What is sublimation and how does it differ from distillation?

Sublimation is the direct phase transition of a solid into a gas without passing through the liquid phase. It occurs at pressures and temperatures below a compound's triple point. Distillation, by contrast, involves vaporization and condensation at pressures above the triple point, requiring the substance to pass through its liquid state.

Why is sublimation useful for purifying ferrocene and other inorganic solids?

During sublimation, the target compound vaporizes while non-volatile impurities remain behind in the solid state. The vaporized compound is then collected through deposition on a cold surface, yielding a purified solid. This separation is effective because impurities have different volatility properties than the desired compound.

What equipment is needed for vacuum sublimation of ferrocene?

Vacuum sublimation requires a specialized glass apparatus consisting of a cup for the crude solid, a hollow cylinder (cold finger) filled with cryogen, an O-ring seal, and a vacuum attachment. The apparatus connects to a Schlenk line for vacuum control and inert atmosphere during purification of air-sensitive materials.

What role does the cold finger play in the sublimation process?

The cold finger is a hollow cylinder filled with an ice-slurry or cryogen that sits inside the sublimation chamber. As the ferrocene vaporizes from the heated base, it contacts the cold finger and undergoes deposition, converting back to solid form on the cold surface where it can be collected and scraped off.

How does the triple point determine whether sublimation or distillation occurs?

The triple point is the unique temperature and pressure where all three states of matter coexist. Sublimation occurs only at pressures below the triple point, while distillation occurs above it. For ferrocene, with a triple point of 183 °C, operating below this pressure ensures direct solid-to-gas transition without melting.

What does the proton NMR result tell us about the purity of sublimed ferrocene?

The proton NMR showed a single peak at 4.17 ppm integrating to 10 protons, consistent with ferrocene's structure. The absence of additional peaks indicates no impurities were present, confirming that sublimation successfully purified the compound with a 99.6% yield from the original 500 mg sample.

How is sublimation applied in freeze-drying and mothball production?

Freeze-drying, or lyophilization, uses sublimation to remove water from frozen samples by applying high vacuum, recapturing water on a cold finger. Naphthalene in mothballs sublimes at atmospheric pressure and 80 °C; its gaseous form is toxic to moths, making sublimation an effective preservation method.

تنقية الحديد عن طريق التسامي

0 مشاهدات05:39 د

1. إعداد خط Schlenk

للحصول على إجراء أكثر تفصيلا، يرجى مراجعة مقاطع الفيديو "نقل خطوط شلنك للمذيبات" و"تفريغ السوائل" في سلسلة أساسيات الكيمياء العضوية. يجب مراجعة سلامة خط Schlenk قبل إجراء هذه التجربة. يجب فحص الأواني الزجاجية بحثا عن تشققات النجوم قبل الاستخدام. يجب توخي الحذر لضمان عدم تكثيف O₂ في مصيدة خط Schlenk في حالة استخدام السائل N₂. عند درجة حرارة N₂ السائلة ، يتكثف O₂ ويكون متفجرا في وجود المذيبات العضوية. إذا كان يشتبه في أن O₂ قد تم تكثيفه ، أو لوحظ وجود سائل أزرق في المصيدة الباردة ، اترك المصيدة باردة تحت فراغ ديناميكي. لا تقم بإزالة مصيدة N₂ السائلة أو إيقاف تشغيل مضخة التفريغ. بمرور الوقت ، سوف يتسامى السائل O₂ في المضخة - من الآمن فقط إزالة مصيدة N₂ السائلة بمجرد أن يتم تسامي كل O₂.

أغلق صمام تحرير الضغط.
قم بتشغيل غاز N₂ ومضخة التفريغ.
عندما يتوازن فراغ خط Schlenk ، قم بإعداد المصيدة الباردة إما بالسائل N₂ أو الثلج الجاف / الأسيتون.
قم بتجميع مصيدة البرد.

2. أضف 500 مجم (2.7 ملليمول) من الحديد إلى قاعدة غرفة التسامي.

3. جمعية غرفة التسامي

ضع الحلقة O في أخدود قاعدة الغرفة.
ضع الإصبع البارد برفق في قاعدة الغرفة وتأكد من أن الحلقة O تتناسب مع أخدود الأواني الزجاجية.
قم بتأمين قطعتين من غرفة التسامي باستخدام مشبك.

4. قم بتوصيل غرفة التسامي بخط Schlenk وافتح الغرفة للتفريغ لمدة 1 دقيقة. سيتم تنفيذ التسامي تحت فراغ ثابت.

5. املأ الإصبع البارد بحمام جليدي.

6. ضع قاعدة غرفة التسامي في حمام مائي ساخن إلى 80 درجة مئوية.

7. بعد اكتمال التسامي ، قم بإزالة غرفة التسامي من الحمام.

8. أغلق محبس على خط Schlenk.

9. قم بإزالة أنبوب خط Schlenk من غرفة التسامي وأعد ضغط غرفة التسامي عن طريق فتح الصمام ببطء. انتبه! إذا تم ضغط الغرفة بسرعة كبيرة ، فسوف تزعج البلورات المنقاة على الإصبع البارد.

10. قم بفك غرفة التسامي وإزالة الماء من الإصبع البارد باستخدام ماصة.

11. ارفع الإصبع البارد بحذر من غرفة التسامي.

12. اكشط الحديد المنقى من الإصبع البارد وانقله إلى قارورة. سجل وزن المنتج المنقى. إذا كان المركب الذي يتم تساميه حساسا للهواء ، فيجب إحضار الجهاز بأكمله إلى صندوق قفازات خامل الغلاف الجوي قبل فتح غرفة التسامي.

التسامي هو انتقال طور مادة من مادة صلبة إلى غاز دون المرور عبر الطور السائل الوسيط. إنها تقنية مهمة تستخدم لتنقية المواد الصلبة العضوية وغير العضوية.

عادة ما يتطلب الانتقال من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية المرور عبر حالته السائلة.

ومع ذلك ، يمكن أن يؤدي الضغط المنخفض وتسخين المادة الصلبة إلى التطاير دون ذوبان ، والمعروف باسم التسامي. تسمى العملية العكسية التي تنتقل فيها المادة من حالتها الغازية إلى حالتها الصلبة بالترسيب.

سيوضح هذا الفيديو مبادئ التسامي ، والإجراء النموذجي ، والعديد من التطبيقات.

في الضغوط العادية ، تمتلك معظم المركبات والعناصر الكيميائية ثلاث حالات مختلفة من المادة في درجات حرارة مختلفة مع نقطة ثلاثية توجد فيها الحالات الثلاث.

كما هو موضح في مخطط الطور ، يمكن إجراء التبخير والتكثيف - المعروفين معا باسم التقطير - عند ضغوط أعلى من النقطة الثلاثية للمركب.

على العكس من ذلك ، يحدث التسامي والترسيب فقط عند الضغوط التي تقع أسفل النقطة الثلاثية.

يمكن إجراء التسامي باستخدام نوعين من الأجهزة ، اعتمادا على تقلب المادة الصلبة: بالنسبة للمركبات شديدة التقلب ، يمكن تجميع غرفة التسامي المؤقتة من دورق وزجاج ساعة. هذه الطريقة مناسبة للمركبات التي ترفع عند الضغط الجوي ودرجة الحرارة المحيطة أو بالقرب منها.

إذا كانت هناك حاجة إلى فراغ و / أو جو خامل ، يتم استخدام قطعة متخصصة من الأواني الزجاجية المصنوعة خصيصا للتسامي. وهي مصنوعة من كوب زجاجي يحتوي على مادة صلبة خام ، وأسطوانة مجوفة تحتوي على مادة مبردة وتتناسب مع الجزء العلوي من الكوب. تغلق الحلقة O القاعدة والإصبع البارد ، ويشكل ملحق الفراغ بقية الجهاز.

بعد الانتهاء من إجراء التسامي ، يتم تفكيك الجهاز في غطاء دخان أو صندوق قفازات اعتمادا على ما إذا كانت المادة حساسة للهواء. ثم يمكن كشط المادة الصلبة النقية من الأسطوانة ، بينما تبقى الشوائب غير المتطايرة في الكوب.

الآن بعد أن ناقشنا مبادئ التسامي ، دعونا نلقي نظرة على إجراء فعلي.

في غطاء الدخان المجهز بخط Schlenk ، أو المشعب المزدوج ، تزن 500 مجم من الحديد في قاعدة غرفة التسامي.

ضع حلقة O في أخدود قاعدة الغرفة ، وضع الإصبع البارد برفق في قاعدة الغرفة ، مع التأكد من ملاءمة الحلقة O. ثم قم بتأمين قطعتين من الغرفة بمشبك.

قم بتوصيل الغرفة المجمعة بخط Schlenk ، وافتح الغرفة للتفريغ لمدة 1 دقيقة. ثم أغلق صمام التفريغ الموجود في الغرفة لمواصلة التجربة تحت فراغ ثابت.

قم بتثبيت الغرفة على حامل دائري وضع الجزء الأساسي من الغرفة في حمام 80 درجة مئوية. املأ الإصبع البارد بملاط ثلج ، وقم بتجديده عندما يسخن.

بعد اكتمال التسامي ، قم بإزالة الغرفة من الحمام. أغلق محبس الخط على خط Schlenk وافصل الأنبوب عن الغرفة.

بعد ذلك ، أعد ضغط الغرفة عن طريق فتح الصمام ببطء للهواء في غطاء الدخان أو صندوق القفازات.

استخدم ماصة لإزالة الماء من الإصبع البارد وفك قطعتي الغرفة. ثم ارفع الإصبع البارد بعناية من غرفة التسامي.

اكشط الحديد المنقى من الإصبع البارد بملعقة ، ثم انقله إلى قارورة موزونة مسبقا ، وسجل الوزن.

تم تنقية 500 مجم من الحديد المشتراة عن طريق التسامي مما أدى إلى 493 مجم منتج معزول بعائد 99.6٪. يظهر البروتون الرنين المغناطيسي النووي مفردة عند 4.17 جزء في المليون ، والتي تتكامل مع 10 بروتونات من الحديد. يشير عدم وجود قمم أخرى إلى عدم وجود شوائب ، وأن التنقية كانت ناجحة.

الآن بعد أن ناقشنا إجراء للتسامي ، دعنا نلقي نظرة على بعض التطبيقات.

يمكن تسامي الماء باستخدام عملية تسمى التجميد ، والمعروفة أيضا باسم التجفيف بالتجميد. يتم تحقيق ذلك عن طريق تجميد قارورة مملوءة بالماء في حمام أسيتون ثلجي جاف عند -78 درجة مئوية ثم تطبيق فراغ عال عن طريق التثبيت على مجفف التجفيد ، حيث يتم استعادة الماء بإصبع بارد.

تحتوي العديد من كرات النفتالين على مركب يعرف باسم النفثالين ، وهو هيدروكربون متعدد العطرات البسيط ، يتكون من حلقتين من البنزين المنصهرتين.

النفثالين سامي عند الضغط الجوي و 80 درجة مئوية والشكل الغازي لهذا المركب سام للعث.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE عن تسامي الحديد. يجب أن تفهم الآن مبادئ التسامي وكيفية إجراء التجربة والعديد من تطبيقاتها. شكرا للمشاهدة!

المصدر: تمارا إم باورز ، قسم الكيمياء ، جامعة تكساس إيه آند إم

يحدث التسامي ، وهو انتقال الطور المباشر للمادة الصلبة إلى غاز دون أن يصبح سائلا أولا ،…