Name: solubility-based mixture separation
Uploaded: 2023-04-30T06:29:27.000Z
Duration: 8 min 2 s
Channel: JoVE

K12 Standards

Tennessee Academic Standards

High School

Chemistry

Matter and Its Interactions

CHEM1.PS1.7

Separation of Mixtures via Precipitation

1. هطول الأمطار من CaCO3
<ol>
	<li>تحضير 5 مل من 1 م CaCl2.</li>
	<li>تحضير 5 مل 1 م Na2CO3.</li>
	<li>في أنبوب طرد مركزي صغير (1.5 مل) ، أضف 750 ميكرولتر من CaCl2 و 750 ميكرولتر من Na2CO3.</li>
	<li>انتظر 2 دقيقة حتى يحدث رد الفعل. يجب أن يتحول الحل إلى غائم.</li>
	<li>الطرد المركزي الخليط على حرارة 10,000 × جم لمدة 5 دقائق.</li>
	<li>صب المادة الطاففة.</li>
	<li>أضف 1 مل من الماء البارد إلى الحبيبات.</li>
	<li>أعد تعليق الحبيبات عن طريق الخلط في خلاط دوامة لمدة 10 ثوان.</li>
	<li>الطرد المركزي الخليط على حرارة 10,000 × جم لمدة 5 دقائق.</li>
	<li>صب المادة الطاففة.</li>
</ol>
2. ترسيب بروتينات الحليب
<ol>
	<li>يسكب الحليب في دورق ويضاف لوح التقليب.</li>
	<li>سخني الحليب برفق حتى 40 درجة مئوية في طبق ساخن مع التحليق. لا تسخن أكثر من 40 درجة مئوية.</li>
	<li>تحضير 15٪ (حجم / حجم) من حمض الأسيتيك عن طريق خلط 7.5 مل من حمض الأسيتيك وتخفيفه في كمية كافية من الماء للوصول إلى 50 مل.</li>
	<li>اغمر قطب مقياس الأس الهيدروجيني في الحليب الدافئ ، وراقب درجة الحموضة.</li>
	<li>أضف حمض الأسيتيك إلى الحليب حتى تصل إلى درجة حموضة 4.6.</li>
	<li>ترشيح الحليب
	<ol>
		<li>قم بطلاء قطعة من ورق الترشيح وضعها في قمع.</li>
		<li>ضع القمع في قارورة ، واسكب محلول الحليب المحمض في القمع.</li>
		<li>أثناء سكب المحلول ، قد ينسد ورق الترشيح. باستخدام قضيب التحريك ، قم بتحريك المحلول وورق الترشيح من حين لآخر لفك السداد. إذا لم يحسن مرور المحلول ، فقم بتغيير ورق الترشيح.</li>
		<li>ضع ورق ترشيح جديد على سطح المنضدة وانقل أكبر قدر من المادة الصلبة المبللة إلى ورق الترشيح الجديد. يجب أن يمتص هذا المزيد من الماء من المواد الصلبة.</li>
		<li>إذا أصبح ورق الترشيح الجديد مبللا جدا، فاستمر في تغييره حتى يكون هناك الحد الأدنى من البلل على ورق التصفية. اضغط عليه برفق لامتصاص المزيد من الماء إذا لزم الأمر.</li>
		<li>خذ المادة الصلبة المجففة وأعد تعليقها في حوالي 70٪ من الإيثانول. قم بتصفية المادة الصلبة مرة أخرى باتباع الخطوات من 2.6.1 إلى 2.6.5.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>الطرد المركزي للحليب (كبديل للترشيح)
	<ol>
		<li>انقل 50 مل من أجزاء الخليط إلى أنابيب طرد مركزي سعة 50 مل.</li>
		<li>جهاز طرد مركزي عند 4,500 × جم لمدة 10 دقائق ، ثم صب المادة الطافية.</li>
		<li>أضف 50 مل 70٪ إيثانول إلى الحبيبات.</li>
		<li>باستخدام قضيب التحريك ، أعد تعليق الحبيبات في الإيثانول.</li>
		<li>جهاز الطرد المركزي هذا التعليق بعد الخطوة 2.7.2.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>أعد تعليق الحبيبات في المخزن المؤقت لمزيد من التحليل مثل SDS-PAGE، وإلا قم بتخزينها عند 4 درجات مئوية.</li>
</ol>
فئة 3. إعادة بلورة KCl
<ol>
	<li>تزن 50 جم من KCl في قارورة Erlenmeyer ، وأضف 100 مل من الماء</li>
	<li>سخني الخليط حتى يغلي الماء. تأكد من إذابة مسحوق KCl بالكامل. قد لا تذوب بعض الشوائب في الماء.</li>
	<li>سخني قارورة إرلينماير أخرى (فارغة) مع الخليط واتركيها دافئة جدا.</li>
	<li>ضع قمعا بورق ترشيح في القارورة الدافئة الفارغة.</li>
	<li>صب المحلول من خلال ورق الترشيح لإزالة الشوائب غير المذابة. يتم الاحتفاظ بقارورة الاستقبال دافئة للتأكد من عدم حدوث أي تغيرات في درجة الحرارة أثناء الترشيح ، وإلا سيتشكل راسب خام. إذا حدث ذلك ، أعد تسخين الخليط حتى يذوب كل الرواسب.</li>
	<li>قم بإزالة القارورة مع المحلول من الحرارة.</li>
	<li>احتفظ بها في مكان بارد في الغرفة واتركها تبرد ببطء لمدة 30 دقيقة تقريبا ، أو حتى تختفي الدفء عند لمسها.</li>
	<li>بمجرد أن تبرد إلى درجة حرارة الغرفة ، ضع القارورة في حمام جليدي لخفض درجة الحرارة بشكل أكبر. بدلا من ذلك ، يمكن للمرء ترك القارورة داخل الثلاجة أو غرفة يتم التحكم في درجة حرارتها عند 4 درجات مئوية.</li>
	<li>يمكن حصاد البلورات عن طريق الترشيح كما في الخطوات 3.4-3.5 (استخدم قارورة وقمع في درجة حرارة الغرفة).</li>
</ol>
<div class = "chapter_text" id = "script_0" >
هطول الأمطار هو تقنية تستخدم لفصل خليط بناء على قابلية ذوبان مكوناته. تعتمد قابلية ذوبان المركب على القوة الأيونية للمحلول ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة. يمكن أن يتسبب التلاعب بهذه العوامل في أن يصبح المركب مادة صلبة غير قابلة للذوبان ، ويسقط من المحلول. وهذا ما يسمى هطول الأمطار.
تشكل المادة الصلبة غير القابلة للذوبان ، والتي تسمى الراسب ، في البداية تعليقا ، مما يعني أنها مشتتة جيدا في المحلول. عادة ما يتكتل الراسب ، ثم يتم فصله عن السائل عن طريق الترسيب أو الطرد المركزي أو الترشيح. سيقدم هذا الفيديو عدة طرق لفصل المركبات باستخدام هطول الأمطار ، ويوضح إجراء في المختبر.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_1">
