Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Inorganic Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

טיהור פרוקן על ידי תת-הכרתיות
 
Click here for the English version

טיהור פרוקן על ידי תת-הכרתיות

Overview

מקור: תמרה מ. פאוורס, המחלקה לכימיה, אוניברסיטת טקסס A&M

Sublimation, המעבר השלב הישיר של מוצק לגז מבלי להפוך תחילה לנוזל, מתרחש בטמפרטורות ולחצים נמוכים יותר מזה של הנקודה המשולשת של המתחם (איור 1). תהליך הסאבלימציה יכול להיות מנוצל כדי לטהר מוצקים אורגניים ולא אורגניים כאחד. במהלך טכניקת הטיהור, מוצק מחומם ישירות לתוך שלב הגז. כל זיהומים שאינם נדיפים נשארים מאחור בעוד המתחם מתאדה נאסף לאחר מכן (תצהיר) כמוצק על משטח קר. כאן, נשתמש בתת-הכרתיות כדי לטהר פרוקן, מוצק אנאורגני עם טמפרטורת נקודה משולשת של 183 °C(70 °F).

Figure 1
איור 1. דיאגרמת שלב כללית. הקווים הצבעוניים מייצגים את דרישות הלחץ והטמפרטורה עבור מעברי פאזה. זיקוק של מוצק יתרחש בלחצים וטמפרטורות מעל הנקודה המשולשת, המיוצגים על ידי הקו הירוק בדיאגרמת הפאזה. הקו הכחול מייצג את תנאי הטמפרטורה והלחץ שבהם מתרחשת תת-הכרתיות.

Principles

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

תרכובות אנאורגניות רבות הן מוצקים ולכן חשוב להבין את השיטות לטיהור מוצקים. חלק מהטכניקות לטיהור מוצקים דומות לאלה המשמשות לטיהור נוזלים. לדוגמה, זיקוק הוא טכניקת טיהור שימושית עבור מוצקים נמס נמוך, אשר נמסים לפני שהם מתאדים. בדיאגרמת פאזה, שים לב שניתן לבצע זיקוק בלחצים שנמצאים מעל הנקודה המשולשת של תרכובת (איור 1). לאחר המסה תחילה כדי להניב נוזל (קו אדום, איור 1), זיקוק ממשיך כפי שהוא היה עושה עבור כל תרכובת נוזלית פאזה אחרת.

sublimation קשור זיקוק, אבל אינו כרוך במעבר שלב הביניים לשלב הנוזלי. תת-הכרתיות מתרחשת רק בטמפרטורות ובלחצים ספציפיים הנמצאים מתחת לנקודה המשולשת של תרכובת בדיאגרמת הפאזה שלה (איור 1). סובלימציה היא טכניקת טיהור שבה מוצק מחומם (לפעמים תחת ואקום) וכתוצאה מכך מעבר פאזה ישירות מן השלב המוצק לשלב הגז. תצהיר של המתחם התאדה על משטח קר גורם בידוד של החומר הנשגב. זיהומים לא נדיפים נשארים מאחור לאחר השלמת הסאבלימציה. דוגמאות נפוצות של חומרים שעוברים בקלות sublimation בלחץ אטמוספרי הם קרח (בטמפרטורות מתחת 0 °C (50 °F) ו CO2.

בהתאם לתנודתיות של מוצק להיות sublimed, מנגנונים שונים ניתן להשתמש. עבור מוצקים נדיפים מאוד (תרכובות עם נקודה משולשת בלחץ גבוה וטמפרטורה נמוכה), ניתן לעשות תא sublimation פשוט באמצעות ולצפות זכוכית. מנגנון כזה מתאים לתרכובות הנשגבות בלחץ אטמוספרי או בקרבתה וטמפרטורת הסביבה. אם יש צורך בוואקום ו/או בגז אינרטי, ניתן להשתמש בכלי זכוכית שתוכננו במיוחד עבור תת-הכרתיים(כלומר,תא תת-הכרתי). תא הסאבלימציה(איור 2)מאפשר תת-הכרתיות תחת ואקום או תחת אטמוספרה אינרטית. הוא מורכב משתי חתיכות זכוכית: המוצק ממוקם בתחתית התא הראשי ועל הסאבלימציה החומר המטוהר נאסף על הגליל הארוך במרכז התא הנקרא אצבע קרה, אשר ניתן למלא עם מי קרח, קרח יבש אצטון, או קריוגן אחר. הבסיס והאצבע הקרה אטומים בטבעת O ומאובטחים עם מהדק. עם השלמת הסובלימציה, ניתן לפזרים את התא (באוויר לתרכובות שאינן רגישות לאוויר או בתא הכפפות לחומרים רגישים לאוויר) וניתן לגרד את המוצק המטוהר מהאצבע הקרה. כל זיהומים שאינם נדיפים צריכים להישאר בתחתית תא התת-קרקעי.

Figure 2
איור 2. תא תת-הכרתי המיועד לתת-הכרתיות בלחץ נמוך.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. התקנת קו שלנק

לקבלת הליך מפורט יותר, אנא עיין בסרטוני "העברת קווי שלנק של ממס" ו"ביטול גזלים" בסדרת יסודות הכימיה האורגנית. בטיחות קו שלנק יש לבחון לפני ביצוע ניסוי זה. כלי זכוכית יש לבדוק עבור סדקים כוכב לפני השימוש. יש להקפיד על כך ש- O2 אינו מרוכז במלכודת הקו שלנק אם משתמשים בנוזל N2. בטמפרטורת N2 נוזלית, O2 מעבים והוא נפץ בנוכחות ממיסים אורגניים. אם יש חשד כי O2 כבר מרוכז, או נוזל כחול הוא ציין במלכודת הקרה, להשאיר את המלכודת קרה תחת ואקום דינמי. אין להסיר את מלכודת N2 הנוזלית או לכבות את משאבת הוואקום. עם הזמן הנוזל O2 יהיה נשגב לתוך המשאבה - זה רק בטוח להסיר את מלכודת N2 נוזלי פעם כל O2 יש sublimed.

  1. סגור את שסתום שחרור הלחץ.
  2. הפעל את גז N2 ואת משאבת ואקום.
  3. כאשר הוואקום של קו שלנק מתשווה, הכינו את המלכודת הקרה עם Nנוזלי N 2 או קרח / אצטון יבש.
  4. להרכיב את המלכודת הקרה.

2. מוסיפים 500 מ"ג (2.7 mmol) של פרוקן לבסיס תא הסבלימציה.

3. הרכבת תא הסאבלימציה

  1. מניחים את טבעת ה-O בחריץ של הבסיס הקאמרי.
  2. הניחו בעדינות את האצבע הקרה בבסיס התא וודאו שטבעת ה-O מתאימה לחריץ של כלי הזכוכית.
  3. אבטחו את שתי החלקים של תא התת-הכרתי באמצעות מהדק.

4. חברו את תא הסאבלימציה לקו שלנק ופתחו את התא לוואקום למשך דקה אחת. סגור את שסתום הוואקום בתא הסאב-לימציה. הסאבלימציה תבוצע תחת ואקום סטטי.

5. מלאו את האצבע הקרה באמבט קרח.

6. מניחים את בסיס תא התת-הכרתיות באמבט מים המחומם ל-80 מעלות צלזיוס.

7. לאחר השלמת סובלימציה, להסיר את תא סובלימציה מן האמבטיה.

8. סגור את העצירה בקו שלנק.

9. הסר את צינור קו Schlenk מתא סובלימציה ולהדחיק את תא סובלימציה על ידי פתיחת השסתום לאט. תיזהר! אם התא מודחק מהר מדי זה יפריע גבישים מטוהרים על האצבע הקרה.

10. לבטל את תא סובלימציה ולהסיר את המים מהאצבע הקרה עם pipette.

11. הרימו בזהירות את האצבע הקרה מתא התת-הכרתיות.

12. מגרדים את הפרוקן המטוהר מהאצבע הקרה ומעבירים למוסך. הקלט את המשקל של המוצר המטוהר. אם המתחם להיות sublimed הוא רגיש לאוויר, המנגנון כולו צריך להיות מובא לתוך תא כפפות אינרטי-אטמוספרה לפני פתיחת תא sublimation.

סובלימציה היא מעבר פאזה של חומר ממוצק לגז מבלי לעבור את שלב נוזלי הביניים שלו. זוהי טכניקה חשובה המשמשת לטיהור מוצקים אורגניים ולא אורגניים.

בדרך כלל המעבר ממצב מוצק לגז דורש לעבור דרך מצבו הנוזלי.

עם זאת, לחץ מופחת וחימום של מוצק יכול להוביל תנודתיות ללא נמס, המכונה sublimation. התהליך ההפוך שבו החומר עובר מהגז שלו למצבו המוצק, נקרא תצהיר.

סרטון וידאו זה ימחיש את עקרונות הסאבלימציה, הליך טיפוסי ומספר יישומים.

בלחצים רגילים, רוב התרכובות הכימיות והיסודות מחזיקים בשלושה מצבי חומר שונים בטמפרטורות שונות עם נקודה משולשת שבה נמצאים כל שלושת המדינות.

כפי שניתן לראות בתרשים פאזה, אידוי ותמצית - יחד המכונה זיקוק - עשויים להתבצע בלחצים מעל הנקודה המשולשת של המתחם.

להיפך, תת-הכרתיות ותצהיר מתרחשים רק בלחצים הנמצאים מתחת לנקודה המשולשת.

סובלימציה יכולה להתבצע באמצעות שני סוגים של מכשירים, בהתאם לתנודתיות של המוצק: עבור תרכובות נדיפות מאוד, תא סובלימציה מאולתר ניתן להרכיב מכוס וכוס שעון. שיטה זו מתאימה לתרכובות הנשגבות בלחץ אטמוספרי או בקרבתה וטמפרטורת הסביבה.

אם יש צורך בוואקום ו/או באווירה אינרטית, נעשה שימוש בחתיכת כלי זכוכית מיוחדת המיועדת במיוחד לתת-הכרתיות. הוא עשוי מכוס זכוכית, המכילה את מוצק גולמי, וצילינדר חלול, אשר מכיל קריוגן ומתאים מעל הכוס. טבעת O אוטמת את הבסיס ואת האצבע הקרה, וחיבור ואקום מהווה את שאר המנגנון.

לאחר השלמת הליך הסאבלימציה, המנגנון מפורק במכסה אדים או בתא כפפות בהתאם לשאלה אם החומר רגיש לאוויר. אז מוצק מטוהר עשוי להיות גירד את הגליל, בעוד זיהומים שאינם נדיפים להישאר בכוס.

עכשיו כשדיברנו על עקרונות הסובסולימציה, בואו נסתכל על הליך ממשי.

במכסה המנוע האדים המצויד בקו שלנק, או בסעפת כפולה, שוקלים 500 מ"ג פרוקן בבסיס תא תת-קרקעי.

מניחים טבעת O בחריץ של בסיס התא, ומניחים בעדינות את האצבע הקרה בבסיס התא, ומוודאים שטבעת ה-O מתאימה. ואז לאבטח את שני החלקים של התא עם מהדק.

חברו את התא המורכב לקו שלנק, ופתחו את התא לוואקום למשך דקה אחת. ואז לסגור את שסתום ואקום על התא כדי להמשיך את הניסוי תחת ואקום סטטי.

מהדקים את התא לעמדת טבעת ומניחים את החלק הבסיסי של התא באמבטיה של 80 מעלות צלזיוס. מלאו את האצבע הקרה בסל קרח, מלאו אותה כשהיא מתחממת.

לאחר סובלימציה הושלמה, להסיר את התא מן האמבטיה. סגור את הסטופקוק לקו שלנק ותנתק את הצינור מהתא.

לאחר מכן, להדחיק את התא על ידי פתיחת לאט את השסתום לאוויר במכסה המנוע או בתא הכפפות.

השתמש פיפטה כדי להסיר מים מהאצבע הקרה ולבטל את ההכללה של שתי חתיכות של התא. ואז בזהירות להרים את האצבע הקרה מתוך תא sublimation.

לגרד את ferrocene מטוהר מהאצבע הקרה עם מרית, להעביר למין שקל מראש, ולרשום את המשקל.

500 מ"ג של פרוקן שנרכש טוהר באמצעות sublimation וכתוצאה מכך 493 מ ג מוצר מבודד עם תשואה של 99.6%. הפרוטון NMR מציג סינגל ב 4.17 ppm, אשר משתלב 10 פרוטונים של פרוקן. היעדר פסגות אחרות מצביע על כך שאין זיהומים, וכי הטיהור הצליח.

עכשיו כשדיברנו על הליך של תת-הכרתיות, בואו נסתכל על כמה בקשות.

מים יכולים להיות sublimed באמצעות תהליך שנקרא ליופיליזציה, הידוע גם בשם ייבוש הקפאה. זה מושג על ידי הקפאת בקבוקון מלא מים באמבט אצטון קרח יבש ב -78 מעלות צלזיוס ולאחר מכן החלת ואקום גבוה על ידי התקשרות ליופיליזר, שבו המים נלכדים מחדש באצבע קרה.

כדורי נפטלין רבים מכילים תרכובת המכונה נפטלין, שהוא פחמימן פוליארומטי פשוט, המורכב משתי טבעות בנזן מותכות.

נפטלין נשגב בלחץ אטמוספרי ו 80 °C (80 °F) ואת הצורה הגזית של תרכובת זו רעילה עש.

הרגע צפית בהקדמה של ג'וב ל"תת-קולימציה של פרוקן". עכשיו אתה צריך להבין את העקרונות של sublimation, איך לבצע ניסוי, וכמה היישומים שלה. תודה שצפיתם!

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

פרוקן (99%) נרכשה מאלפא איסר. sublimation של 500 מ ג כפי שתואר הביא 493 מ ג מוצר מבודד. הפרוקן המטוהר נותח על ידי 1H NMR. 1 H NMR (כלורופורם-ד,300 מגה-הרץ, δ, ppm): 4.17 (ים).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Applications and Summary

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Sublimation היא טכניקה המשמשת בטיהור של מוצקים. מוצקים הנשגבים בלחץ נמוך וטמפרטורה הם מועמדים טובים לטיהור על ידי נשגב. כאן, הדגמנו כיצד להשתמש בתא sublimation כדי ferrocene נשגב תחת ואקום סטטי ב 80 °C (80 °F).

במסגרת מעבדה, sublimation היא טכניקה שימושית שניתן ליישם על טיהור של מוצקים במגוון מצבים כולל בטיהור של חומרים מתחילים או מוצרים מסונתזים. בדוגמה זו, מוצק מטוהר נאסף על האצבע הקרה, בעוד זיהומים נשארים בתחתית תא sublimation. עם זאת, ייתכן שתרצה להסיר טומאת מוצק שניתן להכניע ממוצק לא נדיף. במקרה זה, החומר הרצוי נשאר בתחתית תא הסאבלימציה.

Sublimation משמש גם ייבוש הקפאה, הנקרא ליופיליזציה. ליופיליזציה היא תהליך לייבוש חומרים המשמשים הן בתעשיות התרופות והן בתעשיות המזון, כמו גם במעבדות מחקר. בתהליך lyophilization, חומר מוקפא תחילה, ואחריו הפחתת הלחץ שמסביב, המאפשר את המים (או ממס אחר) להיות מוסר על ידי sublimation.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

References

  1. Kaplan, L., Kester, W. L., Katz, J. J. Some properties of iron biscyclopentadienyl. J Am Chem Soc. 74, 5531-5532 (1952).

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter