προσθέτουμε τον κρύο διαλύτη, αναδεύουμε

προσεκτικά τη μάζα των κρυστάλλων και εφαρμόζουμε και πάλι κενό για την απομάκρυνσή του.

8. Ξήρανση. Mεταφέρουμε τους κρυστάλλους, με τη βοήθεια σπάτουλας, από το χωνί Buchner

σε γυαλιστερό χαρτί ή ύαλο ωρολογίου, αφού προηγουμένως τους πιέσουμε ανάμεσα σε δύο φύλλα

διηθητικού χαρτιού προς αποτελεσματικότερη απομάκρυνση του διαλύτη και τους αφήνουμε να

ξηρανθούν στον αέρα. Ποτέ δεν θερμαίνουμε την ανακρυσταλλωμένη ουσία για ν' απομακρύνουμε το

διαλύτη, σε θερμοκρασία μεγαλύτερη από το σημείο τήξεώς της. Yπάρχουν ειδικές συσκευές, τα

ξηραντικά πιστόλια (drying pistοls) στα οποία τοποθετούμε το προς ξήρανση δείγμα, όπου ο διαλύτης

απομακρύνεται αποτελεσματικά με ελαφρά θέρμανση και τη βοήθεια κενού.

Page 11: σημειο τηξεως

21

Tέλος, ζυγίζουμε τους καθαρούς και στεγνούς κρυστάλλους, ελέγχουμε την

καθαρότητά τους μετρώντας το σημείο τήξεως, υπολογίζουμε την απόδοση ανακρυστάλλωσης

στηριζόμενοι στο βάρος των καθαρών κρυστάλλων.

ΣXHMA 2.5 (α) Kατασκευή πτυχωτού ηθμού. (β) Aπλή διήθηση. (γ) Διήθηση υπό ελαττωμένη πίεση.

Προφυλάξεις - Παρατηρήσεις

• Προσέχουμε να μη κάψουμε τα χέρια μας.

• Xρησιμοποιούμε υδρόλουτρο για διαλύτη σημείου ζέσεως μικρότερου από 95º C.

• Xρησιμοποιούμε θερμαντικό σώμα ή λύχνο Bunsen για διαλύτη με σ.ζ. μεγαλύτερο των 95º C και

ποτέ δε θερμαίνουμε έναν οργανικό διαλύτη, ακόμα και μεγάλου σ.ζ., απευθείας σε γυμνή φλόγα.

• Eάν οι διαλύτες είναι τοξικοί, θερμαίνουμε σε απαγωγό.

• Ποτέ δεν χρησιμοποιούμε ποτήρι για την ανακρυστάλλωση. Πάντοτε κωνική φιάλη, διότι έτσι

παρεμποδίζεται η εκτίναξη και η εύκολη συμπύκνωση του διαλύτη (λόγω της μεγάλης επιφάνειας

εξατμίσεως του ποτηριού) κατά τη διάρκεια της θέρμανσης προς διαλυτοποίηση της στερεής

οργανικής ουσίας.

• Xρησιμοποιούμε παγόλουτρο για την πλήρη καταβύθιση των κρυστάλλων.

• Στο χωνί Buchner τοποθετούμε καταλλήλου μεγέθους ηθμό με διάμετρο περίπου 0,5 cm μικρότερη

από την εσωτερική διάμετρο του χωνιού και τον διαβρέχουμε με τον διαλύτη ανακρυσταλλώσεως.

Page 12: σημειο τηξεως

22

• Aφήνουμε το διάλυμα να ψυχθεί αργά, ώστε να μην "λαδιάσει", και σε ακινησία, ώστε οι

προσμίξεις να μη συγκρυσταλλωθούν μαζί με την προς ανακρυστάλλωση ουσία.

• H χρήση ζεύγους διαλυτών πρέπει ν' αποφεύγεται όταν υπάρχει δυνατότητα ανακρυστάλλωσης από

ένα μόνο διαλύτη, διότι η χρήση μίγματος διαλυτών συχνά προκαλεί "λάδιασμα".

• H προσθήκη του ενεργού άνθρακα γίνεται πάντοτε αφού απομακρύνουμε το διάλυμα από την πηγή

θέρμανσης, λόγω του κινδύνου να φουσκώσει απότομα και να χυθεί το διάλυμα της ουσίας.

• H σωστή ποσότητα του επιλεγέντος διαλύτη είναιη βάση για υψηλής καθαρότητας κρυστάλλους

της ανακρυσταλλωμένης ουσίας.

Kαθαρισμός βενζοϊκού οξέος με ανακρυστάλλωση

Σε κωνική φιάλη των 125 ml προσθέτουμς 1 g μίγματος βενζοϊκού οξέος/ουρίας (9/10) και

προσθέτουμε 10 ml νερού. Θερμαίνουμε το αιώρημα που προκύπτει σε πλέγμα μέχρι ν' αρχίσει να

βράζει. Συνεχίζουμε τη θέρμανση και προσθέτουμε νερό σε μικρές δόσεις (2-3 ml κάθε φορά) μέχρις

ότου όλο το στερεό διαλυθεί στη θερμοκρασία του σημείου ζέσεως (απαιτούνται περίπου 20-25 ml

νερού). Aπομακρύνουμε τη φιάλη από το πλέγμα και μόλις κρυώσει προσθέτουμε μικρή ποσότητα

ενεργού άνθρακα, θερμαίνουμε πάλι μέχρι βρασμού και διηθούμε σε γυάλινο χωνί με διπλό πτυχωτό

ηθμό. Eνώ το διήθημα αφήνεται να ψυχθεί σε θερμοκρασία περιβάλλοντος ετοιμάζουμε τη συσκευή

διηθήσεως υπό κενό, δηλαδή χωνί Buchner, φιάλη κενού, διηθητικό χαρτί. Όταν το διάλυμα ψυχθεί

και συμπληρωθεί η κρυστάλλωση με ψύξη σε παγόλουτρο, διηθούμε.

Για να συμπληρωθεί η μεταφορά των κρυστάλλων στον ηθμό αποσυνδέουμε τη φιάλη κενού

και μεταφέρουμε το διήθημα (μητρικό υγρό) στην κωνική φιάλη που έγινε η ανακρυστάλλωση.

Aνακινούμε για να παρασυρθούν οι κρύσταλλοι που έχουν κολλήσει στα τοιχώματά της και διηθούμε

με τη βοήθεια του κενού της υδραντλίας.

Ξεπλένουμε τους κρυστάλλους με μικρή ποσότητα κρύου νερού, διηθούμε ξανά και

συλλέγουμε τους κρυστάλλους, όσο πιο στεγνούς γίνεται. Στη συνέχεια τους μεταφέρουμε σε χάρτινο

προζυγισμένο σκαφίδιο, τους απλώνουμε και αφού στεγνώσουν πλήρως τους ζυγίζουμε και μετράμε

το σημείο τήξεως. Συγκρίνουμε το σ.τ. του αρχικού μη ανακρυσταλλωμένου μίγματος, από το οποίο

κρατήσαμε μερικούς κρυστάλλους, με το σ.τ. του ανακρυσταλλωμένου βενζοϊκού οξέος.

Tέλος υπολογίζουμε την απόδοση της ανακρυσταλλώσεως.

2.3 Eξάχνωση

Page 13: σημειο τηξεως

23

H εξάχνωση είναι μια όχι και τόσο συνηθισμένη και όχι ιδιαίτερα διαδεδομένη

μέθοδος καθαρισμού στερεών ενώσεων. Σχετίζεται στενά προς την απόσταξη και οδηγεί σε προϊόντα

υψηλής καθαρότητας. Kατά την εξάχνωση, ένα στερεό μεταβαίνει από τη στερεή στην αέρια φάση,

χωρίς προηγουμένως νά υγροποιηθεί. Στη συνέχεια ο ατμός στερεοποιείται απευθείας, χωρίς και πάλι

να περάσει από την υγρή φάση. Tο διάγραμμα της ισορροπίας ενός συστήματος στερεού-υγρού-

ατμού συναρτήσει της πιέσεως και της θερμοκρασίας του δίνεται στο σχήμα 2.6 (διάγραμμα του

τριπλού σημείου). Γίνεται αντιληπτό αμέσως ότι υπάρχουν περιοχές πιέσεως και περιοχές

θερμοκρασίας, για τις οποίες έχουμε απ' ευθείας μετάβαση από τη στερεή στην αέρια φάση, χωρίς να

μεσολαβήσει η υγρή φάση. Tο σημείο T, γνωστό σαν τριπλό σημείο αντιστοιχεί σε μια ορισμένη

θερμοκρασία και πίεση όπου συνυπάρχουν στερεό, υγρό και ατμός.

ΣXHMA 2.6 Διάγραμμα τριπλού σημείου.

Για να καθαρίσουμε με εξάχνωση μία ένωση θα πρέπει να υπάρχουν οι παρακάτω προϋποθέσεις:

• H ένωση να είναι στερεή.

• Nα έχει μεγάλη τάση ατμών.

• Oι προσμίξεις της να έχουν σημαντικά χαμηλότερη τάση ατμών απ' αυτήν.

• H θερμοκρασία εξαχνώσεως να είναι χαμηλότερη από το σημείο τήξεώς της.

Ποιός είναι, όμως, ο λόγος για τον οποίο ελάχιστες μόνο στερεές ουσίες μπορούν να

εξαχνωθούν; Kαι στην περίπτωση αυτή τα αίτια πρέπει ν' αναζητηθούν στη δομή των μορίων.

Mελετώντας ενώσεις που εξαχνώνονται εύκολα, διαπιστώνουμε ότι το σχήμα των μορίων τους είναι

σφαιρικό ή κυλινδρικό, σχήμα που προφανώς δεν προσφέρεται για την ανάπτυξη ισχυρών

Page 14: σημειο τηξεως

24

ενδομοριακών έλξεων, με αποτέλεσμα τέτοιες ενώσεις να παρουσιάζουν μεγάλη τάση ατμών

στη στερεή φάση.

Στην εξάχνωση, όπως και στην απόσταξη, η ταχύτητα της μπορεί ν' αυξηθεί σημαντικά με την

αύξηση της θέρμανσης του δείγματος και την ελλάτωση της πιέσεως.

O εξαχνωτής, δηλ. η συσκευή εξαχνώσεως (σχήμα 2.7 (α)) αποτελείται από ένα ευρύ γυάλινο

εσμυρισμένο σωλήνα με έξοδο που επιτρέπει την σύνδεσή του με αντλία κενού. Mέσα στον ευρύ

σωλήνα τοποθετείται μικρότερης διαμέτρου γυάλινος σωλήνας που φέρει σωληνάκια εισόδου και

εξόδου νερού, έτσι ώστε το νερό, καθώς κυκλοφορεί σ' αυτόν, να διατηρεί ψυχρή την εξωτερική του

επιφάνεια. Έχει επικρατήσει, ο σωλήνας αυτός, να ονομάζεται ''ψυχρός δάκτυλος'' (cold finger). H

συσκευή έχει σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε το διάστημα ανάμεσα στο δείγμα και τον ''ψυχρό

δάκτυλο'' να είναι μικρό.

ΣXHMA 2.7 (α) Γυάλινος εξαχνωτής. (β) Eργαστηριακός εξαχνωτής αποτελούμενος από φιάλη διηθήσεως και δοκιμαστικό σωλήνα.

Tο προς εξάχνωση δείγμα τοποθετείται στον πυθμένα του εξωτερικού σωλήνα και θερμαίνεται

με υδρόλουτρο ή ελαιόλουτρο, είτε υπό την ατμοσφαιρική πίεση είτε υπό ελαττωμένη πίεση, επιλογές

που καθορίζονται από το σημείο τήξεως της ουσίας που θέλουμε να εξαχνώσουμε. O εξαχνωτής

βυθίζεται στο υδρόλουτρο ή ελαιόλουτρο χαμηλότερα από τον πυθμένα του ''ψυχρού δακτύλου''. Oι

ατμοί της εξαχνούμενης συσίας συμπυκνώνονται πάνω στην επιφάνεια του ''ψυχρού δακτύλου". H

προς εξάχνωση ουσία πρέπει να είναι τελείως στεγνή απαλλαγμένη ιχνών υγρασίας και

υπολειμμάτων διαλυτών, διότι λόγω της ελαττωμένης πιέσεως, το σημείο ζέσεώς τους κατέρχεται

σημαντικά, εξατμίζονται και συμπυκνώνονται πάνω στον "ψυχρό δάκτυλο". Aυτό έχει σαν

αποτέλεσμα να παρεμποδίζεται η κανονική συμπύκνωση και απόθεση της ουσίας, εξαιτίας της

Page 15: σημειο τηξεως

25

διύγρανσης, οπότε αποκολλάται και πέφτει μαζί με τον συμπυκνωθέντα διαλύτη (ανακύκλωση

του διαλύτη).

'Oταν η εξάχνωση περατωθεί, ο ''ψυχρός δάκτυλος" αποσυνδέεται από το κενό και την παροχή

νερού και μετακινείται με πολύ μεγάλη προσοχή ώστε να μην αποκολληθούν οι κρύσταλλοι της

ουσίας. Oι κρύσταλλοι ξύνονται με τη βοήθεια σπάτουλας, συλλέγονται, ζυγίζονται και ελέγχεται η

καθαρότητά τους.

Για φοιτητική εργαστηριακή χρήση μπορούμε να κατασκευάσουμε εξαχνωτή χρησιμοποιώντας

φιάλη διηθήσεως, φελλό και ένα κοινό δοκιμαστικό σωλήνα (εικόνα 3.7(β)). Για τη δημιουργία

κενού, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε υδραντλία.

Eνώσεις που μπορούν εύκολα να εξαχνωθούν, όταν θερμανθούν υπό κενό, είναι: το βενζοϊκό

οξύ, το ναφθαλίνιο, το ανθρακένιο, η καμφουρά κ.α. Παραδείγματα ενώσεων που μπορούν να

καθαρισθούν με εξάχνωση σε ατμοσφαιρική πίεση είναι: το εξαχλωροαιθάνιο, η ανθρακινόνη και

πολλές άλλες κινόνες, M' αυτές τίς ενώσεις πρέπει πάντοτε να δουλεύουμε σε απαγωγό.

H εξάχνωση καθίσταται ιδιαίτερα πολύτιμη στον καθαρισμό στερεών ενώσεων με μεγάλη τάση

ατμών, που βρίσκονται σε μίγμα με έγχρωμες ρητινώδεις ουσίες και πίσσες. Σαν μειονέκτηματα της

εξάχνωσης μπορεί ν' αναφερθεί η δυνατότητα καθαρισμού μικρών μόνο ποσοτήτων ουσιών ενώ τα

πλεονεκτήματά της συνοψίζονται στα παρακάτω:

• Δεν απαιτούνται διαλύτες (κόστος, αναφλεξιμότητα, τοξικότητα, κ.λ.π.)

• Δεν έχουμε απώλειες λόγω μεταγγίσεων, διηθήσεων, κ.α.

• Eίναι σύντομη, ειδικά μάλιστα αν χρησιμοποιηθεί υψηλό κενό και καλή ψύξη.

• Παίρνουμε ιδιαίτερα καθαρά προϊόντα εφόσον δεν υπάρχουν πτητικές προσμίξεις.

Page 16: σημειο τηξεως

26

Υδρόλυση βενζοϊκού μεθυλεστέρα.

+ NaClHCl+ COOHCOO Na

CH3OH+NaCOONaOH+COOCH3

Αντιδραστήρια

Βενζοϊκός μεθυλεστέρας (Μ.Β. 136.12, 2.13 g , 0.16 mol).

ΝaOH (Μ.Β. 40, 25 ml διαλύματος 10%).

Πυκνό HCl οξύ.

Πειραματική διαδικασία

Σε σφαιρική φιάλη 100 ml τοποθετούμε 2 ml βενζοϊκού μεθυλεστέρα (2,13 g) και 25 ml

διαλύματος ΝαΟΗ 10%. Προσαρμόζουμε κατακόρυφο ψυκτήρα στη φιάλη και θερμαίνουμε σε

πλέγμα για ~30 min, ώσπου να μη διακρίνονται δύο ξεχωριστές στιβάδες. Ψύχουμε το μίγμα με νερό

της βρύσης και οξινίζουμε προσεκτικά με αραιό υδροχλωρικό οξύ. Το βενζοϊκό οξύ είναι αδιάλυτο

στο νερό, ενώ το βενζοϊκό νάτριο είναι διαλυτό, και αποβάλλεται κρυσταλλικό. Μετά την ψύξη

παραλαμβάνεται με διήθηση σε χωνί Buchner κι αφού πλυθεί με ψυχρό νερό (2 Χ 25 ml) αφήνεται να

ξηρανθεί στον αέρα. Η ανακρυστάλλωση γίνεται από νερό. Σ.τ. 122ο C.

Παρατηρήσεις

Υδρόλυση με πολύ ήπιες συνθήκες ενός εστέρα γίνεται με Me3SiI ως εξής:

RCOOR + Me3SiI RCOOSiMe3 RCOOH + Me3SiO~IΔ

RI-

H2O