يمكن ترسيب المركب المذاب خارج المحلول عن طريق إدخال أيون مضاد. على سبيل المثال ، يمكن ترسيب الفضة خارج المحلول في التفاعل بين نترات الفضة وكلوريد الصوديوم. يتم استبدال أيون النترات بأيون مضاد ، كلوريد ، مما يؤدي إلى تكوين كلوريد الفضة الصلب.
يمكن أن تؤدي زيادة تركيز الملح في المحلول أيضا إلى هطول الأمطار. هذه التقنية ، التي تسمى التمليح ، شائعة لعزل البروتينات. عند تركيز الملح العالي ، تنجذب جزيئات الماء بشكل أكبر إلى الملح المذاب ، مما يترك عددا أقل لتثبيت البروتين. نتيجة لذلك ، تتجمع جزيئات البروتين وتشكل مادة صلبة.
يمكن أن يحدث هطول الأمطار أيضا بسبب تغير في درجة الحموضة. عند درجة الحموضة العالية والمنخفضة ، يتم شحن البروتين وينجذب إلى المحلول القطبي. عند نقطة معينة، تصبح الشحنة الصافية للمركب صفرا. هذه هي النقطة متساوية الكهرباء ، أو pI. المركب غير قادر على التفاعل مع المحلول القطبي ، مما يتسبب في تجميعه وترسبه.
تؤثر درجة الحرارة أيضا على الذوبان ، حيث تزيد درجة الحرارة المرتفعة من قابلية ذوبان المواد الصلبة. عن طريق خفض درجة الحرارة ، يمكن أن تعيد المركبات الذائبة التصلب. يحدد معدل التكوين الصلب النقاء النسبي.
ستوضح التجارب التالية ترسيب بروتين الكازين من الحليب باستخدام الأس الهيدروجيني ، والمزيد من الفصل عن طريق طرق الترشيح والطرد المركزي.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_2">
لبدء هذا الإجراء ، أضف 250 مل من الحليب إلى دورق مع شريط تقليب. سخني الحليب برفق إلى 40 درجة مئوية على طبق ساخن مع التحلية. اغمر مقياس الأس الهيدروجيني في الحليب الدافئ ، وراقب درجة الحموضة. أضف حمض الأسيتيك إلى الحليب حتى يصل الرقم الهيدروجيني إلى نقطة الكازين المتساوية الكهربية ، 4.6. تترسب بروتينات الحليب غير القابلة للذوبان ، أو الخثارة ، من المحلول عند النقطة المتساوية الكهربية. قم بإزالة الخثارة من المحلول عن طريق الترشيح. إذا كان ورق الترشيح مسدودا ، فقم بخلطه بملعقة للمساعدة في تدفق المحلول. إذا لم يؤد ذلك إلى تحسين الترشيح، فقم بتغيير ورق الترشيح. انقل المادة الصلبة المبللة من ورق الترشيح المسدود إلى ورق الترشيح الجديد. يجب أن يمتص هذا المزيد من السائل ، أو مصل اللبن ، من المواد الصلبة. استمر في تغيير ورق الترشيح حتى يكون هناك حد أدنى من البلل. قد يساعد الضغط برفق على المواد الصلبة ورق الترشيح على امتصاص المزيد من مصل اللبن.
أعد تعليق مواد الحليب المجفف الصلبة في 70٪ من الإيثانول لغسل الدهون الفوسفورية من الخثارة ثم كرر عملية الترشيح. كبديل للترشيح ، يمكن أيضا فصل المواد الصلبة البروتينية باستخدام الطرد المركزي. أجهزة الطرد المركزي 50 مل أجزاء من خليط الحليب وصب المادة الطافية. أعد تعليق الحبيبات في 50 مل من 70٪ إيثانول للمساعدة في إزالة الدهون الفوسفورية من الخثارة ، وكرر عملية الطرد المركزي.
يمكن بعد ذلك تخزين المواد الصلبة لبروتين الحليب أو إعادة تعليقها في محلول آخر لمزيد من التحليل ، مثل SDS-PAGE. لمزيد من المعلومات ، شاهد الفيديو الخاص بنا حول هذه التقنية. يظهر تحليل SDS-PAGE أن هطول الأمطار مكن من إزالة معظم الشوائب من مصل اللبن. تم العثور على كل الكازين في الحبيبات ، بينما لم يتم العثور على أي شيء في المادة الطافية.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_3">
هطول الأمطار هو تقنية شائعة الاستخدام ، والتي يمكن تطبيقها لفصل مجموعة متنوعة من الخلائط أو المحاليل.
يمكن ترسيب المركبات من محلول باستخدام أيون مضاد ، كما في هذا المثال لترسيب كربونات الكالسيوم.
كلوريد الكالسيوم وكربونات الصوديوم كلاهما قابل للذوبان في المرحلة المائية.
عندما يتم خلطهما ، يشكل الكالسيوم والكربونات مادة صلبة غير قابلة للذوبان ، والتي يمكن فصلها بالطرد المركزي. لمزيد من المعلومات حول هذا الموضوع ، انظر الفيديو التعليمي الخاص بنا حول قواعد الذوبان.
يمكن استخدام الترسيب في تحضير المواد الصلبة ذات الحجم النانوي الموجودة في مجموعة واسعة من التطبيقات في تكنولوجيا النانو. في هذا المثال ، تم استخدام البذور ذات المقياس النانوي للتحكم في نمو بلورات النانو.
تم تسخين السلائف ، وتفاعلت مع ثلاثي أوكتيل فوسفين سيلينيد ، ثم تم تبريدها بسرعة. تمت إضافة الميثانول إلى المحلول المبرد ، من أجل ترسيب المواد الصلبة. ثم تم استرداد البلورات عن طريق الطرد المركزي ، وتحليل التركيب البلوري باستخدام حيود الأشعة السينية.
يمكن أيضا استخدام الترسيب في تحضير الروابط البوليمرية لتطبيقات توصيل الأدوية. في هذا المثال ، يتم تصنيع الترابط وتصريفه مع البلاتين لاستخدامه كعلاج مضاد للسرطان. أولا ، تم تصنيع الترابط باستخدام تفاعل اقتران أميد. تسارع مع تقدم رد الفعل. ثم تم استرداده باستخدام الترشيح.
ثم تم تنقية المادة الصلبة باستخدام إعادة التبلور ، وتصفيتها مرة أخرى. ثم تم تجميع الترابط بمركب البلاتين ، وتجفيفه ، ثم تنقيته باستخدام الترسيب الجزئي من الماء مع الأسيتون. تم تأكيد اقتران البلاتين باستخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي. يمكن بعد ذلك دراسة المركبات لفعاليتها وآثارها الجانبية كعوامل مضادة للسرطان.
</div>
<div class = "chapter_text" id = "script_4" >
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لفصل الخلائط باستخدام هطول الأمطار. يجب أن تفهم الآن الطرق المختلفة لهطول الأمطار ، وكيفية إجراء هذه التجارب في المختبر.
شكرا للمشاهدة!
</div>

يتم تطبيق تفاعلات الترسيب على العديد من عمليات تحضير العينات. كما ذكرنا سابقا ، يمكن استخدامها لإزالة الأملاح أو أيونات معينة اعتمادا على توازن الذوبان. يمكن استخدامها أيضا لإزالة البروتينات والجزيئات الحيوية الأخرى من المخاليط.
غالبا ما يتم استخدام إعادة التبلور لزيادة تنقية المواد الصلبة. هذه العملية تزيل الشوائب المحاصرة داخل المادة الصلبة. من بين أمور أخرى ، يمكن استخدام إعادة التبلور لتنقية الأملاح والجزيئات العضوية.
تقنيات الطرد المركزي والترشيح قابلة للتطبيق ...

فصل المخاليط عن طريق الترسيب

المصدر: مختبر الدكتورة آنا ج. غارسيا - سايز - جامعة توبنغن
معظم العينات ذات الأهمية هي مخاليط من العديد من المكونات المختلفة. ويزيل إعداد العينة، وهو خطوة رئيسية في العملية التحليلية، التداخلات التي قد تؤثر على التحليل. على هذا النحو ، يعد تطوير تقنيات الفصل مسعى مهما ليس فقط في الأوساط الأكاديمية ، ولكن أيضا في الصناعة. 
تتمثل إحدى طرق فصل الخلائط في استخدام خصائصها القابلة للذوبان. في هذه الورقة القصيرة ، سنتعامل مع المحاليل المائية. تعتمد قابلية ذوبان المركب ذي الأهمية على (1) القوة الأيونية للمحلول ، (2) درجة الحموضة ، و (3) درجة الحرارة. من خلال التلاعب بهذه العوامل الثلاثة ، يمكن استخدام الحالة التي يكون فيها المركب غير قابل للذوبان لإزالة المركب محل الاهتمام من بقية العينة. 1

يتم استخدام توازن الذوبان في العديد من عمليات التنقية. يمكن إزالة الكالسيوم من الماء باستخدام كربونات الصوديوم. حاصل ضرب الذوبان (Ksp) من CaCO3 هو 4.8 × 10-9. خلط 1 م من CaCl2 و 1 M من Na2CO3 أنتج CaCO3 الترسب. تم فصل الراسب عن بقية المحلول باستخدام الطرد المركزي. 
يحتوي الكازين (بروتين رئيسي في الحليب) على نقطة متساوية كهربية عند درجة الحموضة 4.6 وشكل خثارة غير قابلة للذوبان عند درجة الحموضة هذه. ثم تم فصل ا...

Source: Laboratory of Dr. Ana J. Garc&#237;a-S&#225;ez &#8212; University of T&#252;bingen
Most samples of interest are mixtures of many different ...

هطول الأمطار هو تقنية تستخدم لفصل خليط بناء على قابلية ذوبان مكوناته. تعتمد قابلية ذوبان المركب على القوة الأيونية للمحلول ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة. يمكن أن يتسبب التلاعب بهذه العوامل في أن يصبح المركب مادة صلبة غير قابلة للذوبان ، ويسقط من المحلول. وهذا ما يسمى هطول الأمطار. تشكل المادة الصلبة غير القابلة للذوبان ، والتي تسمى الراسب ، في البداية تعليقا ، مما يعني أنها مشتتة جيدا في المحلول. عادة ما يتكتل الراسب ، ثم يتم فصله عن السائل عن طريق الترسيب أو الطرد المركزي أو الترشيح. سيقدم هذا الفيديو عدة طرق لفصل المركبات باستخدام هطول الأمطار ، ويوضح إجراء في المختبر. يمكن ترسيب المركب المذاب خارج المحلول عن طريق إدخال أيون مضاد. على سبيل المثال ، يمكن ترسيب الفضة خارج المحلول في التفاعل بين نترات الفضة وكلوريد الصوديوم. يتم استبدال أيون النترات بأيون مضاد ، كلوريد ، مما يؤدي إلى تكوين كلوريد الفضة الصلب. يمكن أن تؤدي زيادة تركيز الملح في المحلول أيضا إلى هطول الأمطار. هذه التقنية ، التي تسمى التمليح ، شائعة لعزل البروتينات. عند تركيز الملح العالي ، تنجذب جزيئات الماء بشكل أكبر إلى الملح المذاب ، مما يترك عددا أقل لتثبيت البروتين. نتيجة لذلك ، تتجمع جزيئات البروتين وتشكل مادة صلبة. يمكن أن يحدث هطول الأمطار أيضا بسبب تغير في درجة الحموضة. عند درجة الحموضة العالية والمنخفضة ، يتم شحن البروتين وينجذب إلى المحلول القطبي. عند نقطة معينة، تصبح الشحنة الصافية للمركب صفرا. هذه هي النقطة متساوية الكهرباء ، أو pI. المركب غير قادر على التفاعل مع المحلول القطبي ، مما يتسبب في تجميعه وترسبه. تؤثر درجة الحرارة أيضا على الذوبان ، حيث تزيد درجة الحرارة المرتفعة من قابلية ذوبان المواد الصلبة. عن طريق خفض درجة الحرارة ، يمكن أن تعيد المركبات الذائبة التصلب. يحدد معدل التكوين الصلب النقاء النسبي. ستوضح التجارب التالية ترسيب بروتين الكازين من الحليب باستخدام الأس الهيدروجيني ، والمزيد من الفصل عن طريق طرق الترشيح والطرد المركزي. لبدء هذا الإجراء ، أضف 250 مل من الحليب إلى دورق مع شريط تقليب. قم بتسخين الحليب برفق إلى 40 ؟ ج على طبق ساخن مع التحليق. اغمر مقياس الأس الهيدروجيني في الحليب الدافئ ، وراقب درجة الحموضة. أضف حمض الأسيتيك إلى الحليب حتى يصل الرقم الهيدروجيني إلى نقطة الكازين المتساوية الكهربية ، 4.6. تترسب بروتينات الحليب غير القابلة للذوبان ، أو الخثارة ، من المحلول عند النقطة المتساوية الكهربية. قم بإزالة الخثارة من المحلول عن طريق الترشيح. إذا كان ورق الترشيح مسدودا ، فقم بخلطه بملعقة للمساعدة في تدفق المحلول. إذا لم يؤد ذلك إلى تحسين الترشيح، فقم بتغيير ورق الترشيح. انقل المادة الصلبة المبللة من ورق الترشيح المسدود إلى ورق الترشيح الجديد. يجب أن يمتص هذا المزيد من السائل ، أو مصل اللبن ، من المواد الصلبة. استمر في تغيير ورق الترشيح حتى يكون هناك حد أدنى من البلل. قد يساعد الضغط برفق على المواد الصلبة ورق الترشيح على امتصاص المزيد من مصل اللبن. أعد تعليق مواد الحليب المجفف الصلبة في 70٪ من الإيثانول لغسل الدهون الفوسفورية من الخثارة ثم كرر عملية الترشيح. كبديل للترشيح ، يمكن أيضا فصل المواد الصلبة البروتينية باستخدام الطرد المركزي. أجهزة الطرد المركزي 50 مل أجزاء من خليط الحليب وصب المادة الطافية. أعد تعليق الحبيبات في 50 مل من 70٪ إيثانول للمساعدة في إزالة الدهون الفوسفورية من الخثارة ، وكرر عملية الطرد المركزي. يمكن بعد ذلك تخزين المواد الصلبة لبروتين الحليب أو إعادة تعليقها في محلول آخر لمزيد من التحليل ، مثل SDS-PAGE. لمزيد من المعلومات ، شاهد الفيديو الخاص بنا حول هذه التقنية. يظهر تحليل SDS-PAGE أن هطول الأمطار مكن من إزالة معظم الشوائب من مصل اللبن. تم العثور على كل الكازين في الحبيبات ، بينما لم يتم العثور على أي شيء في المادة الطافية. هطول الأمطار هو تقنية شائعة الاستخدام ، والتي يمكن تطبيقها لفصل مجموعة متنوعة من الخلائط أو المحاليل. يمكن ترسيب المركبات من محلول باستخدام أيون مضاد ، كما في هذا المثال لترسيب كربونات الكالسيوم. كلوريد الكالسيوم وكربونات الصوديوم كلاهما قابل للذوبان في المرحلة المائية. عندما يتم خلطهما ، يشكل الكالسيوم والكربونات مادة صلبة غير قابلة للذوبان ، والتي يمكن فصلها بالطرد المركزي. لمزيد من المعلومات حول هذا الموضوع ، انظر الفيديو التعليمي الخاص بنا حول قواعد الذوبان. يمكن استخدام الترسيب في تحضير المواد الصلبة ذات الحجم النانوي الموجودة في مجموعة واسعة من التطبيقات في تكنولوجيا النانو. في هذا المثال ، تم استخدام البذور ذات المقياس النانوي للتحكم في نمو بلورات النانو. تم تسخين السلائف ، وتفاعلت مع ثلاثي أوكتيل فوسفين سيلينيد ، ثم تم تبريدها بسرعة. تمت إضافة الميثانول إلى المحلول المبرد ، من أجل ترسيب المواد الصلبة. ثم تم استرداد البلورات عن طريق الطرد المركزي ، وتحليل التركيب البلوري باستخدام حيود الأشعة السينية. يمكن أيضا استخدام الترسيب في تحضير الروابط البوليمرية لتطبيقات توصيل الأدوية. في هذا المثال ، يتم تصنيع الترابط وتصريفه مع البلاتين لاستخدامه كعلاج مضاد للسرطان. أولا ، تم تصنيع الترابط باستخدام تفاعل اقتران أميد. تسارع مع تقدم رد الفعل. ثم تم استرداده باستخدام الترشيح. ثم تم تنقية المادة الصلبة باستخدام إعادة التبلور ، وتصفيتها مرة أخرى. ثم تم تجميع الترابط بمركب البلاتين ، وتجفيفه ، ثم تنقيته باستخدام الترسيب الجزئي من الماء مع الأسيتون. تم تأكيد اقتران البلاتين باستخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي. يمكن بعد ذلك دراسة المركبات لفعاليتها وآثارها الجانبية كعوامل مضادة للسرطان. لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لفصل الخلائط باستخدام هطول الأمطار. يجب أن تفهم الآن الطرق المختلفة لهطول الأمطار ، وكيفية إجراء هذه التجارب في المختبر. شكرا للمشاهدة!

Education

JoVE Science Education

الكيمياء

Organic Chemistry

الكيمياء العضوية

solubility-based mixture separation

Solubility-based separation removes a compound from a mixture by making it insoluble in water. Most samples of interest contain many different components, so sample preparation is an important step before analysis. It helps remove interferences that could affect the results. This separation method is useful in both academic and industrial settings.

The process relies on the solubility properties of compounds in aqueous solutions. A compound’s solubility can depend on ionic strength, pH, and temperature. By adjusting these three factors, it is possible to create conditions where the compound of interest no longer stays dissolved. It can then be separated from the rest of the sample.

Solubility-Based Mixture Separation

introduction to catalysis

Catalysis in Industry and Sustainability

Catalysis is a major part of modern technology. It helps chemical reactions happen by lowering activation energy, which is the energy needed to start a reaction. Catalysts can also affect selectivity, or which products form during a reaction. Catalysis has a large impact on industry and daily life. It is linked to about 35% of global GDP. It also supports the food supply for about 33% of the world’s population through fertilizers made by the Haber process. Because catalysts improve how...

assembly of a reflux system for heated chemical reactions

assembly-of-a-reflux-system-for-heated-chemical-reactions

Reflux Setup for Heating Reactants Safely

A reflux setup lets chemists heat reactants without losing material to evaporation. Many chemical experiments need elevated temperatures before a reaction starts. When the reactants or solvent have low boiling points, heating can cause them to escape as vapor. A reflux system prevents that loss by condensing the vapor that forms during heating. The condensed liquid then flows back into the reaction vessel. This keeps the reactants and solvent in the flask while the reaction is heated.

conducting reactions below room temperature

conducting-reactions-below-room-temperature

Cooling Baths for Low-Temperature Reactions

Low-temperature reactions are often run with cooling baths to keep the reaction flask below room temperature. Chemists use this setup when they want a reaction to stay within a specific temperature range. The reagents in the flask do not touch the cooling bath itself. Reaction rate depends on molecular collisions. At higher temperatures, atoms and molecules move faster, collide more often, and react more effectively. A common rule of thumb based on the Arrhenius equation says that raising the...

schlenk lines transfer of solvents

Air-Free Solvent Transfer by Vacuum

Schlenk lines and high vacuum lines are used to move solvents without exposing them to moisture or oxygen. They do this by keeping reactions under a slight overpressure of inert gas, usually nitrogen or argon, or by using vacuum. Vacuum transfer is a separate method for isolating solvents and other volatile reagents from drying agents or other nonvolatile materials. It lets users dispense clean solvent into a reaction vessel or storage vessel while the air-free environment is maintained. The...

degassing liquids with freeze-pump-thaw cycling

degassing-liquids-with-freeze-pump-thaw-cycling

Freeze-Pump-Thaw for Removing Dissolved Gases

Freeze-pump-thaw cycling is a method for removing dissolved gases from a liquid. Degassing means taking dissolved gases out of a liquid. These gases can include oxygen or carbon dioxide. Dissolved gases can cause problems in the lab. They can interfere with chemical reactions that use sensitive reagents. They can also affect spectroscopic measurements and cause unwanted bubble formation. Several methods can be used to degas liquids. These include heating, ultrasonic agitation, chemical...

preparing anhydrous reagents and equipment

preparing-anhydrous-reagents-and-equipment

Moisture-Free Setup for Organic Reactions

Many organic reactions must be set up without water. Moisture in the air can react with sensitive reagents before the reaction even starts. When that happens, the desired reaction may fail or give poor yields because the reactants have changed chemically. To prevent this, the reaction is run under an inert atmosphere. An inert atmosphere is a gas environment that does not react easily with the chemicals in the flask. Nitrogen gas is often used, and argon may be used for reactions that are even...

purifying compounds by recrystallization

Recrystallization for Solid Compound Purity

Recrystallization is a technique for purifying solid compounds. It uses the fact that solids are often more soluble in hot liquids than in cold liquids. An impure solid is dissolved in a hot liquid until the solution becomes saturated, meaning it holds as much dissolved material as it can at that temperature. The solution is then allowed to cool. As the temperature drops, the compound should form relatively pure crystals. Most impurities should stay in the solution and not become part of the...

separation of mixtures via precipitation

Solubility-based separation removes a compound from a mixture by making it insoluble in water. Most samples of interest contain many different components, so sample preparation is an important step before analysis. It helps remove interferences that could affect the results. This separation method is useful in both academic and industrial settings. The process relies on the solubility properties of compounds in aqueous solutions. A compound’s solubility can depend on ionic strength, pH, and...

solid-liquid extraction

Solvent Separation in Solid Samples

Solid samples can be prepared for chemical analysis by moving the target analyte into a liquid. This solid-liquid extraction step is used in many chemical analyses before spectroscopic or chromatographic identification and quantification. It helps separate the analyte from the rest of the sample matrix, which is the material surrounding it. A simple approach is to mix the solid with a solvent that can dissolve the analyte. Agitation helps the analyte leave the solid and partition into the...

rotary evaporation to remove solvent

Rotovap Use in Organic Chemistry

Rotary evaporation is a common lab method for drying and purifying samples in organic chemistry. It helps remove a solvent from a compound of interest when the compound has a higher boiling point. A rotary evaporator is often called a rotovap. The rotovap was invented in 1950 by the chemist Lyman C. Craig. It is widely used because it works quickly and can handle large volumes of solvent. For this reason, many laboratories prefer rotary evaporation when they need to remove low boiling point...

fractional distillation

Separating Liquids by Boiling Point

Fractional distillation separates liquid mixtures by using differences in boiling point. Chemists use this lab technique to purify organic liquids. When a mixture is carefully distilled, compounds with different boiling points split into individual parts. There are two main types of distillation: simple distillation and fractional distillation. Simple distillation is used when a liquid is relatively pure, when it contains no more than 10% liquid contaminants, or when it has a non-volatile...

growing crystals for x-ray diffraction analysis

growing-crystals-for-x-ray-diffraction-analysis

X-ray Crystal Growth for Structure Analysis

X-ray crystal growth is a key step in X-ray crystallography, the method used to determine the spatial arrangement of atoms in a crystalline solid. That structure reveals the three-dimensional shape of a molecule or complex. Since structure and function are closely linked, this information can help explain a compound's behavior and reactivity. X-ray crystallography is one of the most useful ways to solve a compound's three-dimensional structure. In some cases, it may be the only practical...

performing 1d thin layer chromatography

Thin Layer Chromatography for Mixture Separation

Thin layer chromatography separates mixtures of non-volatile compounds. It uses a TLC plate with a thin layer of adsorbent material as the stationary phase. The adsorbent layer is fixed to a solid support such as plastic, aluminum, or glass. The sample and a reference compound are first dissolved in a suitable solvent. They are then applied as small spots near the bottom edge of the TLC plate. This placement helps the compounds move with the developing solvent in a controlled way. To run the...

column chromatography

Purifying Compounds with a Chromatography Column

Column chromatography is a useful method for purifying compounds. It uses a stationary phase packed into a column and a mobile phase that flows through it. The separation works because different molecules have different polarities, so they move through the column at different rates. The most common stationary phases are silica gel, or SiO2, and alumina, or Al2O3. The mobile phase is usually an organic solvent. The solvent choice depends on the polarity of the molecules being purified. More...

nuclear magnetic resonance (nmr) spectroscopy

nuclear-magnetic-resonance-nmr-spectroscopy

Using NMR to Track Organic Reactions

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy helps organic chemists study molecules and check reaction results. It can show molecular structure, sample content, and sample purity. Because NMR is non-destructive, it is useful when the sample needs to be recovered after analysis. One of the most common methods is proton, or 1H, NMR. Protons in a molecule respond differently depending on their chemical environment. That difference makes it possible to infer the structure of the molecule from the...

organic chemistry

This collection features techniques routinely used in the organic chemistry lab, focusing on regulating temperature and atmosphere during chemical reactions and post-reaction refinement.

Learn how aqueous solubility, ionic strength, pH, and temperature can be adjusted to separate a compound from a mixture during sample preparation.

Solubility-Based Mixture Separation | JoVE K12

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

Physical Science

HS. Structure and Properties of Matter

HS-PS1-10.

HS. Chemical Reactions

HS-PS1-5.

HS-PS1-6.

Life Science

matter-and-energy-in-organisms-and-ecosystems

Matter and Energy in Organisms and Ecosystems

HS-LS1-6.

Overview

Principles of Precipitation

Precipitation of Milk Proteins

Applications

Summary

formula-mass-and-mole-concepts-of-compounds

Formula Mass and Mole Concepts of Compounds

Formula Mass of Covalent Compounds

Chemical formulas represent the elemental makeup of substances. For covalent compounds, the formula represents the ...

Expressing Solution Concentration

A solute is a component of a solution that is typically present at a much lower concentration than the solvent. Solute concentrations are often described ...

determining-the-mass-percent-composition-in-an-aqueous-solution

Determining the Mass Percent Composition in an Aqueous Solution

Source: Laboratory of Dr. Neal Abrams &#8212; SUNY College of Environmental Science and Forestry
Determining the composition of a solution is an important ...

Solutions and Concentrations

Source: Laboratory of Dr. Michael Evans &#8212; Georgia Institute of Technology
A solution is a homogeneous mixture containing some components in small ...

Reaction Stoichiometry

A balanced chemical equation provides a great deal of information in a very succinct format. Chemical formulas provide the identities of the reactants and ...

stoichiometry-product-yield-and-limiting-reactants

Stoichiometry, Product Yield, and Limiting Reactants

Chemical equations represent how a chemical reaction proceeds from reactants to products through physical or chemical change using chemical formulas.
...

Understand and be prepared to use values specific to chemical processes: the mole, molar mass, molarity, and percent composition. EXPLANATION: During the early and mid-1800s, a tremendous amount of early research poured into building an understanding of the way that atoms combine. This work required analysis of the percent composition of different substances. Joseph Proust's work with tin oxides led him to publish his law of definite proportions noting that a given pure substance will have a constant ratio for the combination of elements making up the substance. Building on Proust's work, John Dalton published his law of multiple proportions and atomic theory noting that multiple patterns exist for the way that atoms combine, yet the combining atoms are invariable. Meanwhile Amedeo Avogadro hypothesizes that given equal pressures and temperatures, two equal volumes of gas will contain equal numbers of atoms. Acknowledging that the exact number of atoms was unknown in these gaseous volumes, the Latin word "mole" was used. "Mole" translates to "lump" recognizing the ambiguous quantity of gas. A number of attempts have been undertaken historically to quantify the mole. Robert Millikan's oil drop experiment revealed the change of a single electron, which could then be divided into Faraday's Constant for the charge of a mole of electrons. Dividing the charge of a mole of electrons by the charge of a single electron yields the number of electrons in a mole, $6.022\times10^{\wedge}23$. Students should be familiar with how to translate between the given quantities. Student's first use atomism/Dalton's atomic theory in third grade noting that matter is made up of particles too small to be seen. This the first time where students will undertake the process of counting these invisible particles. Electrolysis of water provides a tangible experience to demonstrate the constituent parts of water, though the definite proportions of water may not be easily seen due to the solubility of the gasses produced. The concept of relative mass can be explored by comparing small groups of like items. For example, relative masses of beans can be compared with pinto, white, and black beans. If bags are created with equal numbers of like beans, students can develop a concept of why the smallest bean will have a relative mass of 1, analogous to hydrogen.

CHEM1.PS1.1

Chemical Equations

Chemical equations represent the identities and relative quantities of substances involved in a chemical reaction. The substances undergoing reaction are ...

The Atomic Theory of Matter

The earliest recorded discussion of the basic structure of matter comes from ancient Greek philosophers. Leucippus and Democritus argued that all matter ...

Chemical Reactions

A chemical reaction is a process by which the bonds in the atoms of substances are rearranged to generate new substances. Matter cannot be created or ...

Balancing Redox Equations

Electrochemistry is the science involved in the interconversion of electrical and chemical reactions. Such reactions are called reduction-oxidation, or ...

Demonstrate that atoms, and therefore mass, are conserved during a chemical reaction by balancing chemical reactions. EXPLANATION: Standard 7.PS1.4 explores the idea that chemical reactions are rearrangements of atoms, and students undertake the process of balancing chemical reactions with that standard in seventh grade. The introduction of molar masses in high school makes an explicit connection between the number of atoms, as previously investigated, and the actual masses of the atoms, permitting the collection of more concrete evidence for the conservation of mass in chemical reactions.

CHEM1.PS1.2

Reaction Yield

The theoretical yield of a reaction is the amount of product estimated to form based on the stoichiometry of the balanced chemical equation. The ...

A balanced chemical equation provides the information of chemical formulas of the reactants and products involved in the chemical change. A ...

Limiting Reactant

The relative amounts of reactants and products represented in a balanced chemical equation are often referred to as stoichiometric amounts. However, in ...

chemical-equilibria-systematic-approach-to-equilibrium-calculations

Chemical Equilibria: Systematic Approach to Equilibrium Calculations

In systems with multiple equilibria, the equilibrium calculations use a systematic approach involving a series of steps to make sure there are as many ...

Perform stoichiometric calculations involving the following relationships: mole- mole; mass-mass; mole-mass; mole- particle; and mass- particle. Show a qualitative understanding of the phenomenon of percent yield, limiting, and excess reagents in a chemical reaction through pictorial and conceptual examples. (states of matter liquid and solid; excluding volume of gasses). EXPLANATION: This standard builds on the idea that balancing chemical reactions provides evidence for conservation of mass and that the behavior of atoms follows predictable patterns. Students now have the opportunity to utilize this understanding as they perform and evaluate chemical reactions. (The concepts of limiting reagent and percent yield are presented; however, students are not expected to determine these values algebraically. Use of molar volume in stoichiometric processes is beyond the scope of this standard.)

CHEM1.PS1.3

Predicting Reaction Outcomes

Kinetics describes the rate and path by which a reaction occurs. In contrast, thermodynamics deals with state functions and describes the properties, ...

Introduction to Chemical Reactions

All chemical reactions begin with a reactant, the general term for one or more substances entering the reaction. Sodium and chloride ions, for example, ...

Chemical Reactions in Aqueous Solutions

Chemical substances interact in many different ways. Certain chemical reactions exhibit common patterns of reactivity. Due to the vast number of chemical ...

Precipitation Reactions

In a precipitation reaction, aqueous solutions of soluble salts react to give an insoluble ionic compound &#x2013; the precipitate. The reaction occurs ...

Oxidation-Reduction Reactions

Oxidation&ndash;Reduction Reactions

Earth&rsquo;s atmosphere contains about 20% molecular oxygen, O2, a chemically reactive gas that plays an essential ...

Oxidation Numbers

In redox reactions, the transfer of electrons occurs between reacting species. Electron transfer is described by a hypothetical number called the ...

Acids, Bases and Neutralization Reactions

An acid-base reaction is one in which a hydrogen ion, H+, is transferred from one chemical species to another. Such reactions are of central importance to ...

Synthesis and Decomposition Reactions

Synthesis and decomposition are two types of redox reactions. Synthesis means to make something, whereas decomposition means to break something. The ...

types-of-chemical-reactions-exchange-and-reversible

Types of Chemical Reactions: Exchange and Reversible

An exchange reaction is a chemical reaction in which both synthesis and decomposition occur, chemical bonds are both formed and broken, and chemical ...

Use the reactants in a chemical reaction to predict the products and identify reaction classes (synthesis, decomposition, combustion, single replacement, double replacement). EXPLANATION: Chemical reactions are rearrangements of atoms that follow predicable patterns. There are patterns both at the macroscopic level in the behavior of some of the reaction classes, as well as patterns in the rearrangements of the atoms underlying the reaction. Students should be able to predict the products of the reactions, which also requires the ability to recognize the general patterns for each type of reaction.

CHEM1.PS1.4

kinetic-molecular-theory-gas-laws-explain-properties-gas

Kinetic Molecular Theory and Gas Laws Explain Properties of Gas Molecules

The test of the kinetic molecular theory (KMT) and its postulates is its ability to explain and describe the behavior of a gas. The various gas laws ...

basic-postulates-kinetic-molecular-theory-particle-size-energy

Basic Postulates of Kinetic Molecular Theory: Particle Size, Energy, and Collision

The ideal-gas equation, which is empirical, describes the behavior of gases by establishing relationships between their macroscopic properties. For ...

Ideal Gas Law

Derivation of the Ideal Gas Law
Gases are a fundamental state of matter. A gas is a collection of molecules that have a significant distance between their ...

gas-laws-boyle-s-gay-lussac-charles-avogadro-s-and-ideal-gas-law

Gas Laws: Boyle's, Gay-Lussac, Charles', Avogadro's, and Ideal Gas Law

Through experiments, scientists established the mathematical relationships between pairs of variables, such as pressure and temperature, pressure and ...

kinetic-molecular-theory-molecular-velocities-temperature-kinetic

Kinetic Molecular Theory: Molecular Velocities, Temperature, and Kinetic Energy

The kinetic molecular theory qualitatively explains the behaviors described by the various gas laws. The postulates of this theory may be applied in a ...

Kinetic Theory of an Ideal Gas

A mole is defined as the amount of any substance that contains as many molecules as there are atoms in exactly 12 grams of carbon-12. An Italian scientist ...

applications-of-the-ideal-gas-law-molar-mass-density-and-volume

Applications of the Ideal Gas Law: Molar Mass, Density, and Volume

The volume occupied by one mole of a substance is its molar volume. The ideal gas law, PV = nRT, &nbsp;suggests that the volume of a given quantity of gas ...

Conduct investigations to explore and characterize the behavior of gasses (pressure, volume, and temperature), develop models to represent this behavior, and construct arguments to explain this behavior. Evaluate the relationship (qualitative and quantitatively) at STP between pressure and volume (Boyle's Law), temperature and volume (Charles' Law), temperature and pressure (Gay-Lussac Law) and moles and volume (Avogadro's Law), and evaluate and explain these relationships with respect to kinetic molecular theory. Be able to understand, establish, and predict the relationships between volume, temperature, and pressure using combined gas law both qualitatively and quantitatively. EXPLANATION: When exploring the behavior of gasses, it is important to consider experimental design. Experiments used to show the relationships between these sets of variables should include one independent and one dependent variable. Other variables should be held constant. Pressure should serve as the dependent variable because it cannot be manipulated directly. Avogadro's Law can be used to relate the amount of gas in two different containers in lieu of knowing actual number of gas particles in an individual container. Individual demonstrations can be performed to explore each of the different gas laws.

CHEM1.PS1.5

Ideal Gas Equation

The ideal gas equation is an equation of state that relates the state variables pressure, volume, temperature, and the number of moles of a hypothetical ...

Source: Laboratory of Dr. Andreas Z&#252;ttel - Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology
The ideal gas law describes the behavior ...

real-gases-effects-intermolecular-forces-molecular-volume-deriving

Real Gases: Effects of Intermolecular Forces and Molecular Volume Deriving Van der Waals Equation

Thus far, the ideal gas law, PV = nRT, has been applied to a variety of different types of problems, ranging from reaction stoichiometry and empirical and ...

chemical-stoichiometry-gases-using-ideal-gas-law-to-determine

Chemical Stoichiometry and Gases: Using Ideal Gas Law to Determine Moles

Chemical stoichiometry describes the quantitative relationships between reactants and products in chemical reactions.

In addition to measuring quantities ...

pV-Diagrams

The pV diagram, which is a graph of pressure versus volume of the gas under study, is helpful in describing certain aspects of the substance. When the ...

Use the ideal gas law, PV = nRT, to algebraically evaluate the relationship among the number of moles, volume, pressure, and temperature for ideal gases. EXPLANATION: If students have collected data during investigations for CHEM1.PS1.5, these data can then be used to linearize. With pressure assigned as the dependent variable and plotted against (moles) (temperature)/volume, the slope of the graph will be the gas constant, yielding the ideal gas law. After developing the mathematical model, this model can be used to make predictions for other systems.

CHEM1.PS1.6

States of Matter and Phase Changes

The internal energy of a substance&#8212;the total kinetic energy of all its molecules and the potential energy of their associated forces&#8212;depends ...

Distillation: Vapor&ndash;Liquid Equilibria

Distillation is a separation technique that takes advantage of the boiling point properties of disparate elements in a mixture. To perform distillation, ...

Filtration

Filtration is the physical separation of solids from a fluid using a filtration medium.
The filtration medium is chosen depending on the purpose of ...

Centrifugation

Centrifugation is a method of separating suspended particles from a liquid by spinning in a centrifuge at a high number of revolutions per minute.
...

Sublimation

Sublimation is the direct phase transformation from the solid to the gaseous phase, bypassing the liquid state.
For example, solid carbon dioxide, or dry ...

recrystallization-solidsolution-equilibria

Recrystallization: Solid&ndash;Solution Equilibria

Recrystallization is a purification technique used to separate impurities from solid compounds. In this technique, no chemical reactions occur. Instead, ...

Precipitation and Co-precipitation

Precipitation and coprecipitation techniques can be applied to separate a mixture of ions.
When different ions form sparingly soluble salts with the same ...

Electrodeposition

During electrodeposition, ions are separated from a solution by deposition on an electrode in an electrolytic cell.
While reduction occurs at the cathode ...

Analyze solutions to identify solutes and solvents, quantitatively analyze concentrations (molarity, percent composition, and ppm), and perform separation methods such as evaporation, distillation, and/or chromatography and show conceptual understanding of distillation. Construct argument to justify the use of certain separation methods under different conditions. EXPLANATION: In seventh grade, students developed an understanding that chemical and physical properties of a sample of matter could be used to identify a substance. Building on this understanding, students now explore the use of these physical and chemical properties to separate mixtures. Analysis of the substances is performed to aid in further discussion and facilitate further quantitative analysis.

Solubility-Based Mixture Separation

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards